礦井皮帶機智能控制系統(tǒng)的研究

王建慶

開灤股份呂家坨礦業(yè)分公司 河北唐山 063000

皮帶輸送機又簡稱為皮帶機，因為其使用的靈活性以及高效率的輸送，為散裝物料的輸送提供了有效手段，在生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用。皮帶機作為井下煤炭開采、輸送的主要機械設(shè)備，是由機架、托輥組、糾偏裝置、皮帶、驅(qū)動裝置、張緊裝置、控制報警裝置等組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、維修容易、運量大等優(yōu)點，承擔(dān)了井下煤炭運輸?shù)闹饕糠?。但是，在皮帶機運行過程中，容易發(fā)生跑偏現(xiàn)象，會造成散煤的遺落堆積，降低工作效率，同時跑偏的皮帶會與皮帶機鋼鐵部件或者煤壁邊緣發(fā)生摩擦破損，極大地縮短了皮帶的使用壽命，影響煤礦的正常生產(chǎn)，如果不及時采取糾偏措施，還可能發(fā)生安全事故。

1 礦井皮帶機的故障類型及處理措施

1.1 皮帶跑偏

皮帶機設(shè)備出現(xiàn)的皮帶跑偏故障主要集中在物料交接部位，其形成原因為：兩條皮帶機在角度與高度方面存在差距。具體來說，一旦兩條皮帶機運行差異較大，上層皮帶就會對下層皮帶帶來較大沖擊影響，進而導(dǎo)致下層皮帶運輸?shù)奈锪铣霈F(xiàn)偏斜，最后發(fā)生跑偏。

1.2 打滑

由于皮帶機設(shè)備運行使用是依靠皮帶傳動產(chǎn)生的摩擦來進行控制實現(xiàn)的，因此，一旦出現(xiàn)皮帶打滑現(xiàn)象，就會降低皮帶機運行使用的穩(wěn)定性。打滑故障的出現(xiàn)，主要是因為皮帶機主動輪設(shè)備的摩擦力下降，無法為帶輪傳動產(chǎn)生的摩擦力提供抵消功能。

①先要對皮帶機運行使用的緊張狀態(tài)進行測試，以通過測試結(jié)果是否存在松弛現(xiàn)象來判斷處理方式的運用。如存在皮帶松弛問題，故障處理人員應(yīng)增加拉緊裝置配重方式來實現(xiàn)皮帶的張緊目標。②針對打滑故障的產(chǎn)生原因，處理人員可拉緊螺旋或是提升拉緊力來降低皮帶打滑的發(fā)生幾率。③更新出現(xiàn)皮帶打滑故障部分，來保證皮帶機設(shè)備運行使用的摩擦系數(shù)。

2 礦井皮帶機智能控制系統(tǒng)設(shè)計

如圖1（a）所示，該系統(tǒng)的組成部分主要分為六塊，分別是管理工作站、電機拖動、PLC變頻調(diào)速、稱重檢測子系統(tǒng)、速率檢測子系統(tǒng)以及智能控制主機。而其中最為重要的當(dāng)屬管理工作站，用其能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制主機和縱向的相互連接，從而有效地反饋設(shè)備運行狀況，并通過所采集的信息實現(xiàn)對系統(tǒng)的智能控制。

圖1 皮帶機智能控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 稱重檢測子系統(tǒng)

對于稱重檢測子系統(tǒng)而言，其作用主要體現(xiàn)在了運輸貨物瞬時流量的獲取，用其稱重子系統(tǒng)能夠及時準確進行流量采集。本設(shè)計所用傳感器為四種高精密稱重傳感器，它們分別安置于設(shè)備各支架的托輥上，用于對各時段內(nèi)貨物重量的數(shù)據(jù)采集。如圖1（b）所示，首先將信息數(shù)據(jù)通過稱重傳感器轉(zhuǎn)化為電壓模擬信號，之后經(jīng)由A進行轉(zhuǎn)換，并將其輸入到計算當(dāng)中，最后進行4-20mA模擬量信號的輸出。在此過程中，最為重要的一點就是皮帶速率與稱重信息的融合計算，計算時需利用A/D進行稱重信息轉(zhuǎn)換，使其成為數(shù)字量信息。

2.2 速度檢測子系統(tǒng)

可以利用下述方法對皮帶機實際運輸貨物的速率予以采集，首先選擇脈沖信號電纜，應(yīng)確保其內(nèi)部含有精密速度編碼器，并將其安于皮帶托輥上來檢測其運行速度，之后用連續(xù)脈沖信號將其運行的實際線速度呈現(xiàn)出來，通過再生放大以及必要整形后，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其以數(shù)字量數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)出來，如上圖1（b），利用專用控制器來計算稱重傳感器放大、整形后的數(shù)字量即可。

2.3 皮帶秤計算

若稱量貨物采用的系統(tǒng)為皮帶機智能控制系統(tǒng)，在具體應(yīng)用中，精密的稱重傳感器會接收到來自貨物的重力，并以數(shù)字信號的形式傳遞給稱重傳感器，而其輸出的電壓信號與運輸貨物重力成正比，同時利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其以數(shù)字量MA的形式傳輸至專業(yè)控制器中；利用速度傳感器對子系統(tǒng)予以檢測，便能得到脈沖數(shù)，與上述方法相同，同樣利用轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，則能得到數(shù)字量VB，并將其傳送至專用控制器中；如圖1（b），利用控制器來運算VB與MA便可得到貨物的周期運輸量。而貨物連續(xù)通過的總重量即為各周期貨物運輸量的綜合。合并稱重子系統(tǒng)與測速子系統(tǒng)，則皮帶稱功能即可實現(xiàn)。在具體應(yīng)用過程中，用M（t/h）來表示貨物運輸?shù)乃矔r流量，其具體公式如下所示：M=K×（Gi-Z）×Vi×3.6

上式中，所運輸貨物在單位區(qū)段長度上的平均重量中Gi來表示；其運行瞬時速度用Vi來表示；量程系數(shù)用k來表示，稱重段皮重用Z來表示。因此，M累積總和實際為輸送總量。

4 皮帶機智能控制系統(tǒng)的開發(fā)

皮帶機主機控制器，主要依據(jù)的是皮帶機城稱量區(qū)段來及時的獲得相應(yīng)的瞬時流量M和皮帶機額定有效稱量區(qū)段重量We，在通過對比分析之后隨即得出系數(shù)P（0≤P≤1.0），依照系數(shù)P值的大小控制輸出信號的大小，達到針對皮帶機的變頻調(diào)速、智能控和節(jié)能環(huán)保。公式為：P=M/We利用PLC可編程控制器實現(xiàn)，其軟件系統(tǒng)流程如圖2所示。輸入?yún)?shù)包括稱重傳感器量程，稱重區(qū)段長度，K等。傳感器采集數(shù)據(jù)信息有Gi、Z、Vi。

圖2 皮帶機智能控制軟件流程圖

總之，目前在該系統(tǒng)具體運用的階段之中，運行過程相對穩(wěn)定，在皮帶機處在輕載或者是重載的時候，可以智能化來一調(diào)整皮帶傳輸速率。其不僅僅可以實現(xiàn)節(jié)約能源，還可以降低對于設(shè)備方面的磨損度，進一步的延長使用壽命。皮帶機智能控制系統(tǒng)的主要特征體現(xiàn)在運行效率高，成本低廉，才逐步的被大范圍的運用到社會建設(shè)的各個行業(yè)之中，最終為發(fā)展低碳經(jīng)濟做出貢獻。