礦山井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用探析

賈真

（蕪湖市愛德運(yùn)輸機(jī)械有限公司，安徽蕪湖 241000）

在煤礦井下開采過程中，皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，表現(xiàn)為可提高生產(chǎn)安全與效率?，F(xiàn)階段，皮帶機(jī)應(yīng)和現(xiàn)代工業(yè)化系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)之間進(jìn)行全面結(jié)合，將自身價(jià)值展現(xiàn)出來，這對(duì)于提升煤礦開采效率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有著重要的作用與現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦山井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要特征

1.1 自動(dòng)化控制

在工作站中開展信息管理工作，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離訪問、管理設(shè)備、控制各分站機(jī)，以及采集與處理數(shù)據(jù)信息。在井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控屬于一種結(jié)構(gòu)，能夠完善生產(chǎn)監(jiān)控性能，運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)采集、傳輸與打印數(shù)據(jù)，對(duì)井下運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)之間的配合度進(jìn)行遠(yuǎn)程、動(dòng)態(tài)監(jiān)視與控制，確保工作人員與生產(chǎn)設(shè)備的安全，并達(dá)到自動(dòng)化控制系統(tǒng)與共享生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的目的[1]。

1.2 故障診斷

皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的設(shè)備具有自我檢測(cè)功能，諸如系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、傳感設(shè)備以及PLC 可編程控制器等。若實(shí)際運(yùn)用過程中產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)斷線、信號(hào)傳輸干擾、控制模塊故障等問題，系統(tǒng)會(huì)立即自我診斷，然后發(fā)出警報(bào)。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對(duì)于皮帶機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，其結(jié)構(gòu)為全分布式，可實(shí)現(xiàn)地面與井下控制，主機(jī)與個(gè)分機(jī)之間相互聯(lián)系，但互不干擾，獨(dú)立工作，安全性強(qiáng)，如果地上出現(xiàn)了障礙，也不會(huì)干擾井下機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 人性化操作

針對(duì)皮帶機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制界面而言，應(yīng)合理設(shè)定，高效率操作，促使模擬場(chǎng)景能夠更加接近真實(shí)場(chǎng)景，呈現(xiàn)出來的畫面形象生動(dòng)。同時(shí)，操作人員識(shí)別較為便捷，利于操控。系統(tǒng)包含的功能完善，能夠報(bào)告與顯示實(shí)際運(yùn)行狀況，諸如運(yùn)行工況、檢測(cè)數(shù)據(jù)以及故障等。

1.5 運(yùn)行成本低

皮帶機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)則是由機(jī)能學(xué)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與分布，這一方式可有效降低機(jī)組布線，節(jié)約更多的成本[2]。系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，且擴(kuò)展性良好，能夠?qū)浖到y(tǒng)進(jìn)行更換，高效率轉(zhuǎn)換功能，對(duì)繁雜的工作量予以簡化。由于系統(tǒng)擴(kuò)展與維護(hù)便利，所以在增加節(jié)點(diǎn)的過程中不會(huì)受到時(shí)間限制，在線程序也能夠進(jìn)行修改，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2 礦山井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能

2.1 控制功能

通過對(duì)井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)用，煤礦開采企業(yè)能夠有效控制井下皮帶運(yùn)輸速度。當(dāng)皮帶機(jī)出現(xiàn)故障后，自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)立即停止運(yùn)行，然后向控制中心發(fā)送故障信息，工作人員結(jié)合信息處理好故障后，才能夠重新運(yùn)轉(zhuǎn)，以此確保皮帶機(jī)的安全性、穩(wěn)定性[3]。同時(shí)，工作人員通過對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的編制，能夠?qū)崟r(shí)查看控制中心的信息，進(jìn)而更好的監(jiān)控皮帶機(jī)運(yùn)行狀況。

2.2 保護(hù)功能

自動(dòng)控制系統(tǒng)針對(duì)皮帶機(jī)的保護(hù)作用，涉及以下幾點(diǎn)：第一，故障保護(hù)。結(jié)合實(shí)踐可知，皮帶機(jī)運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，更容易出現(xiàn)故障，所以需要在運(yùn)輸路線中安裝保護(hù)開關(guān)，利用識(shí)別技術(shù)識(shí)別故障位置和原因等，以此促進(jìn)工作人員維護(hù)效率的提高；第二，溫度保護(hù)。皮帶機(jī)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)形成許多熱量，如果電機(jī)溫度過高，就會(huì)引起故障。為解決此問題，可將熱電阻設(shè)置到皮帶機(jī)電機(jī)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度，當(dāng)出現(xiàn)溫度過高的情況時(shí)，可第一時(shí)間停機(jī)；第三，電流保護(hù)。如果通過電機(jī)的電流過大，就可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)被燒毀，對(duì)此需在自動(dòng)控制系統(tǒng)中安裝電流變送器，讓工作人員能夠?qū)﹄姍C(jī)電流大小進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若額定電流低于監(jiān)測(cè)電流，就需要及時(shí)停機(jī)運(yùn)用相應(yīng)處理措施保護(hù)電機(jī)[4]。

3 礦山井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

（1）結(jié)構(gòu)組成

礦山井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件由PLC 主站、控制分站、輸送保護(hù)設(shè)備、通信等構(gòu)成，主要圍繞一個(gè)中心進(jìn)行工作，即S7-300PLC。對(duì)于該中心而言，控制功能的發(fā)揮表現(xiàn)在電樞與勵(lì)磁回路的調(diào)節(jié)方面，兩類設(shè)備功能的展現(xiàn)均依賴晶閘管整流器，差異性則為電樞是電路串聯(lián)，勵(lì)磁回路是并聯(lián)，實(shí)際狀況見圖1。

（2）傳感器選型

傳感器選取時(shí)，應(yīng)對(duì)輸送機(jī)保護(hù)主機(jī)進(jìn)行明確，則是KHP128-Z，然后再篩選不同類型的傳感器，其中涉及到的類型如下：第一，速度傳感器。本設(shè)備的作用在于速度檢測(cè)，若出現(xiàn)異常狀況，需第一時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)回；第二，溫度傳感器。能夠檢查溫度，若溫度高于正常水平，會(huì)自動(dòng)開啟灑水裝置；第三，撕裂傳感器。借助電阻輸出大小來積極發(fā)揮自身作用，當(dāng)出現(xiàn)了撕裂信號(hào)，設(shè)備便會(huì)迅速暫停至少兩秒，然后再正常運(yùn)轉(zhuǎn)；第四，跑偏傳感器。監(jiān)測(cè)輸送帶，若出現(xiàn)扭曲情況，會(huì)立即發(fā)出跑偏信息；第五，急停傳感器。面對(duì)突發(fā)狀況，該設(shè)備能夠?qū)⒓蓖Ｐ盘?hào)發(fā)送到主機(jī)，以此讓整個(gè)工程暫停，并且只有通過人工調(diào)節(jié)后才可以恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；第六，堆煤傳感器。保護(hù)煤炭；第七，煙霧傳感器。保證工作環(huán)境的煙霧符合標(biāo)準(zhǔn)，并調(diào)整不平衡的情況。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于通訊與數(shù)據(jù)交換。其中，通訊功能由CP343-17 進(jìn)行協(xié)助完成，數(shù)據(jù)傳遞則在各種信息驅(qū)動(dòng)器的引導(dǎo)下開展。

（1）上位機(jī)軟件

第一，人機(jī)界面。在人機(jī)界面的作用下，工作人員能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，此過程中鼠標(biāo)、鍵盤等發(fā)揮著重要作用。為了方便使用，人機(jī)界各部分存在簡易性特點(diǎn)。同時(shí)，這一監(jiān)控體系具有數(shù)據(jù)成像、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，且可以曲線的方式將所獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地打印出來。對(duì)于人機(jī)界面而言，主要采取中文提示的方法，能夠在便于操作的基礎(chǔ)上，簡化操作過程，當(dāng)產(chǎn)生的差錯(cuò)，警報(bào)便會(huì)迅速響應(yīng)，并將處理措施及結(jié)果上傳到中央庫存檔案中，有力地指導(dǎo)接下來的工作；第二，圖形界面。圖形界面的作用在于顯示各類數(shù)據(jù)，并且涉及多種顯示方式。雖然顯示形式會(huì)存在差異，但在整體上擁有統(tǒng)一性，即通過動(dòng)畫凸顯數(shù)據(jù)；第三，故障信息database。在皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，故障信息database 能夠存儲(chǔ)信息，并提供查詢各類信息的功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控故障掌控，全方位排查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，提高檢修的效率。

（2）PLC控制軟件

PLC 控制軟件能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行操作，并積極核查上級(jí)命令，無誤后才可使用。具體流程為：第一，將傳遞的消息予以完整地保存；第二，傳遞過程中具有較強(qiáng)的抗干擾性能，數(shù)據(jù)安全；第三，在操作此程序時(shí)，囊括全部的指令，同時(shí)收集與整理數(shù)據(jù)。

4 礦山井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的使用

4.1 遠(yuǎn)程操作控制

煤礦井下皮帶自動(dòng)化系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制的功能，開車前均會(huì)展開操作與準(zhǔn)備，主要包括兩種，即停車與開車。開車前，應(yīng)充分準(zhǔn)備，確保生產(chǎn)安全以及開車運(yùn)轉(zhuǎn)正常。針對(duì)需負(fù)責(zé)的機(jī)組設(shè)備來講，操作人員應(yīng)積極發(fā)揮安全檢查職能，使系統(tǒng)的可靠性與正常性得到保證。通過檢查，確保機(jī)組設(shè)備正常后，及時(shí)傳遞消息。皮帶自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行方式主要囊括三種，即全運(yùn)行模式、應(yīng)急運(yùn)行模式、分運(yùn)行模式。應(yīng)急運(yùn)行模式則是緊急處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中所遇到的問題，因此急開急停的現(xiàn)象較為常見；分運(yùn)行模式不統(tǒng)一運(yùn)行系統(tǒng)分站、主站或主站不控制分站，各分站均借助各自的模式運(yùn)行；全運(yùn)行模式則是在同一時(shí)間將系統(tǒng)分站與主站啟動(dòng)[5]。但其開停需要遵循“逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止”的原則，是由主機(jī)對(duì)各分站機(jī)進(jìn)行控制，確保這一系統(tǒng)高效率、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2 檢修操作控制

若是在煤礦井下放置生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，要第一時(shí)間展開日常維護(hù)與檢修，這也是企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容。設(shè)備檢修與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要立足于檢修對(duì)象進(jìn)行劃分，主要以其運(yùn)行狀況為參考，劃分是開車檢修還是停車檢修。在展開檢修操作的過程中，要將故障有效排除，就要與人工檢測(cè)和系統(tǒng)故障相結(jié)合，才可以確保檢修工作更加科學(xué)。完成檢修后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，將存在的故障有效解決，使煤礦井下皮帶自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的正常性得到保證，最終促進(jìn)煤礦生產(chǎn)效率提升[6]。

5 結(jié)語

總而言之，在礦山井下開采作業(yè)中，井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，可提高作業(yè)效率，也能夠保障其安全性。對(duì)此，煤礦企業(yè)需重視資金投入，積極引進(jìn)專業(yè)化人才，及時(shí)更新老舊設(shè)備，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)井下皮帶機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。隨著信息時(shí)代的到來，礦山井下自動(dòng)化必然會(huì)成為主要發(fā)展趨勢(shì)，可有效提高煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸效率以及井下作業(yè)技術(shù)水平，夯實(shí)煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。