煤矿井下胶带机智能化精确控制的研究与应用

王海君 李峰光 单波 周琛

摘 要：该文介绍了一种基于煤矿井下胶带机智能化精确控制的系统，该系统融合了可编程控制器自动化控制、点检系统、专家智能决策系统、产量均衡控制、手机APP、永磁电机和变频器等多种先进的智能化控制技术。该项目的实施为客户极大地降低了工人的劳动强度，提高了生产效率和安全性能，减少了事故发生率，值得煤炭行业借鉴和推广。

关键词：可编程控制器 专家智能决策 产量均衡 手机APP

中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（a）-00-02

皮带输送机、给煤机已成为煤矿生产中非常重要的运输设备，它能否安全高效地运行，直接决定着矿井机电设备的开机率和产量，而老式的皮带传输方式，采用继电控制，每条皮带可以独立控制开停，系统分散，控制的灵活性差，且各皮带的配置差异较大，同时采用人工操作，操作人员劳动强度大，系统运行效率低，且易引起操作失误，造成设备损坏，甚至人员伤亡，给矿上带来重大的损失。为此实现皮带输送机的集中控制就显得更加必要。

该文从鲍店煤矿井下皮带实际现状出发，结合目前主流集控系统配置同时参考主流设计原理，设计了一套适合鲍店煤矿的精确控制系统。

该系统为当前煤矿企业对自动化的需要，皮带集控系统与工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个井下运输系统的遥测、遥信、遥控。

1 系统实施

1.1 调度中心

地面监控中心设置在地面皮带调度室，通过工作站安装的软件对井下皮带相关设施进行集控和监视。控制主机均采用双机热备方式；上位机选用2台工业主机，配置液晶显示器。完成编程及监控监视功能。上位机组态监控软件选用GE公司的最新实时监控组态软件IFIX5.8系统平台，实现图形监控、动态图形显示、历史数据采集管理、状态趋势图、自诊断、报警等诸多功能，并提供多种数据接口实现数据的共享与传播。

1.2 井下控制系统

井下控制系统主要包括对井下14条胶带机和多部给煤机的控制，包括控制胶带启停、给煤机控制、变频器的监控[1]。

井下皮带采用永磁电机加变频器的驱动方式，采用三电平永磁伺服變频控制器对井下输送机进行控制，各变频器之间功率自动调节，实现多台之间的动态功率平衡[2]。同时，胶带机机械部分采用热浸锌防腐技术原理保证了机械性能的稳定。同时皮带沿线托辊采用高分子塑料胶带托辊，由辊皮、轴承、轴、密封组件组成。辊皮采用超高分子塑料材料，具有轻便、耐磨、不粘附物料、与胶带的摩擦系数低、自润滑性等优点。高分子塑料托辊能延长胶带使用周期，节省能源，有效改善井下工作环境。

系统以PLC控制系统为核心，与上位计算机、防爆PLC控制站、胶带机保护传感器等组成PLC分布式监控系统。总体结构可以分为3层结构：数据感知层、PLC控制层和监控信息层。

1.3 图像监控系统

每个转载点等重要场所安装高清摄像仪，视频监控装置像素不低于200万，可在地面进行录像存储，视频存储时间90d以上，存储硬盘留有冗余量；视频沿线布置百兆以上光网络进行传输（满足视频传输需要），视频系统与控制系统网络分开。

1.4 语音预警联动

皮带沿线安装扩音电话用于系统的联动预警。电话按照100m间距布置，平时可以用于皮带沿线的喊话及开车前的语音预警，紧急情况下可以作为与地面系统的语音通话，作为应急广播的补充。

1.5 产量均衡系统

为了高效率完成煤矿日常生产，系统从“煤仓煤位均衡”“总产量均衡”两个方面进行煤流产量均衡控制策略。在不满足条件情况下，及时播报系统预警，确保整个系统高效、经济、连续运转。系统根据安装的皮带秤和煤仓料位计算、判断当前的出煤量和煤仓的剩余煤量[3]，合理控制变频器和永磁电机，进而调节皮带速度，达到出煤量的最优化控制策略。

1.6 专家决策系统

系统对胶带运输系统进行分解，通过设备管理系统对类别进行管理，对不同的部分指定不同的检修周期、包括月检修内容和年检修等内容。系统根据设置的周期自动预计提醒检修内容，同时可以打印，方便人员检修。

可以对胶带运输机运行中出现的故障或检修中发现的问题进行闭环跟踪，直到问题解决，保证系统的安全稳定运行。通过C/S的应用程序实时读取胶带控制系统的控制数据，为统计胶带运输机运行时间和带载运行时间进行采集和统计，形成了胶带运输系统的设备运转率等数据，为职能部门制定、优化巡检计划提供数据支持。对于可能出现的问题提前进行预判，将事故的隐患降低到最低风险。

1.7 智能APP系统

通过在胶带机沿线建立无线WiFi基站，并且在手机上建立组态控制客户端软件，移动遥控带式输送机的开停、故障复位等操作，并可通过手持移动设备实时查看带式输送机相关视频信息，从而达到操作人员发现问题，及时停车处理故障的效果，从而减少带式输送机故障停车时间，同时也减轻了皮带操作人员的劳动强度。

1.8 设备点检系统

该系统根据井下胶带机的实际情况和需求定制的设备点检管理系统，采用领先的B/S（浏览器/服务器）操作方式，建立人机合一管理模式，通过集成点检仪采集设备的状态数据，采集的设备数据与设备身份识别码关联，并导入到数据采集基础平台，使设备点检过程集成化，实现设备点检、缺陷发现、处理、统计分析全过程计算机管理，提高点检、缺陷处理的及时性、完整性，加强缺陷管理处理情况监督，提高企业查询、统计和考核管理水平。

系统主要由设备点检、安全生产管理、DSC数据集成等部分组成。

2 系统主要优点

鲍店煤矿井下胶带机智能化精确控制系统的建设，能全面提升煤矿企业的综合实力和竞争力，同时对改变煤矿员工的生产生活条件、提高煤矿的社会地位、树立煤矿行业和员工的新形象、提高煤矿的安全程度，以及对促进社会进步都有着重要的作用。通过提升装备水平，实现自动化系统远程集控，减少现场工作人员，进一步保障设备及人员安全。

通过矿井胶带机智能化系统的密切配合，可实现无人值守、远程监控，减掉了岗位工，节能降耗，缩短故障时间，增加产量，经济效益显著。

3 结语

该系统为集化散型多系统融合架构，适用当前煤矿企业对自动化的需要，皮带集控系统与多系统一起，构成一个完整的多层次网络，实现对整个井下运输系统的遥测、遥信、遥控。该系统的完成，为煤矿的智能化建设做出了表率，值得行业内借鉴。

参考文献

[1] 马永辉，孙岩冰，王桂华.基于PLC的带式输送机智能保护系统设计.工矿自动化，2011（1）：86-88.

[2] 盛新，孙涛，王玉玮.变频器在切纸机张力控制中的应用[J].变频器世界，2008（7）：71-73.

[3] 王彦军，庞之浩，方忠厚.基于PLC的煤矿输煤控制系统设计[J].河南科学，2012，30（5）：597-599.

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2020-04-30