煤倉(cāng)料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】文章分析了傳統(tǒng)的煤倉(cāng)料位監(jiān)測(cè)方案，針對(duì)當(dāng)前煤礦原煤倉(cāng)測(cè)量不準(zhǔn)，未與自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于雷達(dá)料位計(jì)的煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以雷達(dá)料位計(jì)為核心設(shè)備，能接入自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法相比，具有監(jiān)測(cè)精度高，環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，有效提高了煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)水平。

【關(guān)鍵詞】煤倉(cāng);煤位;監(jiān)測(cè);雷達(dá)物位計(jì)

1.引言

輸煤過(guò)程中的原煤倉(cāng)作為生產(chǎn)運(yùn)行的中間環(huán)節(jié)，起著均衡輸煤和儲(chǔ)煤的作用，煤倉(cāng)中煤位過(guò)低或過(guò)高，都會(huì)使煤倉(cāng)這一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，從而關(guān)系到煤礦生產(chǎn)能否高效有序進(jìn)行。隨著我國(guó)煤炭工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，如何實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)煤倉(cāng)的貯料情況，并和井下相關(guān)運(yùn)輸皮帶、給煤機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)監(jiān)控，在安全高效生產(chǎn)和自動(dòng)化管理中顯得越來(lái)越重要。因此煤倉(cāng)煤位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制煤倉(cāng)貯料情況的裝置在煤礦安全生產(chǎn)中起非常重要的作用。

2.煤倉(cāng)料位監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展

目前，煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有多種原理和實(shí)現(xiàn)方式， 在我國(guó)煤倉(cāng)常用的有電容式、重錘式、核輻射式和超聲波式煤位探測(cè)系統(tǒng)。

電容式煤位測(cè)量是根據(jù)探極之間的電容正比于物料料位的原理實(shí)現(xiàn)煤位測(cè)量工作，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便。要求被測(cè)物料的介電常數(shù)穩(wěn)定，其探頭易粘著接觸物料導(dǎo)致?lián)p壞，測(cè)量距離也較小。

重錘式煤位探測(cè)系統(tǒng)以鋼絲繩懸掛重錘，探測(cè)料倉(cāng)頂部到物料表面間的距離，是一種機(jī)械式、接觸型探測(cè)系統(tǒng)。具有連續(xù)測(cè)量、方法簡(jiǎn)單、成本較低等特點(diǎn)。但由于測(cè)量過(guò)程中重錘必需與被測(cè)煤塊接觸，易被煤塊埋住，且懸重錘的鋼絲繩容易被落煤砸斷。因此長(zhǎng)期工作時(shí)可靠性較差，易損壞。

核輻射式煤位探測(cè)系統(tǒng)采用放射源Co-60或Cs-137發(fā)射的γ射線能夠穿透容器壁和容器內(nèi)的物料。在煤倉(cāng)下側(cè)裝有γ射線接收器， 隨著煤位的變化， γ射線穿過(guò)料層后的強(qiáng)度也不同，接收器檢測(cè)出射入的γ射線強(qiáng)度并通過(guò)顯示儀表顯示出煤位高度。核輻射式煤位探測(cè)存在一定的放射危險(xiǎn)性，已限制在煤礦井下使用，且價(jià)格較高。

超聲波式煤位測(cè)量利用超聲波的回聲定位原理完成數(shù)據(jù)采集過(guò)程。由于超聲波在空氣中傳輸時(shí)傳輸速度與溫度等環(huán)境因素相關(guān)，影響測(cè)量精度。且超聲波波束角較大，對(duì)煤倉(cāng)直徑與深度比有一定要求，影響測(cè)量深度。

針對(duì)上述煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種新型基于雷達(dá)測(cè)量技術(shù)的煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.基于雷達(dá)測(cè)距原理的物位儀

雷達(dá)測(cè)距傳感器原理是通過(guò)換能器和天線發(fā)射電磁波，電磁波在空間傳播時(shí)遇到被測(cè)物阻擋后反射回部分能量，該能量被天線和換能器接收。通過(guò)計(jì)算發(fā)射探測(cè)脈沖與接收反射脈沖的時(shí)間間隔就能推導(dǎo)出傳感器與被測(cè)介質(zhì)之間的距離。由于電磁波以光速（3×108米/秒）傳播， 其穿透力強(qiáng)，傳播速度不受粉塵、蒸汽及介質(zhì)的影響，傳播衰減也很小，被測(cè)物料的溫度、壓力、密度等幾乎不影響對(duì)其準(zhǔn)確的測(cè)量。對(duì)煤倉(cāng)中可能存在的環(huán)境干擾，物位計(jì)設(shè)計(jì)有回波學(xué)習(xí)功能，可以通過(guò)軟件設(shè)置達(dá)到去除干擾的目的。

4.基于分布式光纖測(cè)溫技術(shù)的煤礦火災(zāi)監(jiān)測(cè)方案

圖1 系統(tǒng)組成

如圖1所示，系統(tǒng)由雷達(dá)測(cè)距傳感器、數(shù)據(jù)采集分站、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、和監(jiān)控主機(jī)組成。雷達(dá)測(cè)距傳感器實(shí)現(xiàn)精確的煤倉(cāng)煤位測(cè)量。數(shù)據(jù)采集分站采集煤倉(cāng)煤位信號(hào)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)通信接口傳輸至地面監(jiān)控主機(jī)。地面監(jiān)控主機(jī)對(duì)煤位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)等，并可接入皮帶系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)和皮帶、給煤機(jī)等實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能。

在煤倉(cāng)上倉(cāng)口新安裝一臺(tái)數(shù)據(jù)采集分站、一臺(tái)聲光報(bào)警裝置。每個(gè)煤倉(cāng)安裝1臺(tái)雷達(dá)物料傳感器。雷達(dá)物料傳感器實(shí)現(xiàn)精確的煤倉(cāng)煤位測(cè)量。數(shù)據(jù)采集分站采集物料傳感器的煤位信息并實(shí)現(xiàn)就地顯示;數(shù)據(jù)采集分站可設(shè)定多級(jí)報(bào)警門(mén)限，煤倉(cāng)煤位達(dá)到報(bào)警門(mén)限后控制聲光報(bào)警裝置發(fā)出聲光報(bào)警。數(shù)據(jù)采集分站將煤倉(cāng)煤位數(shù)據(jù)傳輸至皮帶控制機(jī)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)皮帶與煤倉(cāng)聯(lián)動(dòng)控制。數(shù)據(jù)采集分站通過(guò)傳輸接口將數(shù)據(jù)上傳至地面監(jiān)控主機(jī)。

下倉(cāng)口設(shè)置1臺(tái)數(shù)據(jù)采集分站，通過(guò)電纜與上倉(cāng)口數(shù)據(jù)采集分站取得煤倉(cāng)煤位信息并實(shí)現(xiàn)就地顯示，給煤機(jī)司機(jī)根據(jù)煤倉(cāng)煤位控制給煤機(jī)，有效控制煤倉(cāng)煤量。數(shù)據(jù)采集分站設(shè)定多級(jí)報(bào)警門(mén)限，達(dá)到報(bào)警門(mén)限后控制語(yǔ)音主機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警。

地面監(jiān)控主機(jī)對(duì)煤位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)等，并可接入皮帶控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)和皮帶、給煤機(jī)等聯(lián)動(dòng)控制功能。如圖2所示。

5.結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的煤倉(cāng)煤位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決目前煤礦煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一是煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)手段有限，存在各種缺陷;二是煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)未融入自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中，形成信息孤島，導(dǎo)致其未能充分發(fā)揮其作用?；诶走_(dá)測(cè)量技術(shù)的煤倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將能極大的提高對(duì)井下煤倉(cāng)煤位進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效避免可能出現(xiàn)的煤倉(cāng)堵口、滿倉(cāng)、設(shè)備毀壞等嚴(yán)重影響生產(chǎn)的事故，同時(shí)可將煤倉(cāng)煤位信號(hào)與監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶控制系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)煤位數(shù)據(jù)上傳于地面控制中心站進(jìn)行顯示，為整體調(diào)度提供有效的監(jiān)控、管理手段，提高了礦井安全指揮和有效生產(chǎn)能力，在煤礦生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用前景。

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項(xiàng)目來(lái)源：天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司科研項(xiàng)目（編號(hào)：2012SY013）。

作者簡(jiǎn)介：賈文琪（1978—），男，江蘇武進(jìn)人，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司，從事礦用產(chǎn)品研發(fā)工作。