煤礦井下自動(dòng)化控制在皮帶運(yùn)輸中應(yīng)用探究

摘要：皮帶運(yùn)輸機(jī)在現(xiàn)代煤礦高產(chǎn)高效的生產(chǎn)過(guò)程中起到主要作用。煤礦生產(chǎn)有其特殊性，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)煤量無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻輸送，皮帶運(yùn)輸機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并在生產(chǎn)發(fā)展的過(guò)程中日益精準(zhǔn)，不僅促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展，還有助于節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：煤礦礦井；皮帶運(yùn)輸機(jī)；自動(dòng)化控制；傳送裝置

中圖分類號(hào)：TD611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）12-0130-02

進(jìn)入21世紀(jì)，人們對(duì)于能源的消費(fèi)量以及消費(fèi)水平呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，隨著能源的消耗，本世紀(jì)能源結(jié)構(gòu)也必將發(fā)生巨大變化。傳統(tǒng)的煤炭等資源將會(huì)逐步降低在能源消費(fèi)中的比重，取而代之的是新興能源與可再生資源所占比重的大幅增加。但是，就我國(guó)能源構(gòu)成結(jié)構(gòu)來(lái)看，由于石油、天然氣儲(chǔ)量有限，水力資源分布極其不均，這必將導(dǎo)致我國(guó)能源構(gòu)成中煤炭主導(dǎo)地位的長(zhǎng)期不動(dòng)搖。更重要的是，隨著人口的不斷增長(zhǎng)以及為滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速穩(wěn)定發(fā)展的要求，我國(guó)能源消費(fèi)的總量在接下來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都將保持上升態(tài)勢(shì)，雖然煤炭消費(fèi)的比例將會(huì)下降，但其消費(fèi)總量將繼續(xù)增加。

我國(guó)是世界儲(chǔ)煤大國(guó)，煤炭資源豐富，勞動(dòng)力廉價(jià)，本應(yīng)在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但由于技術(shù)、管理、體制等原因，大多數(shù)煤礦的勞動(dòng)力效率低下。1998年我國(guó)原有統(tǒng)配煤礦的平均全員效率僅為美國(guó)的1.6%，澳大利亞的1.78%；工人年工資僅為美國(guó)2%，澳大利亞的1.15%，工資差別如此之大，但是每噸煤勞動(dòng)成本還是超過(guò)了美國(guó)。目前國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)的現(xiàn)狀是煤炭企業(yè)已難以盈利甚至虧損，經(jīng)營(yíng)狀況舉步維艱，此種狀況亟待解決。本文主要就自動(dòng)控制系統(tǒng)在煤礦井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景進(jìn)行探討，供廣大同仁參考借鑒。

1 采用皮帶輸送自動(dòng)化控制系統(tǒng)的緊迫性

我國(guó)目前煤炭企業(yè)的經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀十分慘淡，未來(lái)我國(guó)煤炭企業(yè)的出路在哪里？依據(jù)世界上其他先進(jìn)采煤國(guó)以及我國(guó)神華、兗礦等礦區(qū)“九五”發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，綜合其他傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)，降低人工成本，提高生產(chǎn)效率已經(jīng)是中國(guó)煤炭企業(yè)走出目前困境的唯一出路。

傳統(tǒng)帶式輸送裝置在煤礦生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是這種帶式輸送裝置存在啟動(dòng)電流大、傳動(dòng)效率低、功率不平衡、無(wú)功環(huán)流損耗大、老化速度快等缺點(diǎn)，給企業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損耗的同時(shí)，也給煤礦的安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重威脅，其中機(jī)電事故中相當(dāng)數(shù)量發(fā)生在老化的帶式傳送裝置上，直接影響到煤礦工人的人身安全。

現(xiàn)代煤礦高產(chǎn)高效的主要運(yùn)輸設(shè)備就是皮帶運(yùn)輸機(jī)。由于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，運(yùn)行過(guò)程中皮帶運(yùn)煤量不均勻。高速運(yùn)行時(shí)容易發(fā)生低負(fù)荷與零負(fù)荷工況，嚴(yán)重磨損傳動(dòng)部件，造成電能的巨大浪費(fèi)，同時(shí)由于皮帶運(yùn)輸機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中不能中斷運(yùn)行，因此對(duì)于皮帶輸送裝置系統(tǒng)的改造就顯得尤為重要。

2 皮帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理及特點(diǎn)

皮帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶傳動(dòng)速度等相關(guān)參數(shù)的控制。隨著煤礦向一礦一面方向發(fā)展，相關(guān)配套設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)則呈現(xiàn)出大型化、大功率化，對(duì)于電能的供應(yīng)及電能質(zhì)量提出更高的要求。而電力電子技術(shù)則是借助于半導(dǎo)體功率器件對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和優(yōu)化利用。電力電子技術(shù)迅猛發(fā)展給皮帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的更新升級(jí)帶來(lái)了福音，第三代電力電子器件可將高電壓、大電流的功率器與起控制作用的數(shù)字電路、邏輯電路、保護(hù)電路以及傳感檢測(cè)電路集成在一起。其主要優(yōu)點(diǎn)是可以直接接收控制信號(hào)并進(jìn)行傳遞和變換處理以達(dá)到控制目的。

煤礦井下自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，皮帶運(yùn)輸機(jī)所用調(diào)速交、直流電動(dòng)機(jī)就是采用的電力電子技術(shù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)排布在傳送帶上的載荷傳感器采集載荷信號(hào)傳遞到中樞系統(tǒng)進(jìn)行分析，繼而將動(dòng)作指令傳遞給調(diào)速電機(jī)，控制皮帶運(yùn)行速度，以匹配負(fù)載，達(dá)到降低能耗，延長(zhǎng)傳動(dòng)部件使用壽命的目標(biāo)，同時(shí)大大提高其運(yùn)行安全性與可

靠性。

此種系統(tǒng)有一般自動(dòng)控制系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)。首先，都采用計(jì)算機(jī)（包括單片機(jī)、PLC即可編程序控制器或嵌入式計(jì)算機(jī)）和多種傳感器組成的工況檢測(cè)以及控制系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備各部分工況參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控及保護(hù)，并采用顯示控件對(duì)相關(guān)參數(shù)顯示；其次，具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能。皮帶輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在整個(gè)礦場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中并非獨(dú)立存在，不是一個(gè)“自動(dòng)化孤島”，而是具有良好的通信聯(lián)網(wǎng)功能。在計(jì)算機(jī)上有相應(yīng)的通信接口或者通信模塊，通過(guò)雙芯屏蔽通信線或者光纖與其他設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)信息交互、聯(lián)動(dòng)和集中控制；最后，采用多種先進(jìn)傳感器采集相關(guān)信號(hào)，例如載荷信號(hào)、傳送速度信號(hào)等，給中央處理器提供足夠數(shù)據(jù)，保證能夠及時(shí)準(zhǔn)確控制調(diào)速電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作。傳感器數(shù)量以及性能直接影響到數(shù)據(jù)信息量的大小以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 皮帶輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展前景與趨勢(shì)

目前我國(guó)煤礦生產(chǎn)企業(yè)急于走出困境，紛紛選擇以高新技術(shù)為支持的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改革，試圖通過(guò)高新技術(shù)的應(yīng)用降低生產(chǎn)投入，減少生產(chǎn)能耗，提高生產(chǎn)效率，提高煤炭產(chǎn)量。皮帶輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于能夠使工作速度與負(fù)荷量相互配合，避免不必要的空轉(zhuǎn)以及低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)工況，大大提高了設(shè)備使用壽命，減少對(duì)設(shè)備的損耗，減少了空轉(zhuǎn)等情況下對(duì)于電能的大量消耗，降低了生產(chǎn)成本。更重要的是大大提高設(shè)備運(yùn)行安全性與可靠性，使得事故發(fā)生概率明顯下降，礦場(chǎng)職工的生命安全得到更好的保障。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入運(yùn)行，使得大量傳感器取代了傳統(tǒng)生產(chǎn)中人的作用，對(duì)于工況的判斷更加準(zhǔn)確，更加數(shù)字化，對(duì)于系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提高有極大的作用。同時(shí)，也解放了大量勞動(dòng)力，檢修人員也大大減少，設(shè)備檢修投入大幅降低。

基于以上情況，皮帶輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)在煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中的普及與更新?lián)Q代已然勢(shì)不可擋。其應(yīng)用呈現(xiàn)出普及化趨勢(shì)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展與更新?lián)Q代體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，中樞處理的高速化，計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料學(xué)的發(fā)展使得CPU處理數(shù)據(jù)的能力日益提高，保證了信息處理的及時(shí)性；其次，系統(tǒng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出多接口的發(fā)展趨勢(shì)，能與更多的處理以及分析軟件實(shí)現(xiàn)在線聯(lián)網(wǎng)通信；最后，所采用傳感器向精細(xì)化、較高的數(shù)據(jù)采集能力方向發(fā)展，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與全面性。

4 結(jié)語(yǔ)

皮帶輸送自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用給處于困境的煤炭企業(yè)帶來(lái)了福音，使得生產(chǎn)成本大幅降低，人工投入減少，運(yùn)行的安全性得到保障。此系統(tǒng)在未來(lái)將會(huì)受到越來(lái)越多企業(yè)的青睞，其更新?lián)Q代的產(chǎn)品也將進(jìn)一步降低生產(chǎn)投入，發(fā)展前景廣闊。

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作者簡(jiǎn)介：馮志強(qiáng)（1986—），男，供職于開(kāi)灤（集團(tuán)）蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司單侯礦皮帶隊(duì)，研究方向：自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）