帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

通訊作者：王波，1984年8月，男，漢族，陜西周至人;現(xiàn)任西安重裝蒲白煤礦機(jī)械有限公司總工程師，大學(xué)本科。研究方向：煤礦井下運(yùn)輸裝備。

摘 要：對(duì)帶式輸送機(jī)相關(guān)設(shè)備與開關(guān)進(jìn)行選型、數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程控制和檢測，系統(tǒng)軟件集成于PSI系統(tǒng)平臺(tái)，可儲(chǔ)存帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)、開關(guān)等參數(shù)運(yùn)行曲線，實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)，達(dá)到了降低設(shè)備故障率，提升開機(jī)率，減員增效效果，具有安全性、經(jīng)濟(jì)性雙重效果。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);集中控制系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集;遠(yuǎn)程控制

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，礦井中越來越多的礦用設(shè)備實(shí)現(xiàn)了無人化運(yùn)行和可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控，整個(gè)礦井也開始逐漸朝著安全、智能、精準(zhǔn)的趨勢發(fā)展。雖然目前煤礦中使用的帶式輸送機(jī)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度智能化的要求，但是要真正實(shí)現(xiàn)無人化值守仍需對(duì)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究與創(chuàng)新。比如，遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用盡管能使長達(dá)數(shù)千米的帶式輸送機(jī)在出現(xiàn)緊急情況時(shí)，在任意位置迅速便捷地啟停，但針對(duì)斷帶、跑偏、著火等緊急情況的識(shí)別仍需要現(xiàn)場人員，這樣便降低了整個(gè)礦井的生產(chǎn)效率，不利于高效化礦井的建設(shè);又如，一般礦井所使用的鋼絲繩芯阻燃輸送帶性能較差，容易出現(xiàn)撕裂的事故，雖然設(shè)計(jì)有撕裂發(fā)生時(shí)的保護(hù)裝置，但是由于裝置的靈敏性、可靠性較差，常常發(fā)生漏報(bào)、誤報(bào)的問題，這樣使得礦井的安全生產(chǎn)得不到有效保障。

二、傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著連采工作面的不斷推進(jìn)，帶式輸送機(jī)需要逐步增加，傳統(tǒng)情況，每部輸送帶都需要配備1名崗位工，負(fù)責(zé)帶式輸送機(jī)的巡視和啟停工作，由于長期環(huán)境影響，崗位工出現(xiàn)職業(yè)病概率加大，減少人員崗位冗余是必然趨勢[1]。各連采工作面布置相對(duì)分散，即便是同一個(gè)連采面工作面，配電點(diǎn)和帶式輸送機(jī)以及設(shè)備之間距離相對(duì)較遠(yuǎn)，且搬家倒面次數(shù)相對(duì)頻繁。

在日常生產(chǎn)、檢修工作中，因供電設(shè)備不具備遠(yuǎn)程控制功能，只能就地啟停，當(dāng)出現(xiàn)帶式輸送機(jī)配電點(diǎn)故障跳閘、或者帶式輸送機(jī)停機(jī)時(shí)，必須再派專人到配電點(diǎn)送電、到機(jī)頭控制器處開機(jī)，若巷道距離遠(yuǎn)，再出現(xiàn)頻繁停送電時(shí)，對(duì)日常生產(chǎn)、檢修影響極大，作業(yè)效率低下，還增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且操作人員的安全性也得不到有效保障，基于此，為了提升作業(yè)安全性和靈活性，充分發(fā)揮自動(dòng)化優(yōu)勢，筆者對(duì)搭建連采工作面自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)進(jìn)行研究，從供電設(shè)備的移變、開關(guān)和綜保到運(yùn)輸系統(tǒng)輸送帶控制器和變頻器等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造，確保每臺(tái)設(shè)備都可以將自身運(yùn)行參數(shù)上傳到上位機(jī)，并在每部帶式輸送機(jī)上按照攝像頭，以視覺效果直觀感受帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，便于發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)異常時(shí)及時(shí)通過遠(yuǎn)程控制閉鎖停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。

三、集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

（一）將主站操作臺(tái)和主防爆箱

均放置在皮帶機(jī)頭可以方便實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備維護(hù)，主站操作臺(tái)采用接地式箱體，控制方式分為集中控制、手動(dòng)控制及檢修三種[2]。操作臺(tái)側(cè)邊有轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過控制轉(zhuǎn)換開關(guān)可以切換控制模式。只能在集控模式下，主站控制系統(tǒng)才能起到作用。當(dāng)主站在集控模式下，若分站之間沒有聯(lián)鎖啟動(dòng)皮帶時(shí)系統(tǒng)聲光報(bào)警60s內(nèi)設(shè)備未啟動(dòng)，系統(tǒng)默認(rèn)為啟動(dòng)失敗，取消啟動(dòng)命令。若在60s內(nèi)設(shè)備自檢正常時(shí)設(shè)備各部件依次啟動(dòng)，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)分配啟動(dòng)時(shí)間，按皮帶相反方向依次啟動(dòng)，當(dāng)前一段皮帶傳感器監(jiān)測設(shè)備一切正常，后一段皮帶依次啟動(dòng)，停機(jī)順序與開機(jī)方向相反。

（二）本系統(tǒng)防爆箱內(nèi)部

主要由主板、接線盒、保護(hù)器、保險(xiǎn)、指示燈、電源模塊、數(shù)據(jù)采集器等部分組成。操作臺(tái)由顯示器、按鈕、集成模塊、手柄、喇叭、電話等組成，可對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、預(yù)警、顯示、通話、復(fù)位、查詢動(dòng)作。操作臺(tái)顯示器能夠?qū)⒏鞣致菲C(jī)傳感器上的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到顯示器上，同時(shí)顯示器防爆蓋里面還備有三個(gè)USB接口，可方便地與電腦連接，可以滿足整部皮帶機(jī)及各部位的控制，并可與地面以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)時(shí)監(jiān)控礦井該系統(tǒng)。

（三）分站防爆箱

放在各皮帶機(jī)頭附近的搭接配電點(diǎn)內(nèi)，采用集中控制、手動(dòng)控制及檢修等三種控制方法。整個(gè)系統(tǒng)可設(shè)多個(gè)分站，各分站均設(shè)有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，可分別控制本段輸送機(jī)啟停[3]。各分段輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生故障時(shí)，主機(jī)或本站可控制本部輸送機(jī)運(yùn)行并在主操作界面顯示故障類型。當(dāng)輸送機(jī)定位系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)皮帶跑偏或斷絲故障時(shí)，通過操作臺(tái)查詢，可以通過查看故障點(diǎn)來快速確定故障位置，從而方便維修及地面操作人員及時(shí)進(jìn)行事故處理，減少事故影響時(shí)間。

（四）本系統(tǒng)各分站

均配備跑偏、打滑、速度、堆煤、超溫、煙霧、灑水等故障保護(hù)功能的傳感器。當(dāng)各分站有故障時(shí)會(huì)有相應(yīng)的提示聲，同時(shí)在主、分站操作臺(tái)上均會(huì)有各保護(hù)信號(hào)的提示燈閃爍。

四、帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用

（一）安全輔助設(shè)備

礦井井下僅有局部位置布置有攝像頭，用以掌握井下情況，而且攝像頭安裝時(shí)間長、監(jiān)控范圍有限。根據(jù)布置的皮帶輸送機(jī)長度以及攝像頭有效監(jiān)控范圍，通過增加布置礦用隔爆攝像頭數(shù)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸沿線的監(jiān)控，從而實(shí)時(shí)掌握皮帶輸送機(jī)的生產(chǎn)情況。升級(jí)改造時(shí)，采用的是高清彩色網(wǎng)絡(luò)攝像頭，該攝像頭可自動(dòng)補(bǔ)光，在井下昏暗、潮濕環(huán)境中仍可獲取清晰畫面[4]。在井底車場、機(jī)頭、轉(zhuǎn)載點(diǎn)等位置均布置攝像頭，攝像頭監(jiān)測數(shù)據(jù)采用井下已有的光纖以太網(wǎng)傳輸，監(jiān)控畫面流暢。在主斜井和主運(yùn)輸巷等主要運(yùn)輸場所，通過引進(jìn)巡檢機(jī)器人對(duì)運(yùn)輸沿線進(jìn)行巡視，提升安全保障能力。

（二）輸送帶防縱撕技術(shù)

礦井的輔助運(yùn)輸直接與礦井的產(chǎn)量有關(guān)，然而斷帶等問題卻在煤礦中時(shí)有發(fā)生。當(dāng)煤礦發(fā)生此類事故，將導(dǎo)致工作面生產(chǎn)的煤炭無法及時(shí)運(yùn)出，影響礦井的經(jīng)濟(jì)效益。目前，煤礦常采用的防縱撕保護(hù)裝置有灑落稱重式、漏煤灑落翻板式、破損帶或異物刺穿拉線式等，這些方法均存在一些不足，經(jīng)?？赡馨l(fā)生漏報(bào)等問題[5]。現(xiàn)階段已有有關(guān)科研院所針對(duì)上述問題，開展了一些研究工作，并取得了不錯(cuò)的效果。例如，某礦方通過利用安裝在皮帶上方的光感攝像機(jī)，對(duì)皮帶的表面狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，將圖像傳輸至后臺(tái)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，專用軟件能夠?qū)D像中的輪廓線進(jìn)行智能分析，查找皮帶存在損傷的區(qū)域，如果存在異常，軟件將及時(shí)采取報(bào)警、停機(jī)等處理。

（三）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(dòng)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[6]。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(shí)增加電動(dòng)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(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)一運(yùn)行速度，輸送機(jī)在對(duì)應(yīng)煤量區(qū)間內(nèi)保持某一速度運(yùn)行。

（四）視頻識(shí)別智能調(diào)速系統(tǒng)

從理論上來說，變頻調(diào)速是有利于節(jié)能的，這是由于通過變頻調(diào)速可以精準(zhǔn)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得機(jī)器能在最優(yōu)的能耗下穩(wěn)定運(yùn)行。在煤礦上，由于煤炭的產(chǎn)量受到地質(zhì)和生產(chǎn)等多方面的影響，皮帶上的物料量容易出現(xiàn)波動(dòng)，甚至空載。這也推動(dòng)了變頻調(diào)速在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用，然而事實(shí)上，這一技術(shù)的應(yīng)用效果并不令人滿意。由于輸送帶上的物料量需要通過人工觀察的方法進(jìn)行測量，然后依照實(shí)際情況進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)速，這樣一方面，消耗了人力資源，提高了生產(chǎn)成本;另一方面，無法做到精準(zhǔn)調(diào)速、實(shí)時(shí)調(diào)速。針對(duì)現(xiàn)有變頻調(diào)速技術(shù)，通過添加相應(yīng)的智能識(shí)別技術(shù)，可有效解決這一問題。該智能識(shí)別系統(tǒng)由若干個(gè)高清攝像機(jī)、反饋系統(tǒng)和后臺(tái)處理系統(tǒng)組成，通過安放在落煤點(diǎn)的攝像機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)出煤量進(jìn)行監(jiān)控，將數(shù)據(jù)匯集至后臺(tái)終端，在得到了礦井各地實(shí)時(shí)產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，通過反饋系統(tǒng)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

五、結(jié)束語

為了提高井下帶式輸送機(jī)集中控制管理水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用，應(yīng)用效果取得了顯著成效。

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