自動(dòng)化在礦井皮帶集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

余雙江

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司重慶400000）

自動(dòng)化在礦井皮帶集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

余雙江

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司重慶400000）

現(xiàn)如今，礦井皮帶集控系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在礦井生產(chǎn)中得到廣泛推廣和應(yīng)用，而自動(dòng)化技術(shù)也被應(yīng)用于礦井皮帶集控系統(tǒng)中。對(duì)此，本文首先對(duì)礦井皮帶集控系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，然后以PLC自動(dòng)化技術(shù)為研究對(duì)象，對(duì)其在礦井皮帶集控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)探究，以期提升礦井生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

礦井皮帶集控系統(tǒng)；PLC技術(shù)；應(yīng)用

1 引言

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)常在礦井中運(yùn)用，但是由于皮帶電機(jī)開啟時(shí)電流量較多，給設(shè)備帶來一定的沖擊，影響電機(jī)工作，減短了其使用壽命。同時(shí)，此設(shè)備的維修較為復(fù)雜，運(yùn)輸時(shí)出現(xiàn)故障的頻率較高，如要保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，則應(yīng)將變頻技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)自動(dòng)化和智能化，及時(shí)避免故障發(fā)生，減少對(duì)電機(jī)的沖擊，降低成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。

2 煤礦井下帶式運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)應(yīng)用中的主要功能

2.1 自動(dòng)控制及報(bào)警功能

帶式運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)在煤礦井下生產(chǎn)活動(dòng)應(yīng)用中，具有自動(dòng)控制及報(bào)警的功能，能夠?yàn)樯a(chǎn)計(jì)劃的順利完成及事故發(fā)生率的降低帶來重要的保障作用。帶式運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)的自動(dòng)控制及報(bào)警的功能主要體現(xiàn)在：在監(jiān)控主機(jī)上顯示井下整個(gè)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的工藝流程，生產(chǎn)中的實(shí)時(shí)工況參數(shù)；顯示故障報(bào)警及系統(tǒng)故障位置，報(bào)警內(nèi)容、時(shí)間等細(xì)節(jié)可以文本、列表的形式保存輸出，技術(shù)人員在對(duì)進(jìn)行設(shè)備進(jìn)行啟停操作時(shí)，結(jié)合具體的作業(yè)要求輸入自己的專用密碼，確保生產(chǎn)計(jì)劃的順利實(shí)施；檢修方式控制。通過對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)故障產(chǎn)生原因的有效分析，能夠?qū)θ我獾倪\(yùn)輸機(jī)進(jìn)行隨時(shí)地啟停，提高設(shè)備的檢修工作效率；對(duì)于相同煤流方向可以實(shí)現(xiàn)閉鎖操作，滿足生產(chǎn)過程中順煤流停、逆煤流開的工作要求，避免帶式運(yùn)輸機(jī)帶載啟動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)；突發(fā)事故發(fā)生時(shí)，報(bào)警機(jī)制將會(huì)自動(dòng)地啟動(dòng)，為救援工作的順利開展提供可靠的參考依據(jù)。

2.2 完善的保護(hù)功能

礦井作業(yè)開展過程中，各種影響因素的存在，對(duì)于作業(yè)計(jì)劃的實(shí)施有著較大的影響，可能會(huì)造成事故的發(fā)生，影響作業(yè)人員的人身安全。而煤礦井下帶式運(yùn)輸機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用中充分地考慮了這些問題，具有較為完善的保護(hù)功能。具體體現(xiàn)在：在系統(tǒng)自帶的傳感器信號(hào)檢測(cè)的作用下，加強(qiáng)了對(duì)設(shè)備使用中打滑、斷帶及欠速的有效保護(hù)；同時(shí)，這種集控系統(tǒng)也對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)不同構(gòu)件溫度變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有著良好的作用效果；加強(qiáng)了對(duì)堆煤、環(huán)境溫度、跑偏等問題的檢測(cè)，運(yùn)用可靠的保護(hù)機(jī)制增強(qiáng)了設(shè)備的安全可靠性；主皮帶和采區(qū)皮帶間實(shí)現(xiàn)了順序閉鎖，避免了涌機(jī)頭現(xiàn)象的發(fā)生；結(jié)合驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)磁力起動(dòng)器保護(hù)裝置的作用，加上可靠的電流檢測(cè)機(jī)制，完善了過壓報(bào)警的功能。

2.3 可靠的設(shè)備防爆功能

隔爆型電氣設(shè)備主要在礦井下使用，由于井下巷道狹窄，并有煤塊撞擊隔爆外殼的危險(xiǎn)，所以外殼不僅要具有隔爆性，還應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，才能保證隔爆外殼在受到煤塊撞擊或者內(nèi)部爆炸時(shí)，隔爆外殼不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞或變形。在帶式運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)的支持下，通過將隔爆殼內(nèi)帶電電氣設(shè)備產(chǎn)生的火花與隔爆殼外的爆炸性混合物完全隔絕，隔爆外殼的強(qiáng)度能夠承受殼內(nèi)爆炸所產(chǎn)生的巨大壓力，而不致引起隔爆殼的變形和斷裂，間接優(yōu)化了設(shè)備的防爆性能。同時(shí)，這種集控系統(tǒng)作用下防爆機(jī)制對(duì)預(yù)防瓦斯或煤塵爆炸有著良好的效果，有利于實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)和促進(jìn)煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化。在設(shè)備良好的防爆性能保護(hù)下，隔爆外殼能承受內(nèi)部可燃性氣體的爆炸而不會(huì)損壞，而且也不會(huì)有火花從防爆外殼中濺出，可以保證隔爆外殼內(nèi)部的火花與外部的可燃性混合氣體完全隔絕，能夠有效避免礦井爆炸事故的發(fā)生。

2.4 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及記錄功能

帶式運(yùn)輸機(jī)電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)電氣參數(shù)及前、后軸溫度；輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)行參數(shù)（如：調(diào)速型液力耦合器開度、液壓系統(tǒng)油溫、油壓、張緊裝置的張緊壓力等）；輸送機(jī)的保護(hù)狀態(tài)（如：跑偏、急停、堆煤、縱撕等）。集控系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)的正常工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保運(yùn)輸機(jī)穩(wěn)定、高效地完成各種生產(chǎn)作業(yè)，增強(qiáng)煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本的有效控制。集控系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)通過對(duì)井下作業(yè)開展中操作記錄、傳感器狀態(tài)記錄、運(yùn)輸量記錄等生產(chǎn)記錄的有效保存，為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量的提高帶來了重要的保障作用，促進(jìn)煤礦進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的順利實(shí)施，有利于實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)效益最大化安全生產(chǎn)的發(fā)展目標(biāo)。另外，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及記錄功能的完善，有利于降低帶式運(yùn)輸機(jī)實(shí)際應(yīng)用中故障發(fā)生率，確保煤礦進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的順利開展，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3 PLC技術(shù)概述

作為一種可靠的電子系統(tǒng)，可編程控制器（PLC）在實(shí)際應(yīng)用中最大的特點(diǎn)是充分發(fā)揮了信息化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用數(shù)字化的方式為工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)效率的提高帶來了可靠保障。這種程序在具體運(yùn)行中，具有性能可靠的存儲(chǔ)器，可以快速完成各種各樣復(fù)雜的邏輯計(jì)算，并對(duì)相關(guān)運(yùn)算過程先后順序的調(diào)整進(jìn)行有效控制，完善系統(tǒng)的服務(wù)功能。在機(jī)械生產(chǎn)過程中，很多企業(yè)往往需要完成大量生產(chǎn)目標(biāo)，傳統(tǒng)的工藝無法達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)要求。此時(shí)，可以通過PLC的相關(guān)優(yōu)勢(shì)解決各種客觀存在的問題，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字或模擬信息的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)。這種控制器的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在：不同環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、抵抗各種干擾因素的綜合能力強(qiáng)、系統(tǒng)可靠性高、程序的編寫流程簡(jiǎn)單等。基于可編程控制器的這些優(yōu)勢(shì)，PLC控制技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中將會(huì)體現(xiàn)出更大的實(shí)用價(jià)值。

PLC的控制功能在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，這些功能主要體現(xiàn)在：①開關(guān)量的控制功能。在執(zhí)行邏輯計(jì)算指令的過程中，可以通過不同的指令對(duì)繼電器的工作狀態(tài)進(jìn)行有效控制，主要針對(duì)的是這種設(shè)備觸點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)。同時(shí)，PLC時(shí)限好、定時(shí)準(zhǔn)確，可以取代傳統(tǒng)的繼電器，優(yōu)化邏輯組合方式；②通信功能。PLC的指令豐富，可以與計(jì)算機(jī)或其它操作設(shè)備進(jìn)行有效連接，通信效果顯著；③中斷處理、實(shí)時(shí)診斷控制功能。作為可靠的可編程控制器，PLC中的診斷指令可以在較短時(shí)間獲取狀態(tài)變化信息，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、診斷，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)；④模擬量控制功能。運(yùn)用PLC可以進(jìn)行位操作、數(shù)值轉(zhuǎn)換等。在可靠的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊作用下，可以對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)中的模擬量進(jìn)行有效測(cè)量和控制；⑤可擴(kuò)展功能。PLC的可擴(kuò)展性好，可以通過系統(tǒng)的接口快速導(dǎo)入重要的信息。

4 PLC技術(shù)在礦井皮帶集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 采區(qū)皮帶機(jī)集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在礦產(chǎn)生產(chǎn)中，皮帶集控系統(tǒng)是由多個(gè)部分所組成的，包括語(yǔ)音報(bào)警、保護(hù)傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、控制分站以及集控中心等等。其中，語(yǔ)音報(bào)警裝置被設(shè)置在操作臺(tái)中，通過語(yǔ)音報(bào)警裝置，能夠連接皮帶沿線實(shí)現(xiàn)電話，將傳感器報(bào)警信息傳遞給礦產(chǎn)生產(chǎn)工作人員。另外，集控中心中是由監(jiān)視器以及操作臺(tái)所構(gòu)成的，通過集控中心，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)的控制和檢測(cè)。在實(shí)際應(yīng)用中，操作臺(tái)能夠有效利用以太網(wǎng)通訊條件，顯示電機(jī)電壓參數(shù)、電流參數(shù)、傳感器實(shí)際工況等。另外，該系統(tǒng)的控制模式包括就地模式、單機(jī)模式以及集控模式，就地模式指的是控制皮帶機(jī)頭的就地箱，單機(jī)模式的功能是控制單條皮帶，而集控模式能夠利用一鍵啟動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)逆矸石流開車。

4.2 采區(qū)皮帶機(jī)集控系統(tǒng)運(yùn)用方式

4.2.1 運(yùn)用保護(hù)功能和保護(hù)屏蔽

在礦井皮帶集控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)該充分發(fā)揮其保護(hù)功能，比如，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)煙霧問題，則應(yīng)該立即啟動(dòng)煙霧傳感器驅(qū)動(dòng)PLC，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并且立即停車；如果出現(xiàn)堆煤?jiǎn)栴}，并且皮帶機(jī)尾堆煤超過3s，則應(yīng)該立即啟動(dòng)堆煤傳感器驅(qū)動(dòng)PLC，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，采取停車操作。除此以外，在電機(jī)溫度控制方面，如果電機(jī)溫度超過報(bào)警值，則溫度傳感器驅(qū)動(dòng)PLC則應(yīng)該立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4.2.2 科學(xué)處理故障

在礦井皮帶集控系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，任何皮帶在起動(dòng)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障問題，或者發(fā)出報(bào)警信號(hào)，則通過PLC自動(dòng)化技術(shù)，應(yīng)該立即在10s內(nèi)對(duì)前一級(jí)的皮帶加以及時(shí)停止。如果某條皮帶在進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，并且停車，則應(yīng)該立即自動(dòng)急停來矸石皮帶，保證系統(tǒng)運(yùn)行的正常化。

4.2.3 合理運(yùn)用語(yǔ)言報(bào)警和觸摸屏顯示畫面

在礦井皮帶集控系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，應(yīng)該合理利用系統(tǒng)中的語(yǔ)音報(bào)警功能以及觸摸顯示畫面功能。通常情況下，當(dāng)某條皮帶在運(yùn)行環(huán)節(jié)，其傳感器出現(xiàn)故障問題并報(bào)警，則操作臺(tái)語(yǔ)音報(bào)警裝置應(yīng)該立即進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，在此過程中，檢修人員可以利用皮帶沿線的擴(kuò)播電話，對(duì)故障問題進(jìn)行有效排查和處理。另外，對(duì)于操作臺(tái)中的觸摸屏顯示畫面，其還能夠以動(dòng)態(tài)的形式顯示出皮帶實(shí)際運(yùn)行工況，并且顯示出傳感器實(shí)際工況以及設(shè)備運(yùn)行情況。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦產(chǎn)資源在能源消費(fèi)中占據(jù)十分重要的比重，因此，加強(qiáng)煤炭開采和利用至關(guān)重要。在礦產(chǎn)資源開采中，皮帶輸送是十分重要的設(shè)備，將PLC技術(shù)應(yīng)用于皮帶輸送中，能夠有效提升皮帶輸送機(jī)控制效率和控制能力，為企業(yè)帶來更多的效益。

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TD528

A

1004-7344（2016）30-0198-02

2016-10-3

余雙江（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事工業(yè)控制、綜合自動(dòng)化工作。