煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

劉 劍

（云南曲靖富源縣能源局十八連山能源分局，云南 富源 655507）

當(dāng)前階段，要想確保帶式輸送機(jī)和綜采工作面規(guī)模擴(kuò)大要求相符合，當(dāng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的過程中，均有著非常大的設(shè)計(jì)余量，不過從實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，因?yàn)椴擅簷C(jī)截割功率失去了平衡性，同時(shí)無法確保帶式輸送機(jī)煤炭運(yùn)輸量是恒定值，因此生產(chǎn)工作中普遍存在著帶式輸送機(jī)自身運(yùn)輸量小于額定運(yùn)輸量的現(xiàn)象，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率下降，電能消耗較多，不利于提升經(jīng)濟(jì)效益。所以，目前企業(yè)面臨的首要問題便是采取合理方式降低帶式輸送機(jī)運(yùn)行期間消耗量過多現(xiàn)象。

1 工程案例

本文以某項(xiàng)煤礦案例為主，該項(xiàng)煤礦屬于生產(chǎn)力大約是300 萬t 的煤礦，其中，應(yīng)用的皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)械長度大約是2000m，結(jié)合400kW 的主機(jī)電實(shí)施驅(qū)動(dòng)操作，將運(yùn)輸能力控制在合理范圍中?？墒菑脑擁?xiàng)煤礦中帶式輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)狀來看，還有著較多的問題，比如自動(dòng)化性能沒有體現(xiàn)出來，水平較低，系統(tǒng)控制效果不佳，面臨著空載運(yùn)行現(xiàn)象?；诖?，必須應(yīng)用新型的帶式輸送機(jī)達(dá)到自動(dòng)化集中控制的目的，促使作業(yè)安全開展。

2 煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

帶式輸送機(jī)的安全穩(wěn)定性是促使煤礦高效率運(yùn)行的一項(xiàng)主要依據(jù)，其中，我國對(duì)于煤礦帶式輸送機(jī)要求的保護(hù)措施包含了多方面，分別是防滑保護(hù)、對(duì)煤保護(hù)、防跑偏設(shè)置以及溫度和煙霧保護(hù)等，而從數(shù)據(jù)交換以及語音互聯(lián)等多方面，有待進(jìn)一步研究。雖然我國帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)了煤礦安全中心規(guī)定的堆煤、跑偏以及急停等保護(hù)裝置，可是從實(shí)際作業(yè)現(xiàn)狀來看，礦井內(nèi)的多條帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)處于獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)，這些系統(tǒng)無數(shù)據(jù)交換，同時(shí)也沒有實(shí)現(xiàn)語音通信，地面調(diào)度室無法進(jìn)一步掌握到帶式輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，基于此，要想進(jìn)一步提升煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)效率，減少成本輸出，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，和礦井生產(chǎn)中自動(dòng)化要求相符合，相關(guān)企業(yè)研究了一種新型的語音通信功能帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)，該種類型的系統(tǒng)有利于交換數(shù)據(jù)，在滿足基本需求的基礎(chǔ)上提升煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為環(huán)形，采取光纖和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)內(nèi)部相互連接到一起，然后落實(shí)于中央集控室內(nèi)部中，此種類型的結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)通訊環(huán)節(jié)的規(guī)范性，使其越來越安全。其中，中央集控室、可視化系統(tǒng)以及井下交換機(jī)和控制器等相互組合形成了煤礦帶式輸送機(jī)，其在應(yīng)用期間產(chǎn)生的效果極高。

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 安全回路

在煤礦帶式輸送機(jī)總線內(nèi)部運(yùn)行期間，應(yīng)用新型的安全回路形式產(chǎn)生的作用非常高，此種類型的微控制器有著獨(dú)立性特征，和安全回路相互結(jié)合到一起，處于12V電壓中將會(huì)形成一項(xiàng)準(zhǔn)確地頻率信號(hào)，如此一來，在未來運(yùn)行環(huán)節(jié)中，帶式輸送機(jī)能夠接受和急停開關(guān)有關(guān)的信號(hào)，同時(shí)全部的數(shù)據(jù)線路還可以引進(jìn)相同電纜中，在提升安裝和維護(hù)效率的基礎(chǔ)上確保質(zhì)量。

2.2.2 語音對(duì)講

在煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行期間，可以應(yīng)用語音對(duì)講系統(tǒng)，每間隔100m 左右便設(shè)置一項(xiàng)語音對(duì)講設(shè)施，為人們聯(lián)系提供良好的便利。需要明確注意到的一方面是，可以把設(shè)備內(nèi)包含的信號(hào)連接到主要控制器內(nèi)部，確保語音傳輸?shù)娇刂破髦械娜魏我粋€(gè)位置，以此在集控中心內(nèi)將語音播放效果體現(xiàn)出來。

（1）從目前運(yùn)輸線語音通話設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀來看，可以將辦公固定IP 電話和生產(chǎn)調(diào)度IP 電話中的有線通信語音系統(tǒng)相互結(jié)合到一起，將錄音、強(qiáng)拆和全呼以及組呼等調(diào)度功能體現(xiàn)出來，提升通信資源利用率，確保通信的流暢性。利用大屏幕觸摸屏以及圖形化方式將終端設(shè)備類型以及通信狀態(tài)體現(xiàn)出來。

（2）根據(jù)調(diào)度室IP 電話以及沿線任意電話進(jìn)行撥號(hào)，系統(tǒng)直接與調(diào)度電話系統(tǒng)相互連接，實(shí)現(xiàn)就近廣播。對(duì)于相關(guān)管理人員來講，只需要處于辦公中采取計(jì)算機(jī)技術(shù)和井下進(jìn)行對(duì)話即可，如此一來，除了能夠?qū)φ{(diào)度人員通知流程進(jìn)行改善和優(yōu)化以外，還可以省略傳達(dá)時(shí)間。

（3）可以構(gòu)建新型的多媒體調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)可以支持?jǐn)U張廣播功能，調(diào)度臺(tái)能夠?qū)U(kuò)聲終端設(shè)備進(jìn)行單播方式，或者是借助調(diào)度機(jī)系統(tǒng)對(duì)著各項(xiàng)小組喊話，選取語音文件加以廣播。

2.2.3 集中控制功能

在構(gòu)建集中控制自動(dòng)化系統(tǒng)期間，主要是基于工業(yè)以太網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)使用千兆工業(yè)環(huán)形以太網(wǎng)，將三層千兆核心交換機(jī)設(shè)置到集控中心中，組合形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以此達(dá)到地面生產(chǎn)系統(tǒng)和監(jiān)督系統(tǒng)就近接入的目的。同時(shí)在井下還可以設(shè)置以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，布置一個(gè)主環(huán)網(wǎng)以及多項(xiàng)子環(huán)網(wǎng)，落實(shí)到井下各項(xiàng)系統(tǒng)內(nèi)。礦井地面和井下的前兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)和集控中心核心交換機(jī)相互連接到一起，組合成冗余千兆主干環(huán)形網(wǎng)。完成系統(tǒng)構(gòu)建工作以后，能夠符合全礦井各項(xiàng)分散的控制單元聯(lián)網(wǎng)要求，對(duì)于分散類型的子系統(tǒng)來講，包含了兩種方式，分別是集中和分布兩種，調(diào)度指揮中心對(duì)礦井各項(xiàng)控制層設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一指揮，為礦井管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)，以此綜合性控制礦井管控一體化。

2.2.4 系統(tǒng)相互融合以及聯(lián)網(wǎng)操作

當(dāng)前階段，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中，必須和多系統(tǒng)合成單一系統(tǒng)基本要求相一致。應(yīng)用期間，與辦公電話系統(tǒng)、工業(yè)對(duì)講系統(tǒng)以及無線通信系統(tǒng)等進(jìn)行并網(wǎng)，組合成標(biāo)準(zhǔn)且完善的網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品。而且地面調(diào)度系統(tǒng)能夠和某項(xiàng)區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行通話，把相關(guān)調(diào)度指標(biāo)反饋給井下區(qū)域人員，使其了解到實(shí)際情況。該種類型的系統(tǒng)有利于局域網(wǎng)多項(xiàng)用戶同時(shí)進(jìn)行登錄，權(quán)限用戶在網(wǎng)上進(jìn)行登錄以后，能夠?qū)ιa(chǎn)、管理數(shù)據(jù)圖形和圖像信息等進(jìn)行動(dòng)態(tài)的瀏覽，對(duì)監(jiān)控子系統(tǒng)內(nèi)的控制設(shè)備發(fā)動(dòng)權(quán)限允許的操作，獲得控制操作響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)異地維護(hù)目的。當(dāng)設(shè)備以及相關(guān)線路發(fā)生故障問題以后，能夠馬上修復(fù)處理，為后期生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2.5 底層本機(jī)控制

底層本機(jī)控制一般表現(xiàn)為在煤礦井下帶式輸送機(jī)以及工作面運(yùn)行期間，對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，該項(xiàng)方式是集控制、檢測、保護(hù)以及通話為一體的控制系統(tǒng)。

（1）系統(tǒng)能夠提供的保護(hù)涉及到煤礦安全準(zhǔn)則中的輸送帶跑偏保護(hù)、速度檢驗(yàn)、超速保護(hù)、沿線急停閉鎖、煙霧保護(hù)以及電動(dòng)機(jī)溫度保護(hù)等，同時(shí)系統(tǒng)還留有煤倉高低煤位檢測傳感器的相關(guān)接口，可以動(dòng)態(tài)性檢驗(yàn)煤倉中的煤量。在系統(tǒng)主機(jī)中，包含了多項(xiàng)開關(guān)量輸出和模擬量輸入，沿線還能夠和智能輸出輸入相互連接到一起，處于沿線中任意位置進(jìn)行連接，便于控制相關(guān)信號(hào)。

（2）在系統(tǒng)運(yùn)行期間，應(yīng)用工業(yè)嵌入式計(jì)算機(jī)控制和現(xiàn)場CAN 總線技術(shù)，將集中和分布式控制整合到一起，同時(shí)應(yīng)用一臺(tái)控制器可以達(dá)到控制多條帶式輸送機(jī)的目的?？茖W(xué)合理的應(yīng)用帶式輸送機(jī)有利于減少設(shè)備成本輸出，留出充足的井下安裝空間，從一定程度上緩解安裝設(shè)備的勞動(dòng)壓力。

（3）主控器一般是應(yīng)用液晶顯示屏，將設(shè)備各項(xiàng)狀態(tài)以彩色圖形和漢字形式等清楚的體現(xiàn)出來，同時(shí)還可以明確參數(shù)和故障的具體位置，可以為作業(yè)人員操作以及監(jiān)控信息提供便利。系統(tǒng)密封程度也是極高的，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，有利于提升防水和防潮效果，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，操作起來十分簡單。

2.3 優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)井下多條帶式輸送機(jī)的集中控制，實(shí)現(xiàn)井下各帶式輸送機(jī)之間的語音通信，調(diào)度室與井下各輸送帶保護(hù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信和語音通信。通過探究表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能達(dá)到減員增效、降低成本的效果。

2.3.1 改善使用功能

煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)有利于減少操作期間人員數(shù)量，強(qiáng)化系統(tǒng)的邏輯效果，雖然使用期間發(fā)生了逆煤流現(xiàn)象，不過煤礦帶式輸送機(jī)也可以得到良好應(yīng)用。當(dāng)順煤流現(xiàn)象發(fā)生以后，系統(tǒng)應(yīng)用期間將會(huì)主動(dòng)停止，而且煤礦帶式輸送可以降低工作壓力，達(dá)到減員增效的目的，形成一體化局面。人機(jī)界面有著豐富性和多樣化特征，運(yùn)用期間動(dòng)態(tài)性能也會(huì)體現(xiàn)出來，同時(shí)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)高效率處理數(shù)據(jù)。

2.3.2 保護(hù)功能極為完善

在應(yīng)用帶式輸送機(jī)期間，出現(xiàn)帶速、打滑以及跑偏現(xiàn)象的概率較低，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)象制定出完善的保護(hù)對(duì)策，當(dāng)系統(tǒng)操作期間發(fā)生了異常問題以后，需要快速了解到產(chǎn)生故障的原因以及故障性質(zhì)，發(fā)出準(zhǔn)確的報(bào)警信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)高效率運(yùn)行的目的。

2.3.3 靈活性極強(qiáng)

在應(yīng)用帶式輸送機(jī)期間，產(chǎn)生的靈活性非常高，這是因?yàn)檫\(yùn)輸煤礦期間經(jīng)常受到不良因素的影響，所以必須將帶式輸送機(jī)的靈活性體現(xiàn)出來，為后期工作提供便利。

2.3.4 能夠降低安全隱患出現(xiàn)概率

集中控制系統(tǒng)中傳感器集成數(shù)據(jù)采集器，能夠全面檢測傳感器的工作情況，實(shí)施故障預(yù)警，明確故障基本位置，縮減故障處理時(shí)間和期限。而且還可以動(dòng)態(tài)性的對(duì)各項(xiàng)輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)督以及控制，快速了解到輸送機(jī)工作狀態(tài)，將安全隱患徹底消除，為后期類似事故積累經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)皮帶出現(xiàn)了跑偏現(xiàn)象可是又無法發(fā)現(xiàn)事故位置的情況下，當(dāng)故障點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)告警并閉鎖系統(tǒng)的時(shí)候，將會(huì)導(dǎo)致皮帶機(jī)停機(jī)，所以為了防止影響到工作開展，系統(tǒng)可以采取屏蔽傳感器方式保持皮帶機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，規(guī)避安全隱患的發(fā)生。

3 Modbus 通信協(xié)議

現(xiàn)階段，在工業(yè)化控制環(huán)節(jié)中逐漸應(yīng)用了Modbus 通信協(xié)議，該項(xiàng)協(xié)議經(jīng)過不斷發(fā)展，逐漸成為了行業(yè)的基本標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于煤礦帶式輸送機(jī)來講，一旦無法使用Promos總線將相關(guān)問題徹底解決的話，那么可以應(yīng)用Modbus 通信協(xié)議解決存在的各項(xiàng)問題?，F(xiàn)階段，Modbus 串行鏈路協(xié)議屬于基本的站點(diǎn)，同時(shí)還包含了多項(xiàng)從站，假設(shè)從站內(nèi)沒有獲得主站方面提出的要求，是無法高效率傳輸各項(xiàng)數(shù)據(jù)的。所以，科學(xué)合理的應(yīng)用通信協(xié)議，即便是處于較長距離的情況下，也可以達(dá)到通信目的。從中來看，在煤礦帶式輸送控制系統(tǒng)中應(yīng)用Modbus 通信協(xié)議的程度極高。

4 煤礦帶式輸送機(jī)中包含的技術(shù)設(shè)備

4.1 精密減速器

在煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)行期間，精密減速器得到了良好的應(yīng)用，其可以有效的啟動(dòng)以及關(guān)閉機(jī)器，此種類型的精密減速器除了剛度效果強(qiáng)之外，同時(shí)運(yùn)行期間不會(huì)產(chǎn)生較大程度的噪音。在操作環(huán)節(jié)中，可以應(yīng)用精密減速器了解到各項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)，集啟動(dòng)、停止、緩沖和加速為一體，從而確保煤礦帶式輸送機(jī)被控制在最佳范圍中。

4.2 應(yīng)用盤型制動(dòng)器

對(duì)于煤礦帶式輸送機(jī)內(nèi)應(yīng)用的盤型制動(dòng)器來講，是一項(xiàng)新型的制動(dòng)器，在應(yīng)用期間除了慣性非常小之外，同時(shí)還有利于高效率調(diào)整，而且應(yīng)用盤型制動(dòng)器期間穩(wěn)定性極高，呈現(xiàn)出來的優(yōu)勢(shì)良好。

5 結(jié)束語

從以上論述來看，當(dāng)對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范性設(shè)計(jì)期間，必須綜合性考慮多項(xiàng)要點(diǎn)，遵循基本的原則，將設(shè)計(jì)功能和系統(tǒng)運(yùn)行效果全面體現(xiàn)出來，以此提升帶式輸送機(jī)控制效率，確保煤礦帶式輸送機(jī)得到合理應(yīng)用。