多級帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)研究

邊耀偉

【摘 要】 為了提高煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率低下、控制分散、啟動效率不高及能耗大等問題，文章提出一種多級帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。結(jié)果表明：1）控制系統(tǒng)通過將主控制與分級控制相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)集中以及分級控制;2）通過監(jiān)測輸送機(jī)帶煤流位置、運(yùn)輸速度，并按照預(yù)先設(shè)定的控制方式可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)順煤流啟動，從而顯著提升輸送機(jī)啟動效率;3）通過模糊PID控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)階梯調(diào)速，不僅可滿足煤炭運(yùn)行需要，而且可降低帶式輸送機(jī)能耗、避免頻繁調(diào)速問題。研究成果可為其他礦井帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供一定借鑒。

【關(guān)鍵詞】 煤炭運(yùn)輸;帶式輸送機(jī);集中控制;煤量檢測;階梯調(diào)速

【中圖分類號】 TP273 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）02-0017-03

現(xiàn)階段礦井帶式輸送機(jī)管理相對較為粗放，按照傳統(tǒng)逆煤流方向依次啟動帶式輸送機(jī)，啟動時需要皮帶司機(jī)值守，不符合煤礦智能化改造的趨勢;井下帶式輸送機(jī)現(xiàn)階段基本完成變頻控制改造，但是帶式輸送機(jī)運(yùn)行多為恒速方式，變頻器僅發(fā)揮軟啟動功能，未能真正起到節(jié)能降耗作用。傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)運(yùn)行控制存在啟動效率低、能耗高等問題，為此，文中提出一種井下多級帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)，以期能提高礦井多級串聯(lián)帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率。

1集中控制系統(tǒng)架構(gòu)

多級帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)采用主控制、分級控制相結(jié)合方式，具體架構(gòu)見圖1。集中控制系統(tǒng)主要組成部分有邏輯控制、變頻控制（速度控制）以及傳感器監(jiān)測等。

邏輯控制部分采用串口總線連接，結(jié)構(gòu)細(xì)分為主控制臺、PLC控制系統(tǒng)以及分級控制臺。主控制臺用以監(jiān)測并管控各級帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況;PLC控制系統(tǒng)是調(diào)整帶式輸送機(jī)運(yùn)行的核心，通過PLC控制系統(tǒng)對各臺帶式輸送機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，并將結(jié)果傳輸給對應(yīng)的分級控制臺;分級控制臺主要用以調(diào)整單臺帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度。

變頻控制部分是依據(jù)PLC控制器指令，利用變頻器調(diào)整驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)按照預(yù)先設(shè)定速度運(yùn)行。

2輸送機(jī)煤流量監(jiān)測

現(xiàn)階段輸送帶煤流量監(jiān)測方法包括有電子皮帶秤、激光掃描儀等，其中電子皮帶秤需要在輸送帶上布置多組稱重傳感器，安裝繁瑣且監(jiān)測精度較低;激光掃描儀雖然安裝方便，但是也存在受外界影響顯著、測量結(jié)果不穩(wěn)定等問題。為此實(shí)現(xiàn)輸送帶煤流量的高精度監(jiān)測，文中提出采用基于超聲波的煤量檢測裝置對煤流量進(jìn)行監(jiān)測。

超聲波傳感器煤量監(jiān)測流程為：

通過超聲波波傳感器獲取到輸送帶上堆煤橫截面面積;

通過霍爾傳感器測定驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動速度，從而確定輸送帶運(yùn)行速度;

將超聲波傳感器波獲取到的堆煤橫截面積、霍爾傳感器獲取到的輸送帶運(yùn)輸速度信號傳輸給信息處理面板即可獲取到單位時間內(nèi)輸送帶運(yùn)輸煤量。

現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，L距離超過5m時獲取到的煤量檢測結(jié)果較為精準(zhǔn)。為此，將輸送帶按照5m長度劃分成若干段，將每段煤流量信息存儲到分級控制臺中，從而可較為精準(zhǔn)地掌握帶式輸送機(jī)上煤量的整體分布情況。

3輸送機(jī)控制策略

具體井下布置的帶式輸送機(jī)多級串聯(lián)結(jié)構(gòu)見圖1所示。

3.1輸送機(jī)啟動控制

文中提出采用輸送機(jī)順煤流啟動控制策略。具體啟動控制流程為：

如圖1所示，將i-1級輸送機(jī)上C-D點(diǎn)距離LCD確定為帶式輸送機(jī)安全停止距離;B-D點(diǎn)距離LBD定義為安全啟動距離，則LCD、LBD可通過下述公式計(jì)算：

其中：Vi-1為i-1級輸送機(jī)運(yùn)行速度，m/s;Ts為輸送機(jī)正常停止運(yùn)行耗時，s;Tk為輸送機(jī)正常啟動耗時，s。

第i級輸送機(jī)啟動運(yùn)行條件為：輸送機(jī)在LBD距離內(nèi)無物料，則先啟動i-1級帶式輸送機(jī)，當(dāng)物料達(dá)到B點(diǎn)位置后啟動i級帶式輸送機(jī)。

當(dāng)i-1級帶式輸送機(jī)物料運(yùn)行至C點(diǎn)位置時，i級帶式輸送機(jī)仍未正常啟動，則對各級帶式輸送機(jī)緊急制動，停止運(yùn)行，確保物料不會在輸送機(jī)上堆積。

3.2輸送機(jī)運(yùn)行控制

模糊PID控制系統(tǒng)采用控制算法調(diào)整帶式輸送機(jī)變頻器輸出頻率，通過控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度。模糊控制系統(tǒng)依據(jù)輸送帶運(yùn)輸煤量智能調(diào)整運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)煤流量與運(yùn)行速度匹配，使得帶式輸送機(jī)在理想狀態(tài)下運(yùn)行。

系統(tǒng)核心部件為模糊PID控制器，為了避免帶式輸送機(jī)頻繁調(diào)整給煤炭運(yùn)輸帶來影響同時增加電動機(jī)故障率，模糊PID控制器采用階梯調(diào)速方式，即為將運(yùn)輸煤量劃分成若干區(qū)間，每個區(qū)間對應(yīng)一運(yùn)行速度，輸送機(jī)在對應(yīng)煤量區(qū)間內(nèi)保持某一速度運(yùn)行。

4現(xiàn)場應(yīng)用分析

山西某礦為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300萬t/a的大型現(xiàn)代化礦井，現(xiàn)階段煤炭回采集中在6采區(qū)，煤炭運(yùn)輸路線為：6501運(yùn)輸順槽→6采區(qū)運(yùn)輸巷→采區(qū)運(yùn)輸石門→集中運(yùn)輸巷→煤倉。井下布置有4臺帶式輸送機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，運(yùn)輸總長度為3350m。運(yùn)輸系統(tǒng)布置的帶式輸送機(jī)型號均為DTL-1200，配套的電機(jī)功率均為3×400kW。

4.1啟動過程分析

將文中所提帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用到該礦6501綜采工作面煤炭運(yùn)輸中，現(xiàn)場應(yīng)用后，帶式輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)一鍵順煤流啟動，較以往采取的多級逆煤流啟動方式相比，順煤流啟動可顯著提升帶式輸送機(jī)啟動效率并降低設(shè)備空轉(zhuǎn)時間，運(yùn)輸系統(tǒng)啟動耗時縮短20min。

4.2運(yùn)行過程分析

根據(jù)DTL-1200帶式輸送機(jī)工作情況，輸送機(jī)運(yùn)行按照表1所示關(guān)系控制。

具體現(xiàn)場監(jiān)測到6501運(yùn)輸順槽內(nèi)帶式輸送機(jī)流量及運(yùn)行速度匹配情況見圖2。

從圖中看出：6501運(yùn)輸順槽內(nèi)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度可根據(jù)煤流量進(jìn)行調(diào)整，同時由于采用階梯調(diào)速方式，當(dāng)煤流量變化較小時帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度保持不變;在現(xiàn)場監(jiān)測期間（2h），帶式輸送機(jī)煤炭最大運(yùn)輸量為額定運(yùn)輸量的80%，輸送機(jī)按照3.5m/s運(yùn)行速度時間為90min，按照3.0m/s（低速）以及4.0m/s（高速）運(yùn)行時間均為15min，表明采取的運(yùn)行控制方式不僅可滿足輸送機(jī)煤炭運(yùn)輸需要而且可降低輸送機(jī)能耗，避免頻繁調(diào)速。

未采用集中控制系統(tǒng)前6501采面煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)能耗約為2.3×107kW·h/a，采取集中控制系統(tǒng)后能耗降低至約1.6×107kW·h/a，降低量達(dá)到7×106kW·h/a，年可節(jié)省電費(fèi)約350萬元。

5結(jié)束語

文章提出了一種帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將主控制以及分級控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)順煤流方向啟動;通過監(jiān)測運(yùn)載煤流量調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸量與運(yùn)行速度間匹配，從而實(shí)現(xiàn)多級帶式輸送機(jī)高效運(yùn)行目的。

在6501工作面現(xiàn)場應(yīng)用后，控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，不僅提高了帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率而且降低了能耗，預(yù)計(jì)年可降低電費(fèi)投入約350萬元，取得較為顯著的應(yīng)用成果。

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