井下皮帶輸送機(jī)部分控制系統(tǒng)的改造

張利強(qiáng)

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦，山西 太原 030200）

引言

皮帶輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備，其安全性和運(yùn)輸效率直接決定工作面的生產(chǎn)能力。尤其對(duì)于皮帶輸送機(jī)的控制系統(tǒng)而言，更加要求其高效運(yùn)行。煤礦存在多個(gè)工作面，每個(gè)工作面包含多條皮帶輸送機(jī)，而且皮帶輸送機(jī)的種類(lèi)繁多。當(dāng)前，針對(duì)工作面的所有皮帶輸送機(jī)采取獨(dú)立控制方式，由于其運(yùn)行距離長(zhǎng)涉及操作人員多，導(dǎo)致人工成本高、故障定位不準(zhǔn)確以及控制效率低等問(wèn)題，進(jìn)而制約整個(gè)工作面的運(yùn)輸效率[1]。為解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的集中控制尤為重要。本文重點(diǎn)對(duì)某煤礦工作面各采區(qū)的皮帶輸送機(jī)進(jìn)行集中控制改造。具體闡述如下：

1 東灘煤礦皮帶輸送機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

東灘煤礦目前開(kāi)采的采區(qū)包括東翼、西翼以及北翼三個(gè)，三個(gè)采區(qū)可工作的皮帶輸送機(jī)共有6 條。其中，東翼采區(qū)對(duì)應(yīng)的東一采區(qū)的皮帶輸送機(jī)為下運(yùn)式，其余采區(qū)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸方式為平巷運(yùn)輸。目前，所有采區(qū)的皮帶輸送機(jī)采取相互獨(dú)立的方式控制，并未與煤礦其他設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。該煤礦所有采區(qū)皮帶輸送機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

表1 采區(qū)皮帶輸送機(jī)關(guān)鍵參數(shù)

目前，北翼和西翼采區(qū)的所有皮帶輸送機(jī)采用繼電器進(jìn)行邏輯控制，現(xiàn)在由于使用年代較長(zhǎng)，在繼電器接觸點(diǎn)已經(jīng)出現(xiàn)氧化的情況。該情況是導(dǎo)致皮帶輸送機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化控制的主要障礙。

東翼采區(qū)的皮帶輸送機(jī)采用PLC 控制器進(jìn)行控制，但是其功能不全，具體表現(xiàn)為：無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與控制臺(tái)數(shù)據(jù)的傳輸和交換；程序改動(dòng)步驟復(fù)雜且對(duì)故障信息的查詢也不方便。

同時(shí)，工作面皮帶輸送機(jī)對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)方式均以限矩型液力耦合器為主，該種啟動(dòng)方式無(wú)法適應(yīng)于長(zhǎng)距離皮帶機(jī)的輸送。此外，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)皮帶輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)目前采用拉線急?？刂品绞竭M(jìn)行停機(jī)保護(hù)操作，且由人工完成，該種方式不僅響應(yīng)速度慢、可靠性低且無(wú)法對(duì)發(fā)生故障的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位[2]。

綜上，急需對(duì)煤礦皮帶輸送機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)以及常規(guī)運(yùn)行的控制方式進(jìn)行改造。根據(jù)現(xiàn)狀分析，現(xiàn)階段北翼和西翼采區(qū)的皮帶輸送機(jī)情況類(lèi)似；東翼皮帶輸送機(jī)和東翼東一采區(qū)皮帶輸送機(jī)控制存在差異。故后續(xù)分別對(duì)各種情況進(jìn)行分析改造。

2 北翼與西翼皮帶輸送機(jī)的改造

北翼與西翼皮帶輸送機(jī)的主要問(wèn)題在于其采用繼電器進(jìn)行控制。為保證北翼和西翼皮帶輸送機(jī)改造設(shè)計(jì)后能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)煤礦的集中控制，要求其改造后的控制系統(tǒng)滿足如下功能：

1）改造后，控制系統(tǒng)可對(duì)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行速度、跑偏、撕裂、煙霧、急停以及堆煤保護(hù)；

2）當(dāng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行存在異常或出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出報(bào)警，并將異常和故障信息上傳并顯示于上位機(jī)，以便及時(shí)查看、分析和存儲(chǔ)；

3）皮帶輸送機(jī)應(yīng)與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)急停聯(lián)動(dòng)閉鎖控制功能[3]。

綜合上述皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)滿足的功能和現(xiàn)階段市面上控制器的產(chǎn)品，最終確定采用天津華寧公司生產(chǎn)的KTC101 控制器對(duì)北翼和西翼的皮帶輸送機(jī)進(jìn)行控制，該控制器的系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 KTC101 控制器結(jié)構(gòu)框圖

以北翼皮帶輸送機(jī)為例，其具體改造方案如下：

在北翼采區(qū)A 皮帶輸送機(jī)的硐室內(nèi)安裝一臺(tái)KTC101 主控制器，主控制器共包含20 個(gè)輸入點(diǎn)和24 個(gè)輸出點(diǎn)。輸入點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)傳感器相連接，接收各類(lèi)開(kāi)關(guān)量和模擬量的信號(hào)；輸出點(diǎn)輸出的信號(hào)主要是對(duì)皮帶輸送機(jī)的電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)啟?？刂?。同時(shí)，在皮帶輸送機(jī)沿途每間隔100 m 的位置安裝一臺(tái)擴(kuò)音電話，以便現(xiàn)場(chǎng)人員巡檢時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的隱患故障進(jìn)行及時(shí)報(bào)備[4]。

此外，在北翼A 皮帶輸送機(jī)尾部加裝跑偏保護(hù)、縱向撕裂保護(hù)等裝置。同時(shí)，在C 皮帶輸送機(jī)安裝一臺(tái)KTC101-A 主控制器，將A 皮帶和C 皮帶耦合成為一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中控制。

北翼皮帶輸送機(jī)的集中控制改造如圖2 所示。

圖2 北翼皮帶輸送機(jī)改造后示意圖

3 東翼皮帶輸送機(jī)的改造

對(duì)于東翼皮帶輸送機(jī)，其主要面臨的問(wèn)題除了無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中控制功能外，最關(guān)鍵的是該采區(qū)工作面的延伸使得對(duì)應(yīng)的皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸距離增加，導(dǎo)致當(dāng)前所配置的液力耦合器啟動(dòng)方式無(wú)法滿足要求。因此，針對(duì)東翼皮帶輸送機(jī)集中控制改造的基礎(chǔ)上，還需對(duì)其進(jìn)行變頻軟啟動(dòng)改造，改造后東翼皮帶機(jī)的控制如圖3 所示。

圖3 東翼采區(qū)皮帶輸送機(jī)改造后示意圖（單位：mm）

具體改造實(shí)施方案如下：

改造前東翼采區(qū)皮帶輸送機(jī)共包含四個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒，且每個(gè)滾筒采用一個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。改造后，分別在第二個(gè)和機(jī)尾驅(qū)動(dòng)滾筒增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)應(yīng)四個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒的功率配比為2∶2∶1∶1，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為250 kW。為其配置的軟啟動(dòng)程序控制流程如圖4 所示。

圖4 東翼采區(qū)皮帶輸送機(jī)軟啟動(dòng)程序流程圖

4 改造效果評(píng)估

對(duì)該煤礦東翼、西翼和北翼皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造后，整體上提升了皮帶輸送機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)化程度，現(xiàn)場(chǎng)的工作效率也明顯提升，所取得的經(jīng)濟(jì)效益也顯著提升。具體總結(jié)如下：

1）改造后，現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)采區(qū)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)以太網(wǎng)上傳至地面的上位機(jī)顯示屏，供工作人員及時(shí)查看，方便運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2）改造后，當(dāng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障后現(xiàn)場(chǎng)可發(fā)出聲光報(bào)警，并可對(duì)故障位置及信息告知工作人員，避免故障的進(jìn)一步升級(jí)，實(shí)現(xiàn)故障的高效排除[5]。

3）改造后，采用變頻軟啟動(dòng)方式對(duì)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，當(dāng)工作面延伸時(shí)也可滿足更長(zhǎng)距離輸送帶的控制。

4）改造后，各個(gè)采區(qū)皮帶輸送機(jī)均以PLC 控制為核心進(jìn)行控制，方便運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的監(jiān)測(cè)和上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。

5 結(jié)論

皮帶輸送機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)其集中控制對(duì)于保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行相當(dāng)重要。本文針對(duì)東翼、北翼和西翼的皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻軟啟動(dòng)、KTC101 主控制器的改造。經(jīng)實(shí)踐表明，對(duì)皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造后可減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員的數(shù)量、降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免工作人員的誤操作，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，最終顯著提升了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。