礦井皮帶機智能控制系統的研究

王建慶

開灤股份呂家坨礦業分公司 河北唐山 063000

皮帶輸送機又簡稱為皮帶機，因為其使用的靈活性以及高效率的輸送，為散裝物料的輸送提供了有效手段，在生產生活中得到廣泛的應用。皮帶機作為井下煤炭開采、輸送的主要機械設備，是由機架、托輥組、糾偏裝置、皮帶、驅動裝置、張緊裝置、控制報警裝置等組成，具有結構簡單、維修容易、運量大等優點，承擔了井下煤炭運輸的主要部分。但是，在皮帶機運行過程中，容易發生跑偏現象，會造成散煤的遺落堆積，降低工作效率，同時跑偏的皮帶會與皮帶機鋼鐵部件或者煤壁邊緣發生摩擦破損，極大地縮短了皮帶的使用壽命，影響煤礦的正常生產，如果不及時采取糾偏措施，還可能發生安全事故。

1 礦井皮帶機的故障類型及處理措施

1.1 皮帶跑偏

皮帶機設備出現的皮帶跑偏故障主要集中在物料交接部位，其形成原因為：兩條皮帶機在角度與高度方面存在差距。具體來說，一旦兩條皮帶機運行差異較大，上層皮帶就會對下層皮帶帶來較大沖擊影響，進而導致下層皮帶運輸的物料出現偏斜，最后發生跑偏。

1.2 打滑

由于皮帶機設備運行使用是依靠皮帶傳動產生的摩擦來進行控制實現的，因此，一旦出現皮帶打滑現象，就會降低皮帶機運行使用的穩定性。打滑故障的出現，主要是因為皮帶機主動輪設備的摩擦力下降，無法為帶輪傳動產生的摩擦力提供抵消功能。

①先要對皮帶機運行使用的緊張狀態進行測試，以通過測試結果是否存在松弛現象來判斷處理方式的運用。如存在皮帶松弛問題，故障處理人員應增加拉緊裝置配重方式來實現皮帶的張緊目標。②針對打滑故障的產生原因，處理人員可拉緊螺旋或是提升拉緊力來降低皮帶打滑的發生幾率。③更新出現皮帶打滑故障部分，來保證皮帶機設備運行使用的摩擦系數。

2 礦井皮帶機智能控制系統設計

如圖1（a）所示，該系統的組成部分主要分為六塊，分別是管理工作站、電機拖動、PLC變頻調速、稱重檢測子系統、速率檢測子系統以及智能控制主機。而其中最為重要的當屬管理工作站，用其能夠實現智能控制主機和縱向的相互連接，從而有效地反饋設備運行狀況，并通過所采集的信息實現對系統的智能控制。

圖1 皮帶機智能控制系統設計

2.1 稱重檢測子系統

對于稱重檢測子系統而言，其作用主要體現在了運輸貨物瞬時流量的獲取，用其稱重子系統能夠及時準確進行流量采集。本設計所用傳感器為四種高精密稱重傳感器，它們分別安置于設備各支架的托輥上，用于對各時段內貨物重量的數據采集。如圖1（b）所示，首先將信息數據通過稱重傳感器轉化為電壓模擬信號，之后經由A進行轉換，并將其輸入到計算當中，最后進行4-20mA模擬量信號的輸出。在此過程中，最為重要的一點就是皮帶速率與稱重信息的融合計算，計算時需利用A/D進行稱重信息轉換，使其成為數字量信息。

2.2 速度檢測子系統

可以利用下述方法對皮帶機實際運輸貨物的速率予以采集，首先選擇脈沖信號電纜，應確保其內部含有精密速度編碼器，并將其安于皮帶托輥上來檢測其運行速度，之后用連續脈沖信號將其運行的實際線速度呈現出來，通過再生放大以及必要整形后，利用模數轉換器將其以數字量數據的呈現出來，如上圖1（b），利用專用控制器來計算稱重傳感器放大、整形后的數字量即可。

2.3 皮帶秤計算

若稱量貨物采用的系統為皮帶機智能控制系統，在具體應用中，精密的稱重傳感器會接收到來自貨物的重力，并以數字信號的形式傳遞給稱重傳感器，而其輸出的電壓信號與運輸貨物重力成正比，同時利用數模轉換器將其以數字量MA的形式傳輸至專業控制器中；利用速度傳感器對子系統予以檢測，便能得到脈沖數，與上述方法相同，同樣利用轉換器進行轉換，則能得到數字量VB，并將其傳送至專用控制器中；如圖1（b），利用控制器來運算VB與MA便可得到貨物的周期運輸量。而貨物連續通過的總重量即為各周期貨物運輸量的綜合。合并稱重子系統與測速子系統，則皮帶稱功能即可實現。在具體應用過程中，用M（t/h）來表示貨物運輸的瞬時流量，其具體公式如下所示：M=K×（Gi-Z）×Vi×3.6

上式中，所運輸貨物在單位區段長度上的平均重量中Gi來表示；其運行瞬時速度用Vi來表示；量程系數用k來表示，稱重段皮重用Z來表示。因此，M累積總和實際為輸送總量。

4 皮帶機智能控制系統的開發

皮帶機主機控制器，主要依據的是皮帶機城稱量區段來及時的獲得相應的瞬時流量M和皮帶機額定有效稱量區段重量We，在通過對比分析之后隨即得出系數P（0≤P≤1.0），依照系數P值的大小控制輸出信號的大小，達到針對皮帶機的變頻調速、智能控和節能環保。公式為：P=M/We利用PLC可編程控制器實現，其軟件系統流程如圖2所示。輸入參數包括稱重傳感器量程，稱重區段長度，K等。傳感器采集數據信息有Gi、Z、Vi。

圖2 皮帶機智能控制軟件流程圖

總之，目前在該系統具體運用的階段之中，運行過程相對穩定，在皮帶機處在輕載或者是重載的時候，可以智能化來一調整皮帶傳輸速率。其不僅僅可以實現節約能源，還可以降低對于設備方面的磨損度，進一步的延長使用壽命。皮帶機智能控制系統的主要特征體現在運行效率高，成本低廉，才逐步的被大范圍的運用到社會建設的各個行業之中，最終為發展低碳經濟做出貢獻。