礦井多級(jí)帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

陳 峰

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

在煤炭的井下開(kāi)采中，帶式輸送機(jī)作為重要的輸送設(shè)備，其輸送距離長(zhǎng)、運(yùn)量大，具有廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，由于礦井的整體布置使得輸送線較長(zhǎng)[1]，需要多臺(tái)帶式輸送機(jī)協(xié)同作業(yè)，構(gòu)成多級(jí)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，完成煤炭的輸送作業(yè)。在使用過(guò)程中，多采用單臺(tái)輸送機(jī)進(jìn)行控制運(yùn)行的方式，對(duì)多級(jí)帶式輸送機(jī)的整體運(yùn)行控制缺少研究，造成礦井整體的能耗較大，不利于礦井的節(jié)能持續(xù)發(fā)展。針對(duì)這一問(wèn)題，采用PLC 分布式控制的方式對(duì)多級(jí)帶式輸送機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行控制進(jìn)行研究，建立多級(jí)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井的整體節(jié)能運(yùn)行[2]，提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益。

1 多級(jí)帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

在煤礦等礦井的開(kāi)采中，需要使用多級(jí)帶式輸送機(jī)進(jìn)行煤炭等物料的輸送，并要求各帶式輸送機(jī)之間的速度相互匹配，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的節(jié)能自動(dòng)運(yùn)行。多級(jí)帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[3]，主要包括PLC 控制器、變頻器、電機(jī)及傳感裝置，整體對(duì)多臺(tái)帶式輸送機(jī)進(jìn)行控制。系統(tǒng)采用超聲波傳感器對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)載的煤量進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量監(jiān)測(cè)，測(cè)量裝置的安裝簡(jiǎn)單，且計(jì)算的精度較高[4]，適合于煤炭的運(yùn)量監(jiān)測(cè)。

圖1 多級(jí)帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制方案

整個(gè)控制系統(tǒng)的傳感模塊進(jìn)行煤炭數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并將數(shù)據(jù)上傳至控制器中，PLC 與智能控制系統(tǒng)組成中央控制模塊，依據(jù)傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，并將控制指令下發(fā)到變頻器及驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成的執(zhí)行模塊，進(jìn)行帶式輸送機(jī)整體的速度同步調(diào)整。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，采用第一級(jí)帶式輸送機(jī)運(yùn)載的煤量作為系統(tǒng)的輸入，進(jìn)行模糊控制[5]，依據(jù)運(yùn)載的煤量及帶速進(jìn)行匹配計(jì)算，確定帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度，并對(duì)各級(jí)帶式輸送機(jī)的速度進(jìn)行同步調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)帶式輸送機(jī)的整體自動(dòng)運(yùn)行控制。

2 多級(jí)帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)主要模塊設(shè)計(jì)

2.1 傳感模塊設(shè)計(jì)

依據(jù)多級(jí)帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的整體方案，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行整體的控制，在對(duì)運(yùn)載煤量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還要對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)[6]，避免出現(xiàn)運(yùn)行故障。帶式輸送機(jī)的安全監(jiān)護(hù)主要包括打滑監(jiān)測(cè)、跑偏監(jiān)測(cè)、煙霧監(jiān)測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)。

當(dāng)輸送帶監(jiān)測(cè)的帶速低于給定值時(shí)，則判定為輸送帶打滑，向PLC 發(fā)出信號(hào)，系統(tǒng)接收到響應(yīng)的指令進(jìn)行停機(jī)操作，避免打滑造成危險(xiǎn)。采用接觸開(kāi)關(guān)作為跑偏檢測(cè)的傳感器，安裝在輸送帶的兩側(cè)，當(dāng)觸發(fā)跑偏信號(hào)時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度持續(xù)增加時(shí)，則系統(tǒng)緊急停機(jī)，避免造成進(jìn)一步的故障。輸送帶在使用過(guò)程中，由于摩擦容易產(chǎn)生煙霧，設(shè)置采用煙霧傳感器進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，當(dāng)有煙霧產(chǎn)生時(shí)進(jìn)行報(bào)警停機(jī)操作，由操作人員進(jìn)行故障的恢復(fù)后才能進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行。溫度監(jiān)測(cè)與煙霧監(jiān)測(cè)類似，輸送帶在長(zhǎng)期工作過(guò)程中溫度較高，避免溫度的持續(xù)上升造成火災(zāi)，對(duì)輸送帶的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

對(duì)輸送帶的載煤量及速度進(jìn)行控制，還要采用速度傳感器及超聲波傳感器進(jìn)行速度及載煤量的監(jiān)測(cè)[7]，速度傳感器緊貼輸送帶，與輸送帶同步運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)速度的大??；超聲波傳感器進(jìn)行載煤量的測(cè)量計(jì)算，載煤量不同時(shí)，煤炭的堆積形狀有所區(qū)別，對(duì)超聲波傳感器的數(shù)據(jù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生影響。傳感模塊作為系統(tǒng)的感知模塊，是監(jiān)控系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，單臺(tái)輸送機(jī)的傳感器安裝布局如圖2 所示，通過(guò)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，輸入PLC 中進(jìn)行控制決策。

圖2 單臺(tái)傳感器布置

2.2 控制模塊設(shè)計(jì)

采用PLC 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，PLC 要能滿足井下使用的惡劣條件，并具有一定數(shù)量的I/O 接口，采用西門子S7-2000 型PLC 作為控制器，并采用雙電源供電的模式[8]，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。PLC 控制模塊的連接如圖3 所示。

圖3 PLC 控制連接圖

2.3 上位機(jī)模塊設(shè)計(jì)

上位機(jī)模塊依據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控，掌握帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。上位機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件IFIX 及MATLAB 軟件組成，上位機(jī)與PLC 之間的連接如圖4 所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后，IFIX 對(duì)各傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，速度及超聲波傳感器進(jìn)行載煤量及帶速信號(hào)的采集經(jīng)PLC 傳輸至上位機(jī)，MATLAB 對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示在上位機(jī)中，PLC 依據(jù)控制要求控制變頻器的頻率輸出，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖4 上位機(jī)模塊連接圖

3 控制系統(tǒng)應(yīng)用及總結(jié)

對(duì)多級(jí)帶式輸送機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行的整體控制，可以使不同的輸送機(jī)之間保持速度的匹配，并和載煤量保持最佳的匹配關(guān)系，依據(jù)系統(tǒng)的安全監(jiān)護(hù)，保證輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。以某煤礦系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)測(cè)7 d 的電能消耗為參考，在完成相同的運(yùn)輸任務(wù)時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)的恒定速度可節(jié)約20%的電能，具有較好的節(jié)能效果。

針對(duì)煤礦多級(jí)帶式輸送機(jī)運(yùn)行中的問(wèn)題，設(shè)計(jì)多級(jí)帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)，利用傳感器模塊、PLC、變頻器及電機(jī)進(jìn)行控制系統(tǒng)的硬件連接，采用組態(tài)軟件IFIX 及MATLAB 軟件進(jìn)行上位機(jī)的運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行的控制，實(shí)現(xiàn)了煤礦的節(jié)能降耗，提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。