煤礦井下膠帶機智能化精確控制的研究與應用

王海君 李峰光 單波 周琛

摘 要：該文介紹了一種基于煤礦井下膠帶機智能化精確控制的系統，該系統融合了可編程控制器自動化控制、點檢系統、專家智能決策系統、產量均衡控制、手機APP、永磁電機和變頻器等多種先進的智能化控制技術。該項目的實施為客戶極大地降低了工人的勞動強度，提高了生產效率和安全性能，減少了事故發生率，值得煤炭行業借鑒和推廣。

關鍵詞：可編程控制器 專家智能決策 產量均衡 手機APP

中圖分類號：TD528 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-02

皮帶輸送機、給煤機已成為煤礦生產中非常重要的運輸設備，它能否安全高效地運行，直接決定著礦井機電設備的開機率和產量，而老式的皮帶傳輸方式，采用繼電控制，每條皮帶可以獨立控制開停，系統分散，控制的靈活性差，且各皮帶的配置差異較大，同時采用人工操作，操作人員勞動強度大，系統運行效率低，且易引起操作失誤，造成設備損壞，甚至人員傷亡，給礦上帶來重大的損失。為此實現皮帶輸送機的集中控制就顯得更加必要。

該文從鮑店煤礦井下皮帶實際現狀出發，結合目前主流集控系統配置同時參考主流設計原理，設計了一套適合鮑店煤礦的精確控制系統。

該系統為當前煤礦企業對自動化的需要，皮帶集控系統與工業電視系統一起，構成一個完整的操作、調度、監視網絡，實現對整個井下運輸系統的遙測、遙信、遙控。

1 系統實施

1.1 調度中心

地面監控中心設置在地面皮帶調度室，通過工作站安裝的軟件對井下皮帶相關設施進行集控和監視。控制主機均采用雙機熱備方式；上位機選用2臺工業主機，配置液晶顯示器。完成編程及監控監視功能。上位機組態監控軟件選用GE公司的最新實時監控組態軟件IFIX5.8系統平臺，實現圖形監控、動態圖形顯示、歷史數據采集管理、狀態趨勢圖、自診斷、報警等諸多功能，并提供多種數據接口實現數據的共享與傳播。

1.2 井下控制系統

井下控制系統主要包括對井下14條膠帶機和多部給煤機的控制，包括控制膠帶啟停、給煤機控制、變頻器的監控[1]。

井下皮帶采用永磁電機加變頻器的驅動方式，采用三電平永磁伺服變頻控制器對井下輸送機進行控制，各變頻器之間功率自動調節，實現多臺之間的動態功率平衡[2]。同時，膠帶機機械部分采用熱浸鋅防腐技術原理保證了機械性能的穩定。同時皮帶沿線托輥采用高分子塑料膠帶托輥，由輥皮、軸承、軸、密封組件組成。輥皮采用超高分子塑料材料，具有輕便、耐磨、不粘附物料、與膠帶的摩擦系數低、自潤滑性等優點。高分子塑料托輥能延長膠帶使用周期，節省能源，有效改善井下工作環境。

系統以PLC控制系統為核心，與上位計算機、防爆PLC控制站、膠帶機保護傳感器等組成PLC分布式監控系統?？傮w結構可以分為3層結構：數據感知層、PLC控制層和監控信息層。

1.3 圖像監控系統

每個轉載點等重要場所安裝高清攝像儀，視頻監控裝置像素不低于200萬，可在地面進行錄像存儲，視頻存儲時間90d以上，存儲硬盤留有冗余量；視頻沿線布置百兆以上光網絡進行傳輸（滿足視頻傳輸需要），視頻系統與控制系統網絡分開。

1.4 語音預警聯動

皮帶沿線安裝擴音電話用于系統的聯動預警。電話按照100m間距布置，平時可以用于皮帶沿線的喊話及開車前的語音預警，緊急情況下可以作為與地面系統的語音通話，作為應急廣播的補充。

1.5 產量均衡系統

為了高效率完成煤礦日常生產，系統從“煤倉煤位均衡”“總產量均衡”兩個方面進行煤流產量均衡控制策略。在不滿足條件情況下，及時播報系統預警，確保整個系統高效、經濟、連續運轉。系統根據安裝的皮帶秤和煤倉料位計算、判斷當前的出煤量和煤倉的剩余煤量[3]，合理控制變頻器和永磁電機，進而調節皮帶速度，達到出煤量的最優化控制策略。

1.6 專家決策系統

系統對膠帶運輸系統進行分解，通過設備管理系統對類別進行管理，對不同的部分指定不同的檢修周期、包括月檢修內容和年檢修等內容。系統根據設置的周期自動預計提醒檢修內容，同時可以打印，方便人員檢修。

可以對膠帶運輸機運行中出現的故障或檢修中發現的問題進行閉環跟蹤，直到問題解決，保證系統的安全穩定運行。通過C/S的應用程序實時讀取膠帶控制系統的控制數據，為統計膠帶運輸機運行時間和帶載運行時間進行采集和統計，形成了膠帶運輸系統的設備運轉率等數據，為職能部門制定、優化巡檢計劃提供數據支持。對于可能出現的問題提前進行預判，將事故的隱患降低到最低風險。

1.7 智能APP系統

通過在膠帶機沿線建立無線WiFi基站，并且在手機上建立組態控制客戶端軟件，移動遙控帶式輸送機的開停、故障復位等操作，并可通過手持移動設備實時查看帶式輸送機相關視頻信息，從而達到操作人員發現問題，及時停車處理故障的效果，從而減少帶式輸送機故障停車時間，同時也減輕了皮帶操作人員的勞動強度。

1.8 設備點檢系統

該系統根據井下膠帶機的實際情況和需求定制的設備點檢管理系統，采用領先的B/S（瀏覽器/服務器）操作方式，建立人機合一管理模式，通過集成點檢儀采集設備的狀態數據，采集的設備數據與設備身份識別碼關聯，并導入到數據采集基礎平臺，使設備點檢過程集成化，實現設備點檢、缺陷發現、處理、統計分析全過程計算機管理，提高點檢、缺陷處理的及時性、完整性，加強缺陷管理處理情況監督，提高企業查詢、統計和考核管理水平。

系統主要由設備點檢、安全生產管理、DSC數據集成等部分組成。

2 系統主要優點

鮑店煤礦井下膠帶機智能化精確控制系統的建設，能全面提升煤礦企業的綜合實力和競爭力，同時對改變煤礦員工的生產生活條件、提高煤礦的社會地位、樹立煤礦行業和員工的新形象、提高煤礦的安全程度，以及對促進社會進步都有著重要的作用。通過提升裝備水平，實現自動化系統遠程集控，減少現場工作人員，進一步保障設備及人員安全。

通過礦井膠帶機智能化系統的密切配合，可實現無人值守、遠程監控，減掉了崗位工，節能降耗，縮短故障時間，增加產量，經濟效益顯著。

3 結語

該系統為集化散型多系統融合架構，適用當前煤礦企業對自動化的需要，皮帶集控系統與多系統一起，構成一個完整的多層次網絡，實現對整個井下運輸系統的遙測、遙信、遙控。該系統的完成，為煤礦的智能化建設做出了表率，值得行業內借鑒。

參考文獻

[1] 馬永輝，孫巖冰，王桂華.基于PLC的帶式輸送機智能保護系統設計.工礦自動化，2011（1）：86-88.

[2] 盛新，孫濤，王玉瑋.變頻器在切紙機張力控制中的應用[J].變頻器世界，2008（7）：71-73.

[3] 王彥軍，龐之浩，方忠厚.基于PLC的煤礦輸煤控制系統設計[J].河南科學，2012，30（5）：597-599.