煤礦井下膠帶機智能化精確控制研究與應用

周 琛，楊再君，張國慶

（兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦，山東濟寧 272100）

0 引言

目前，膠帶輸送機、給煤機已成為原煤運輸過程的重要運輸設備，設備的集中控制、高效、安全、無故障運轉成為提高原煤運輸效率的主要方式。傳統的膠帶機集控方式，均為現場設置崗點操作人員，獨立控制每條膠帶的啟停，系統分散，控制的靈活性差，且各膠帶驅動設備的配置均有明顯差異，造成人員設置臃腫、勞動強度大、系統運行效率低、故障處理速度慢、溝通效率低等問題。操作不當，甚至會引起設備損壞及人員傷亡。因此，通過智能化建設，實現膠帶機的集中控制，就顯得尤為必要。

本文從兗州煤業鮑店煤礦井下膠帶集控系統的實際情況出發，通過現場膠帶機設備配置情況，參考國內膠帶機集控主流改造方式，從需要實現的功能出發，制定了一套適合鮑店煤礦膠帶運輸的精確控制系統。

該系統主要包括PLC 集控系統、永磁電機加變頻器控制系統、產品均衡系統、專家智能決策系統、手機APP 系統、設備點檢系統等。

1 系統實施

1.1 調度中心

監控中心設置在地面集控室內，通過工作站安裝的集控操作系統實現對井下膠帶機、給煤機的遠程控制及監測。控制系統的操作和監視均采用計算機操作方式，上位機組態監控選用GE公司的最新實時監控組態軟件IFIX5.8 平臺。

1.2 膠帶機、給煤機集中控制系統

膠帶機、給煤機集中控制系統主要實現對井下14 條主運膠帶機和給煤機的控制，包括控制膠帶的啟停、給煤機的啟停、變頻器運行數據的監測監控等。

井下膠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，實現了變頻器單機啟動膠帶機時的煤量自動調節功能，實現了變頻器多機啟動膠帶機時變頻器之間的自動調節功率，達到了功率的動態平衡。同時膠帶機機械部分采用熱浸鋅機架，保證了機械性能的穩定。膠帶沿線托輥全部采用高分子托輥，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。

井下每條膠帶配置監控主站、給煤機配置分站，實現設備的監控控制。

井下每條膠帶機控制處分別安設礦用隔爆兼本安型可編程控制站，實現了對膠帶機設備的集中控制；地面集控系統實時顯示膠帶機設備的運行數據，并及時對膠帶機現場故障點做出預警、報警，并形成歷史記錄，便于查閱故障記錄，及時排除現場設備隱患。

集控系統以PLC 控制為核心，將上位機、PLC 控制站、膠帶機保護傳感器等進行資源整合，組成監測監控系統。

集控系統總體結構分為數據感知層、PLC 控制層和操作監控層3 層結構。

第一層：操作監控層。主要組成部件：集控平臺開發維護工作站、組態監控操作工作站、工業以太網交換機等；各膠帶機控制子系統將采集到的設備運行數據，通過以太環網上傳至地面工作站，由工作站提供數據的調用。

第二層：設備控制層。主要由西門子PLC 控制系統組成，采用主站+遠程I/O 模塊結構，通過以太網接入設備控制層，上傳設備運行信息并執行控制指令。

第三層：數據感知層。主要包括膠帶機的沿線閉鎖、跑偏、速度、堆煤、煤倉煤位、溫度等傳感器的參數及數據監測。

1.3 圖像監控系統

每個轉載點、給煤點、煤倉上下口、驅動部、機尾滾筒處安裝高清攝像儀，并且在地面進行錄像存儲；圖像監控信號，布置百兆光纖進行傳輸，視頻監控系統與膠帶機控制系統網絡分開。

1.4 語音預警聯動

膠帶機道沿線安裝擴音電話用于語音報警，作為膠帶機的聯動預警裝置。

1.5 產量均衡系統

為高效率完成煤礦日常生產，系統從“煤倉煤位均衡”和“總產量均衡”兩個方面進行煤流產量均衡控制策略。在煤量不均衡的情況下，及時發出系統預警，通過過煤量及煤倉存煤量，及時調整膠帶機、給煤機的啟停及運速，確保整個膠帶運輸系統的安全、高效、經濟運轉。

1.6 專家決策系統

系統首先對膠帶運輸系統進行分解，分為機械和電氣兩個大類。根據類別不同，通過系統進行分類管理，對機械及電氣部分指定對應的檢修維護周期、報廢周期、日檢修內容、周檢修內容、月檢修內容和年檢修內容。系統根據設置的周期自動預計提醒檢修內容，同時可以打印生成檢修清單，方便人員檢修。

針對膠帶機運行過程中出現的故障問題，及時進行閉環跟蹤，跟進隱患處理進度，保證集控系統的安全穩定運行。通過膠帶機運行數據的采集、統計、分析，形成膠帶機運行、檢修、更換等統計表，以詳實的技術數據做好膠帶機安全運行的技術支持，對可能存在的故障問題提前預警，預知性維護膠帶機設備，降低膠帶機出現故障的風險。

1.7 智能APP 系統

在膠帶機道沿線建立無線WIFI 基站，在手機上安裝客戶端軟件，將膠帶機的啟停、故障查詢、視頻監控等操作移入客戶端，從而達到現場人員發現膠帶機的問題后，可以及時停車，故障處理完畢后迅速開車的效果，減少膠帶機故障停車時間，提高運行效率。系統主要依托于已建設的膠帶運輸自動化系統，使手持移動終端設備可通過無線網絡讀寫膠帶運輸系統運行參數。

1.8 設備點檢系統

根據井下膠帶機的現狀、需求，特別定制設備點檢管理系統。通過集成點檢儀采集設備的狀態數據，將采集的設備運行數據與設備身份識別碼關聯，導入點檢系統，實現膠帶機的設備點檢、故障發現及處理、統計分析全過程智能管理，加強故障處理情況監督，提升企業管理水平。

設備點檢系統主要由設備點檢、生產管理、數據集成等部分組成。

2 智能化精確控制系統主要優點

2.1 社會效益

（1）提高安全保障能力。通過提升井下膠帶機現場裝備水平，實現膠帶系統的遠程集控操作，減少崗點人員，將富余人員補充至檢修人員隊伍中，保障膠帶機及人員安全。

（2）改善煤礦員工的生產條件，提高煤礦社會地位。智能化精確控制系統的建設，大幅降低了礦工的勞動強度，由原來的粗放型生產模式向精細化生產模式轉變。工作方式的改變，必將促進員工形象的轉變，從而提高煤礦社會地位。

（3）節能減排、實現本安煤礦的目標。智能化精確控制系統的建設，必將提高膠帶機系統運行的安全可靠性，可實時監測膠帶機各設備的運行數據，實現對設備的實時動態管理，以科技保安全，成為實現本質安全煤礦的有效途徑。

（4）提高員工的整體素質，促進社會進步。隨著膠帶集控系統智能化水平的不斷提升，對井下職工業務技能水平的要求也隨之提高。新設備的使用、工作環境的改善，必將改變煤礦工人“黑大傻粗”的企業形象，鍛煉一批熟練操作、維修新膠帶集控系統機的職工，提升企業的整體水平。

2.2 經濟效益

（1）減崗效益。礦智能化精確控制系統，真正實現了膠帶崗點的無人值守，生產效率大幅度提高。

（2）節能效益。智能化精確控制系統改造后，通過實時煤流監測，采用順煤流開機等方式，減少了膠帶機的空運時間，降低了膠帶機、給煤機等電氣設備及托輥、機架等機械設備的磨損，大大提高了膠帶機的運行效率及穩定性，降低了電能的損耗，實現了節能降耗的工作目標。

3 結語

智能化精確控制系統適合于當前煤礦企業對原煤運輸系統智能化改造提升的需要，膠帶集控系統與監控系統、監測系統等融合在一起，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遠程監控。智能化精確控制系統的完成，提高了原煤運輸的生產效率，降低膠帶運輸系統的事故率，減少膠帶機的故障處理時間，減少膠帶機現場操作人員的數量，提高了膠帶機整體的經濟效益，為煤炭企業實現高產高效、減人提效、安全生產的目標提供了技術保障。