淺析帶式輸送機智能控制系統設計

劉翹楚

摘 ? 要：目前，絕大多數煤礦主煤流運輸系統都是按照逆煤流的方向啟停的，這樣使得輸送系統空載損耗較大，缺乏煤量檢測裝置，導致系統無法根據煤量多少對皮帶速度進行調整，造成了較大的能耗，而且故障急停時不能自啟動。針對煤礦主煤流運輸系統存在的問題，設計了智能控制系統。本文通過采用帶實輸送機順煤流起動方式，結合煤量傳感器，根據主煤流運輸的實際情況實時對帶式輸送機的運行速度進行調整，設計了一套帶式輸送機智能調速控制系統。實現了基于實際煤流量的系統級調節能力，最大程度地降低了整個運輸系統的空載和輕載運行率，節能環保，延長了設備使用壽命。

關鍵詞：帶式輸送機 ?順煤流起動 ?煤量傳感器 ?智能調速控制系統

中圖分類號：TD528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（b）-0089-02

1 ?基于煤流量的動態智能調速

帶式輸送機在運輸原煤時輸送帶承載的煤量可能會有很大的波動，但是原始的運輸過程中電動機常常只能在50Hz頻率下運行，不能根據輸送帶上煤量的實際情況做出適應的調整，運行效率非常低，不僅會造成能源的極大浪費還會加速運輸裝置的磨損，大大影響了帶式輸送機的使用壽命。

建立帶式輸送機調速模型，能夠根據鏈上或帶上煤流量對鏈速和帶速進行智能調速，通過煤量傳感器可以實時對煤流的軌跡進行檢測，例如：原煤在什么時間將進入本輸送帶，在什么時間將會流出輸送帶，在煤流即將到達機頭時，系統發出信號開啟下一條輸送帶，做到順煤流起車。當煤流檢測器檢測到煤流間斷時間超過設定值時，待自身輸送帶上的煤流運光后停止運轉使其處于待機狀態，當接到上游帶式輸送機輸送帶上的煤流將要抵達帶式輸送機機頭的指令時，主動開啟自身輸送帶運轉，減少帶式輸送機的空轉時間，降低運行的能量消耗，節能減排，并減少設備磨損，增加設備的使用壽命，直接產生經濟效益。

本設計中采用防爆煤量檢測儀對帶式輸送機上的煤量進行檢測，其外形如圖1所示。內置高性能激光掃描雷達，放置在刮板機機頭上方，可以對溜上煤流進行非接觸測量，實時檢測煤流斷面高度，以此測算煤流量，作為調節帶速的依據之一。

圖2所示為防爆煤量檢測儀掃描示意圖，其工作原理為：在防爆煤量檢測儀的掃描區域α角內，檢測儀可以輸出不同斷面上各測量點的距離hi，計算得到面積微元ΔSi，根據測量點的距離和面積微元計算出煤層斷面的面積S，并獲得外形和定位信息，再根據刮板機的運行速率便可以計算出煤流的體積，從而得出刮板機實時的煤流量。煤量傳感器掃描鏈上或帶上煤流，測得煤流斷面平均高度為，皮帶帶寬為B，帶速為v，則煤流斷面面積為：A=BHa;從而得到此時的煤流量為：。

由于帶寬為定值，為使帶上煤量接近恒定，減少帶載脈動，避免皮帶張弛疲勞，就需保持Ha值恒定，而，其中，B為定值，因此必須要求帶速隨著煤流量變化而相應調節，實現“煤多的時候輸送帶轉速較高、煤少的時候輸送帶轉速降低、沒有煤的時候帶式輸送機處于待機狀態”的皮帶機負荷優化。

但是皮帶是一個彈性物體，頻繁調速也會導致皮帶張馳，嚴重時會發生跳帶現象。故可以綜合局部煤量、電機負荷等信息，對煤流量分段，相應設定若干分級帶速，以減少調速頻率。圖3為節能調速分級效果圖，從圖中可見，分級調速同樣具有很大的節能空間。

對于整個采運系統，主控站采集各分控站的流量信息，通過分析，在保證運量的前提下，查找和計算與實際原煤輸送相關聯的系統實際工作點（例如前述Ha值），通過系統調節，使整個井下采運系統的各個分系統都運行在實際工作點上，當煤流量變小時，實時降低轉速檔，讓系統運行在低速狀況，從而達到能耗削減的目的，減少設備磨損，增加設備的使用壽命。

2 ?智能控制系統

主煤流運輸智能控制系統以PLC控制系統為核心，與上位計算機、防爆PLC控制站、帶式輸送機各種保護傳感器等共同構成分布式PLC智能控制系統。總體結構可以分為三層結構：信息檢測層、PLC控制層和信息監控層。

第一層：信息檢測層，主要包含以下各傳感器：煤倉煤位傳感器、煤流傳感器、膠帶急停傳感器、輸送帶跑偏傳感器、速度傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器、縱撕溫度傳感器、煤量傳感器等參數及保護監測。

第二層：設備控制層，此層主要為各帶式輸送機PLC控制分站，各控制站都是通過工業以太網接入操作層工業以太網交換機，從而實現設備運行的相關信息及時的上傳及控制指令的發出與執行。

第三層：信息監控層，主要由組態監控操作工作站、集控平臺的開發維護工作站等構成;各膠帶機控制子系統將采集的各自所控設備的運行工況信息通過工業以太網進行上傳至工作站，由工作站提供工業數據的歷史存儲、查詢、檢索及各類數據的調用。

系統控制以集控室集中操作控制為主，當場操作控制為輔（或應急）的控制方法。系統留有開放式數據接口（OPC Server）與信息平臺之間數據共享，實現管控一體化。

3 ?結語

本文主要是通過監測記錄裝置將帶式輸送機的工作狀況和能量消耗情況，擬定了相應的優化方案，通過煤量傳感器對輸送帶上煤量的運行裝況進行監控，同時對根據煤流的位置對輸送帶的速度進行在線監控并調速，與變頻器的頻率輸出做成閉環調節，實現根據煤量的多少主動調節輸送帶的速度，真正做到順煤流起車，煤多快轉，煤少慢轉，無煤待轉，減少了能源的損耗，延長了設備的使用壽命，提高了煤礦的經濟效益。

參考文獻

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