煤礦帶式輸送機(jī)智能化控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

李夢(mèng)祺

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)正文煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

引言

帶式輸送機(jī)具有運(yùn)輸效率高、輸送距離長(zhǎng)、運(yùn)載量大等優(yōu)點(diǎn)，是煤礦企業(yè)井上下主要運(yùn)輸設(shè)備[1]。井下煤礦回采工藝決定煤炭開采量具有一定的不均衡性，帶式輸送機(jī)僅局部時(shí)間處于重載狀態(tài)，其余時(shí)間多空載或者輕載運(yùn)行[2-3]?，F(xiàn)階段為一般采用變頻器實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)，未能充分發(fā)揮變頻器功能[4]。隨著礦井綜合智能化建設(shè)不斷推進(jìn)，智能化設(shè)備在煤礦井下應(yīng)用更為廣泛，因此，以山西某礦主斜井運(yùn)輸帶式輸送機(jī)為工程研究背景，對(duì)采用的智能化控制系統(tǒng)進(jìn)行分析探討，以期為其他礦井帶式帶式輸送機(jī)智能化工作推進(jìn)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能為5.0 Mt/a，采用斜井+立井開拓方式，主斜井帶式輸送機(jī)從投入運(yùn)行以來(lái)運(yùn)行良好，電控設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，可滿足井下煤炭運(yùn)輸需要。帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由PLC 監(jiān)控系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)、煤流量監(jiān)控系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)以及綜合保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成。主斜井內(nèi)鋪設(shè)的帶式輸送機(jī)在5°～12°、設(shè)計(jì)運(yùn)輸距離1 750 m、輸送機(jī)帶寬2 000 mm、運(yùn)輸速5.6 m/s，使用4×2 800 kW/6 kV 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；帶式輸送機(jī)采用液壓自動(dòng)張緊裝置張緊，制動(dòng)采用液壓盤式制動(dòng)。

礦井主斜井帶式輸送機(jī)應(yīng)用煤流量監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)煤流量實(shí)時(shí)采集，智能調(diào)速系統(tǒng)依據(jù)變頻器控制技術(shù)、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)接口等對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行進(jìn)行智能調(diào)速控制。井下運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)、集中運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)以及主斜井帶式輸送機(jī)等均配備煤流量檢測(cè)儀、PLC 控制箱等，煤流量檢測(cè)結(jié)果通過(guò)PLC 控制箱接入到井下光纖通信網(wǎng)絡(luò)。具體主斜井帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1 所示。

圖1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在主斜井井口控制室內(nèi)布置PLC 控制箱，并將運(yùn)行控制結(jié)果發(fā)送至各個(gè)分區(qū)PLC 控制箱，實(shí)現(xiàn)井下各個(gè)帶式輸送機(jī)運(yùn)行職能控制。前級(jí)帶式輸送機(jī)檢測(cè)到的煤流作為后級(jí)帶式輸送機(jī)智能調(diào)速依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)大幅降低帶式輸送機(jī)輕載、空載率，降低設(shè)備運(yùn)行能耗并提升使用壽命。

2 智能控制子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 配電系統(tǒng)

主斜井帶式輸送機(jī)采用15 臺(tái)KYN28-12 高壓開關(guān)柜進(jìn)行配電，高壓開關(guān)柜閉鎖裝置、各類電器保護(hù)裝置齊全，具備“五防”功能。

低壓配電使用型號(hào)TN-S 系統(tǒng)，配備有1 套低壓電源柜，電源柜進(jìn)線端使用雙電源自動(dòng)切換裝置。低壓配電主要為井下帶式輸送機(jī)成套配套設(shè)備、井口輔助設(shè)備（包括液壓站、照明、風(fēng)冷機(jī)等設(shè)備）供電。

2.2 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)使用的PLC 監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)主斜井帶式輸送機(jī)等設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，具有的功能為：

1）遠(yuǎn)程控制。PLC 監(jiān)控系統(tǒng)不僅可對(duì)主斜井帶式輸送機(jī)壓運(yùn)行（啟動(dòng)、停止、保護(hù)以及監(jiān)測(cè)）進(jìn)行控制，還可以對(duì)井下主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)中其他設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示以及集中控制；此外通過(guò)井下已有光纖通信網(wǎng)可將井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)傳輸給地面監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)斜井帶式運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程顯示以及遠(yuǎn)程集中控制。

2）軟啟動(dòng)安全監(jiān)測(cè)。PLC 監(jiān)控系統(tǒng)配合變頻器實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)，在啟動(dòng)過(guò)程中加速度控制在0.1～0.3 m/s2。在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程PLC 監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)堆煤、打滑、跑偏、制動(dòng)以及張緊等監(jiān)控信號(hào)是否正常進(jìn)行判定，若監(jiān)測(cè)到帶式輸送機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障則進(jìn)行緊急停車。

2.3 變頻調(diào)速

主斜井帶式輸送機(jī)使用的帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速設(shè)備為4 臺(tái)型號(hào)ACS 5000 變頻裝置?？紤]到帶式輸送機(jī)使用過(guò)程中可能存在超載情況，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩可能超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩2 倍以上，因此使用的ACS 5000 變頻裝置額定輸出電流應(yīng)超過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定工作電流、每間隔10 min 具有一次過(guò)載能力，以便滿足帶式輸送機(jī)重載再次啟動(dòng)能力。變頻器配套使用的變壓器應(yīng)具備一定的過(guò)載能力。

2.4 煤流量檢測(cè)

智能控制系統(tǒng)內(nèi)的煤流量檢測(cè)系統(tǒng)可依據(jù)帶式輸送機(jī)工作特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化；依據(jù)煤流量檢測(cè)結(jié)果確定帶式輸送機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)，并依靠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)工作點(diǎn)；確定帶式輸送機(jī)煤流量，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)順煤流啟動(dòng)；根據(jù)帶式輸送機(jī)工作點(diǎn)、上游帶式輸送機(jī)輸送煤量及狀態(tài)，優(yōu)化帶式輸送機(jī)啟停時(shí)間及協(xié)同運(yùn)行速度；降低帶式輸送機(jī)輕載、空載等時(shí)間。

帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)可依據(jù)獲取到煤流量調(diào)整設(shè)備運(yùn)行速度，具體煤流較低（輕載或者空載時(shí)），帶式輸送機(jī)處于低速運(yùn)行狀態(tài)；煤流載荷中等時(shí)則帶式輸送機(jī)處于中速運(yùn)行狀態(tài)；煤流量較大、帶式輸送機(jī)處于重載狀態(tài)時(shí)，則帶式輸送機(jī)處于高速運(yùn)行狀態(tài)。

2.5 運(yùn)行保護(hù)系統(tǒng)

在帶式輸送機(jī)機(jī)頭放置KDW101 電源箱、KTC101-Z 主控制器，其中電源箱為保護(hù)系統(tǒng)及沿線各傳感器提供電源；主控制器顯示帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行，并在帶式輸送機(jī)啟動(dòng)前及運(yùn)行過(guò)程中對(duì)煙霧、跑偏、溫度等監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

2.6 值守機(jī)器人系統(tǒng)

在主斜井布置的值守機(jī)器人系統(tǒng)由補(bǔ)光照明系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、防爆計(jì)算機(jī)以及控制主機(jī)等構(gòu)成。將值守機(jī)器人系統(tǒng)布置在帶式輸送機(jī)落煤點(diǎn)上方1 m 位置，用以實(shí)時(shí)采集帶式輸送機(jī)運(yùn)行畫面。獲取到的圖像信息同時(shí)傳輸給防爆控制主機(jī)、防爆計(jì)算機(jī)，防爆控制主機(jī)用以對(duì)識(shí)別圖像中錨桿、大塊矸石等異物；防爆計(jì)算機(jī)用以存儲(chǔ)、記錄帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀況，并將防爆控制主機(jī)以及防爆計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別結(jié)果傳輸給地面監(jiān)控中心。當(dāng)值守機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常后，會(huì)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)并依據(jù)異常影響控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度或者停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行。具體值守機(jī)器人系統(tǒng)智能分析結(jié)果見圖2 所示。

圖2 值守機(jī)器人系統(tǒng)智能分析結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段礦井主斜井帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)已平穩(wěn)運(yùn)行2 年，智能控制系統(tǒng)可依據(jù)井下煤流量變化調(diào)整帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。智能控制系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快、安全監(jiān)測(cè)能力強(qiáng)以及運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)應(yīng)用智能控制系統(tǒng)可顯著降低帶式輸送機(jī)運(yùn)行能耗以及設(shè)備磨耗量，不僅一定程度提升了礦井經(jīng)濟(jì)效益并還提升了礦井綜合智能化水平。