煤礦皮帶運輸連續出煤控制系統設計與應用

何鑫

摘要：通過對皮帶輸送機重量信息進行監控，對皮帶輸送機的沿線煤量進行預測，通過調節皮帶輸送機的運送速度或者關停某些輸送設備，來達到對皮帶輸送機運輸系統煤炭運輸量控制在一個較為穩定的范圍，實現皮帶機輸送機平穩連續出煤的目的。

關鍵詞：皮帶輸送機;煤炭運輸;控制系統

煤礦井下的煤炭輸送大多采用多級皮帶輸送機搭接進行運輸，帶式輸送機是保證整個煤炭運輸系統得以正常關鍵。由于回采面出煤量不好進行控制，以及皮帶輸送機前期設計存在余量不夠或者設備功率不足，導致輸送過程中煤炭大量的堆積，嚴重時會引起輸送機出現過載或者重載，導致輸送機不能正常運轉，導致井下整個煤炭運輸系統故障[1-2]。隨著礦井開采設備的不斷更新，綜采面的煤炭產量不斷增加，對皮帶輸送機的煤炭運送能力要求不斷增高[3-4]。因此，筆者根據礦井皮帶輸送系統經常存在的問題，設計了一種新型的皮帶輸送機控制系統，以減少因為綜采面煤量不可控造成皮帶輸送系統出現停機問題，提升皮帶輸送機的運輸效率。

1控制系統硬件分析

系統采用的硬件是以ET-200M以及S7-300為基礎的工業以太網數據采集傳輸系統，系統的上位機采用的采用工控機、數據庫及動態軟件來構成整個控制系統的上位機，將皮帶輸送機的設備運行信息進行采集、處理。設計的皮帶輸送機連續出煤控制系統主要包括2臺上位工控機、2臺報煤礦用聲光報警儀、4臺皮帶輸送機電子稱、6臺井下控制分站、4臺防爆PC，設計的硬件具體布置如圖1所示。地面監控中心放置2臺工控機，采用Wincc軟件，對井下分站上傳的信息進行處理。在井下的回采工作面、運輸巷皮帶輸送機及井下集中運輸皮帶輸送機機頭各安裝一個控制分站，將監控系統中收集到的信息通過井下控制分站傳輸到地面監控中心工況機中。在回采面輸送機機頭位置安裝電子稱，對運輸的煤炭重量信息進行采集，并在回采面運輸巷皮帶機機頭及集中運輸巷皮帶機機頭位置均安裝防爆PC，便于井下工作人員對皮帶輸送機運輸的煤量進行監測，便于合理的安排煤炭運輸。

2控制系統軟件設計

根據皮帶輸送機的皮帶運轉速度以及煤炭運輸量重量等參數，合理的設計控制軟件，以便達到高效運輸，節能運輸的目的，設計的控制運輸系統以皮帶機最優化控制為基礎模型，對皮帶輸送機的運輸速度及輸送機載荷的關系曲線如圖2所示。當皮帶輸送機載荷較小時，皮帶機保持較小的運輸速度，以便降低對電力的消耗，具體的實現策略為：

根據皮帶輸送機的運輸煤量的多少來達到對皮帶輸送機運轉速度控制的目的，以便達到節能與煤炭運輸的合理平衡;根據當前階段皮帶輸送機的運轉速度對運輸煤量進行調整，達到煤量運輸與皮帶輸送機轉速的合理匹配。

依據輸送機煤流到達的位置，自動的對皮帶機運轉速度進行自動停啟或者加速運轉，當煤流在一段皮帶輸送機中進行運行時，連接的后級皮帶輸送機處于運轉或者停止運轉狀態，當煤流到達后級皮帶輸送機后方lOm位置時，后級皮帶輸送機開始正常運轉，以防止后級皮帶輸送機上由于堆積有煤炭造成重啟動問題。

根據皮帶輸送機工作原理，對皮帶輸送機沿線的信息進行采集處理，根據運輸系統沿線的運行狀況、輸送機運輸煤量信息，對后級部分運輸機的煤量進行調節，調整輸送機的運轉速度，當運輸的煤量過大時，可以選擇關停有關設備，以便將輸送機運輸的煤炭控制在一個相對合理的運輸區間內，同時也可以達到節能運輸的目的。

皮帶輸送機運輸煤量計算采用累積方式，建立數據組對應皮帶輸送機煤炭的運送量，對應皮帶輸送機運轉1/2圈時的煤炭運輸量。運輸的煤量信息數據組M[n]，對應的皮帶輸送機中總的煤炭運輸量為∑M[i].采集的煤量重量為Mc，對運輸的位移進行計算，并將采集的煤量重量Mc數值賦存為M1，以便實現對運輸的煤炭重量進行及時的更新。

將皮帶輸送機電子稱測定的煤炭運輸量作為輸送機煤量控制處理及判斷的基礎數據，實現現過程為：根據皮帶輸送機運輸到礦井主井的時間差，計算出運輸到礦井主井皮帶輸送機15min（皮帶輸送機運輸1/2距離時的時間）內煤炭總和，只要運輸的煤炭總量不超過lOOOt，就不停止輸送機的運行。由于在皮帶輸送機的機頭位置安裝有電子稱，將采集到的煤量重量信息傳輸到井下的工況主機，隨后經過工業以太網將信息傳輸到地面工控處理器，若輸送機每小時運送的煤炭重量超過4000t，就將主皮帶輸送機附近的落煤點皮帶輸送機暫停，以降低主皮帶輸送機運送的煤炭量，以便降低皮帶輸送機載荷。若井下回采的工作面距離運送大巷皮帶機距離較近，設定的主皮帶輸送機煤炭運輸量為4000t/h，若井下的回采面的煤炭產量超過4000t/h，則需要減少一個回采工作面運輸巷皮帶機的運量，防止主運輸巷中的皮帶機出現過載，同時保證煤炭運輸的穩定。

3應用分析

設計的系統皮帶輸送機上煤炭重量越大，皮帶輸送機的運轉速度越快，煤炭的運送量越高。在皮帶輸送機機頭布置的電子稱以及信息傳輸網絡均正常運轉時，皮帶機連續出煤控制系統運行狀況基本符合設計預期。從控制系統投入運行狀況來看，設計的輸送機連續出煤控制系統能夠保證輸送系統出煤穩定，同時降低了皮帶輸送機的故障發生及能耗。

4總結

由于回采面煤炭生產的不均勻性，導致皮帶輸送機系統煤炭運輸不均衡，時長會導致皮帶輸送機空載、過載顯現，給煤炭輸送造成一定影響，因此，筆者設計了一種皮帶輸送機連續出煤控制系統，以工業以太網為信息傳輸基礎，采用電子稱對運輸的煤礦進行實時監控，通過對皮帶機運輸煤量的計算，達到對皮帶機運輸速度的控制，從而實現對沒量的均衡運輸。現場運輸結果也表明，設計的系統可以實現平穩運行，保證輸送系統出煤穩定，同時降低了皮帶輸送機的故障發生及能耗。

參考文獻：

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[5]楊魯振，王猛，王登科，楊勇，魔騰，煤礦自動化控制技術在皮帶運輸中的應用[J].山東工業技術，2018（15）：71.