煤礦主煤流運輸系統自動化集控設計

＊田 康

（晉能控股山西科學技術研究院（晉城）技術研究院有限責任公司 山西 048006）

引言

當前，某礦主煤流運輸系統主要是由如下幾個單元組成：第一，下順槽帶式輸送機；第二，大巷帶式輸送機；第三，煤倉；第四，暗主井帶式輸送機；第五，邊界帶式輸送機；第六，主斜井帶式輸送機等。由于煤流系統相對復雜，與此同時驅動方式采用直接驅動的形式，各個環節都設置有保護裝置，在帶式輸送機設置1名操作工人。該系統能夠實現獨立工作，都是選用就地操作，由此看出其智能化程度相對較低。鑒于此對主煤流運輸系統的控制形式進行改造，將其改造成為智能化的設備，同時提出輸送機帶速自適應調整變頻調速策略，因此在該系統中設置了無線基站、視頻監測以及相應的IP網絡廣播，這樣可以有效地提高系統的工作效率，最大限度的降低煤損耗。

1.變頻智能調速方案設計

在采煤作業的過程中，采煤量與井下工況之間存在密切的關系。由此可以看出，其帶式輸送機在煤炭運輸的過程中存在不均衡性。通常情況下，帶式輸送機在機械與電氣選型方面需要按照冗余系數確定，由此可以看出輸送機配置電動機在富余量方面存在20%到45%的空間。鑒于此，選用變頻智能調速方案。

一般可以借助料流傳感器監測到帶式輸送機的來煤狀態，這時可以借助變頻技術實現帶式輸送機負荷的優化，從而保證實現煤多塊轉、煤少慢轉以及無煤待機的運動。控制箱是在該系統中居于核心位置，選用PLC的形式進行控制，其中變頻器讀取形式選用通用性，因此能夠提高數據的傳輸性能。

(1)變頻器配置

當前煤礦用主煤流帶式輸送機數量相對較多，同時其運行的過程中工況相對復雜，經過調研發現1臺驅動系統出現故障時，往往會給整個煤流系統帶來影響，為此必須保證帶式輸送機驅動系統的可靠性。在進行設計的過程中，如下幾個輸送機都設置有三電平變頻器：第一，下順槽帶式輸送機；第二，邊界石門帶式輸送機；第三，大巷帶式輸送機；第四，暗主井帶式輸送機。

三電平變頻器選用拓撲結構，因此諧波比重大大降低，其產生的電壓波形與正弦波形相似。通常三電平變頻器內部的目標能夠保證輸出的波形更接近于正弦波，一般三電平變頻器輸出對應的電壓值共計有五個電平值：±2、±1、0。三電平變頻器能夠從源頭上解決高次諧波被抑制的現象，以及能夠有效地優化電壓峰值與共模電壓等級。圖1表示相應的兩電平和三電平的仿真波形測試圖。

圖1 仿真波形測試圖

(2)料流傳感器配置

選用的變頻器僅僅能夠采集控制箱的信號，而控制箱能夠對帶式輸送機的物料傳感器數據進行分析，對帶式輸送機的來料情況進行分析，從而能夠有效地調整變頻器的運行頻率。

通常根據生產工藝來安裝料流傳感器，比如在帶式輸送機上方設置1條塔接帶式輸送機，這時料流傳感器安裝在上級帶式輸送機上方以及相應的被控帶式輸送機的落煤點，如圖2所示。料流傳感器、變頻器分別由兩個裝置供電：電源箱供電、饋電開關供電。

圖2 料流傳感器布置圖

1#料流傳感器能夠實現監測煤量、帶式輸送機帶速，可以通過下面的公式計算傳感器與1#帶式輸送機機頭的距離。

L=V1t

式中：V1表示相應的1#帶式輸送機額定帶速；

t表示相應的2#帶式輸送機變頻器升速時間。

2#料流傳感器用來做堆煤保護。

2.智能化集控系統設計

鑒于煤流系統的情況，該智能化集控系統包括從下幾個單元：其一，地面上位機；其二，井下礦用隔爆兼容本安型PLC控制分站；其三，礦用隔爆兼本安型液晶顯示器；其四，礦用本安型網絡攝像儀；其五，礦用本安型無線基站等。圖3、圖4分別表示系統整體架構信號網、控制網。

圖3 控制系統架構（信號網）

該系統設置兩臺上位機，能夠起到備用的效果，該上位機包括以下幾個方面的功能：第一，圖形監控；第二，數據管理；第三，動態數據顯示；第四，自診斷；第五，報警等。一般可以在井下主煤流線安裝1臺操作臺，進而可以在井下實現對主煤流進行智能化控制。與此同時，該裝置能夠實現井下信息采集以及處理。

（1）可以借助RS485與帶式輸送機單機進行信息交互，從而可以完成智能化集控控制。與此同時，能夠借助以太網與暗主井帶式輸送機、主井帶式輸送機單機控制單元進行信息的交互。帶式輸送機可以配置1套載荷分布監測裝飾，能夠對機頭、尾區域的載荷進行分析，其可以借助CAN總線接入協同控制單元，從而依據物料運輸以及相應的分布進行自動變頻調速控制。

（2）在井下設置無線基站能夠對無線網絡進行全面的覆蓋，通過設置幾個移動終端即可實現對設備信息進行檢查，如歷史記錄與報警等。該基站能夠巡檢設備，對作業執行情況進行瀏覽等。假如設備出現故障時，那么可以通過移動終端將信息推送給相應的工作人員，從而能夠避免不必要的安全問題。

（3）為了能夠實現語音擴播功能，在帶式輸送機機頭位置設置1臺本安型IP網絡廣播終端，從而可以有效地實現良性的通信。相關工作人員可以借助集控中心通信主站與現場語音站主站可以和相應的帶式輸送機中的語音分站之間實現語音通信與語音功能，從而可以形成一套完善的語音功能，滿足工程的需要。

3.結語

本文經過對煤礦主煤流運輸系統進行調研分析，從而提出了智能化設計方案，可以借助料流傳感器以及相應的變頻器共同工作，滿足主煤流智能化的工程需要。相關工作人員借助智能化的終端實現移動監測、視頻監測以及語音廣播等，能夠做到在不影響生產的情況下，實現對主煤流的智能化控制，最大限度的避免能源的損耗，不斷優化設備的使用年限，從而降低生產成本，提高生產效率。