礦井下皮帶機集控的創(chuàng)新設(shè)計及應(yīng)用

梁代軍

（山西煤炭運銷集團忻州分公司三百子煤業(yè)，山西 忻州 036704）

引言

目前礦井下皮帶機集控系統(tǒng)工作流程并不十分完善，距離實現(xiàn)進一步自動化控制和通信還存在一定距離。礦井皮帶機控制方式不能實現(xiàn)自動化和信息化主要受現(xiàn)場總線技術(shù)、PLC控制技術(shù)、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)、上位機技術(shù)、工業(yè)組態(tài)軟件等技術(shù)的影響，因此需要改造電控系統(tǒng)，完善和優(yōu)化現(xiàn)有礦井下皮帶機集控。機房管控服務(wù)器的重要環(huán)節(jié)是將太環(huán)網(wǎng)與礦井下皮帶集控中心計算機相連接，以保障重要參數(shù)和控制信號收集與傳達。礦井下皮帶機集控的創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)的實現(xiàn)需要通過提高礦井皮帶機地面集控控制與運行機制，這樣既能提高皮帶運行的安全可靠性，又能實現(xiàn)皮帶的遠程自動化控制，精簡機集控操作人員數(shù)量，提升生產(chǎn)效益。本文選用某礦井作為主站，以另一礦井作為分站組成的礦井下皮帶機集控控制系統(tǒng)，通過主站負責(zé)通信和分站負責(zé)分工進行實時調(diào)度。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方面采用創(chuàng)新型兩層通信網(wǎng)絡(luò)，不同分站的可編程控制器通過現(xiàn)場總線連接到主站，主站又通過太網(wǎng)通信模塊與上位機PC機進行通信［1］。同時，分站在控制硬件模塊中擴展了新型模擬量輸入技術(shù)和通信技術(shù)裝備，主站則擴展了太網(wǎng)通信模塊設(shè)備。在機集控軟件設(shè)計上同時進行創(chuàng)新設(shè)計，有效保障皮帶機集控的啟?？刂坪凸收蠙z測控制，及時修復(fù)故障檢測程序失誤和實現(xiàn)故障停機保護。從礦井皮帶機集控的硬件設(shè)備和控制軟件進行創(chuàng)新設(shè)計以更好推動礦井產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率的提高和發(fā)展。

1 皮帶機集控運行的問題

1.1 皮帶臥式延伸轉(zhuǎn)載機總體效益不佳

礦產(chǎn)安全生產(chǎn)過程中，開采系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)是礦井下礦物的轉(zhuǎn)載，由于礦物中原煤、矸石和巖石的體積大、質(zhì)量重，使得礦井下轉(zhuǎn)載系統(tǒng)存在著不能連續(xù)裝載的難題。首先，目前多數(shù)礦井下皮帶機集控設(shè)計條件有限，原裝載機械的部分系統(tǒng)安全系數(shù)不科學(xué)，硬件制造材料消耗及使用不符合節(jié)能環(huán)保的時代主題，造成一定程度上的資源浪費和污染。其次，礦井下機械結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，皮帶臥式延伸轉(zhuǎn)載支撐車部各零部件、部件的組合存在不合理之處，有待優(yōu)化設(shè)計。如Pro／Engineer三維軟件中建立煤礦井下皮帶臥式延伸轉(zhuǎn)載機支撐車車體的模型，支撐車的三維模型在尚未導(dǎo)入ANSYS時，其有限元的靜力支撐車體力度不足，在分析驗證了原支撐車車體的初始設(shè)計才能很好地滿足其工作需求［2］。再次，在本支撐車的初始化設(shè)計結(jié)構(gòu)與材料上，目前國內(nèi)礦井下機械綠色設(shè)計水平較低，通過分析ANSYS軟件對優(yōu)化后的支撐車車體進行動態(tài)分析與疲勞校核，得知支撐車車體前六階的固有頻率和振型不符合科學(xué)數(shù)值要求，響應(yīng)值的頻率的變化曲線和車體疲勞累計系數(shù)較大，說明支撐車體動態(tài)特性缺乏穩(wěn)定。因此，需要改造皮帶基地面集控制運行監(jiān)控，以此來增強皮帶機運行的安全可靠性，使礦井實現(xiàn)安全、高效自動化無人值守運作，達到增效減員的目的。

1.2 傳送感應(yīng)器采集信息不及時

目前礦井產(chǎn)業(yè)朝著大型化、現(xiàn)代化、連續(xù)化和智能化的方向發(fā)展，開采程序與工藝更為復(fù)雜化，連續(xù)化開采難度不斷增大。礦井下開采區(qū)皮帶運輸系統(tǒng)環(huán)境惡劣，危險系數(shù)高，若運輸制作材料不佳或監(jiān)控不到位，易發(fā)生安全事故。故此，礦井下的機集控傳感采集信號的快速傳達至可編程邏輯控制器十分關(guān)鍵，若發(fā)生故障，PLC通過執(zhí)行用戶程序及時實現(xiàn)停機保護，以保障皮帶機安全。PLC分析故障信息并傳輸出具體參數(shù)，對現(xiàn)場工作狀況實時監(jiān)控和記錄，實現(xiàn)操機人員與運行機器對話十分重要。然而若要形象生動地將圖形界面直觀展示出來，還需嵌入組態(tài)軟件MCGS屏，以控制上位機的監(jiān)控界面，以此來改善目前難以實現(xiàn)的人機接口操作［3］。

2 解決礦井下機集控創(chuàng)新設(shè)計的問題

2.1 設(shè)計研發(fā)新型礦用履帶式移動皮帶輸送機

皮帶機集控運輸機通過電機驅(qū)動，它采用的制作材料對保障運輸安全快速具有重要影響。質(zhì)量問題容易導(dǎo)致打滑、斷帶、劃傷、過載、聯(lián)軸器斷開等故障問題的產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)壓礦的嚴重后果。故此，在針對連續(xù)性傳輸設(shè)備的橋梁質(zhì)量問題下，研究和設(shè)計出應(yīng)用性強的履帶式移動皮帶輸送機十分必要，既能解決目前礦井下皮帶機集控優(yōu)化問題，又能彌補國內(nèi)市場空白。履帶式移動皮帶的設(shè)計可滿足5 000T／d熟料生產(chǎn)線，實現(xiàn)連續(xù)性開采，提高生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)的礦產(chǎn)開采相比，履帶移動式功能更為強大，在將礦山開采爆破后的礦石破碎至300mm以下的粒度［4］，履帶移動式可實現(xiàn)全程皮帶運輸，很大程度上實現(xiàn)機械自動化操作，減免了輸送全程的人工監(jiān)工數(shù)量，同時避免了因運輸不平穩(wěn)而導(dǎo)致的礦物粉塵掉落而引起的污染和浪費，在設(shè)備采購與土建基礎(chǔ)方面節(jié)省了大量資本，并減少了運營費用，如汽車燃油費、司機等員工費等等，提高了社會效益與經(jīng)濟效益［5］。

2.2 創(chuàng)新礦井下皮帶運輸監(jiān)測軟件設(shè)計

皮帶運輸機故障是制約礦產(chǎn)高效開采的瓶頸，提高礦井皮帶運輸系統(tǒng)故障監(jiān)測監(jiān)控能力，如對皮帶速度、電機轉(zhuǎn)矩、皮帶跑偏、電機溫度、皮帶縱撕、皮帶起火、煤倉堆煤的特征進行分析，可有效預(yù)防故障的發(fā)生。礦井皮帶監(jiān)控軟件的設(shè)計注重信號處理單元的優(yōu)化設(shè)計，對皮帶運輸?shù)膫鞲衅鞑杉盘栠M行整形、放大、轉(zhuǎn)換和計算，操機人員可通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語音傳達系統(tǒng)實現(xiàn)對整個礦井下皮帶運輸系統(tǒng)的監(jiān)控，若皮帶出現(xiàn)打滑、斷帶、過載、聯(lián)軸器斷開等故障，監(jiān)控系統(tǒng)在最短時間內(nèi)進行自動監(jiān)測和識別，并以光、聲的形式進行報警，形成一個完整的操作、調(diào)度的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，對礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)安全高效生產(chǎn)具有巨大的實用價值。

3 結(jié)語

本文根據(jù)分析目前礦井下皮帶機集控運行狀況下各類問題，如皮帶運輸材質(zhì)的優(yōu)劣對運輸造成的安全與效率問題，運輸過程的監(jiān)控問題，監(jiān)控軟件的創(chuàng)新設(shè)計問題等，根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的問題尋求解決對策。主要從采用新型的履帶皮帶、創(chuàng)新設(shè)計新型系統(tǒng)化的監(jiān)控軟件來實現(xiàn)礦井產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展，以推動我國礦產(chǎn)資源“綠色健康”發(fā)展和我國社會經(jīng)濟的繁榮。

［1］ 王鵬.井下皮帶機常見故障與處理技術(shù)分析［J］.電子制作，2013（13）：194.

［2］ 王建宇.礦井皮帶機系統(tǒng)故障調(diào)度應(yīng)急預(yù)案［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，33：116.

［3］ 趙偲.皮帶機中滾筒筒體修復(fù)技術(shù)及使用效果［J］.科技資訊，2012，22：84.

［4］ 謝金賜.淺談礦井運輸中皮帶機運輸啟動方式［J］.科技創(chuàng)業(yè)家，2013（10）：83.

［5］ 王玉蘭.設(shè)計P－800型皮帶機技術(shù)說明和經(jīng)濟效益分析［J］.科技致富向?qū)В?011（15）：276.