煤矿带式输送机智能化控制系统设计

＊庞海云

（山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司 山西 046600）

1.智能化带式输运机控制系统设计方案

(1)前景分析

赵庄的煤炭矿井主要是升级改造主斜井以及大部分的以输送带的方式来运输的大巷内所安装的带式输运机，矿井内安装的型号为STJ1600/3×1850S的带式输送机，它的输送带所采用的绳芯材料是强力的具有阻燃作用的钢丝，其长为1580m，输送带移动速度5.4m/s，输送带的强度大约是5000N/mm，宽为1.6m，安装在主输送巷道内的带式输送机模型为DTL160/320/4×800，采用的输送带是强力阻燃的，其长为2100m，输送带移速4m/s，输送带宽为1.6m，强度为2500N/mm。

①基于保护系统对带式输送机状况的探讨

由于带式运输机沿线的保护系统太过简陋，以至于其在运行过程中无法与地面的控制系统做到实时连接，而这就导致了当某些问题或者说故障出现时，带式运输机不能做到自行停机处理，而且如果不能做到自行停机处理，那么机器一旦卡煤，很可能会产生难以估量的损失。

②带式输送机的启停状态

当每个带式输送机开始运行时，在其头部位置设置一个司机，负责启停该带式输送机。如果在工作生产过程中需要启动输送机，工作场地的工作人员会向带式输送机尾部的司机发出信号并进行对话。皮带输送机从外到内依次启动，有时调度员会使用通信设备呼叫启动。这种启停管理带式输送机的模式，不仅需要很高的劳动强度，需要大量人员，有较高的成本，且自动化程度比较低。

(2)升级控制系统智能等级

可编程逻辑控制器可以说是实施升级控制系统智能等级中至关重要的一环，它主要由可编程逻辑控制器控制站、各类带式输送机保护传感器、上位机等组成。智能等级提升之后的带式运输机的控制系统的架构层分别为传感执行层、控制层、监控信息层和网络传输层，在这里面只有监控信息层位于地面，剩余的在井下。具体布置见图1。

图1 带式输送机智能化控制系统构架图

①传感执行层。具有监测作用的载荷和速度、跑偏和温度以及烟雾这五种传感器被安装于带式输送机上，按照集控中心的指令进行动作，还可以将信息数据进行采样收集；

②控制层。控制层通过可编程逻辑控制器实现操作控制井下设备，同时能够及时上传输送机的数据信息并对各种来自于执行集控中心发出的指令实现控制；

③网络传输层。工业交换机连接地面和井下，通过它或网络传输层都可以将井下各类数据从带式输送机运送至集控中心，还可以及时把来自地面的指令传到井下，实现实时传输信息；

④监控信息层。可以对井下的设备在地面实时监测，并集中控制一键开始停止。

(3)系统智能化

①带式输送机具有检测保护和监控显示功能，它安装有多种信号装置和传感器：漂移和温度、烟雾和停止以及速度等，它们可监控并显示带式输送机的运行状态，并能自动停车和发出报警信号来保护带式输送机，通过音频信号同时还可以实现点播和宣传功能。

②系统功能可实现自动、手动和远程控制。A.自动：井下工作者一键启停集控箱控制带式输送机实现就地自动控制；B.手动：在检修前需要先手动断开各类带式输送机的保护功能；C.远程：地表工作的人员使用控制台远程控制井下带式输送机。

2.实现系统功能

(1)可编程逻辑控制器控制系统

带式输送机智能化可编程逻辑控制器控制系统主要由显示器、可编程逻辑控制器控制柜、IP广播通信、各类传感器（速度、堆煤、急停、载荷、烟雾、温度等）等设备组成。可编程逻辑控制器控制柜用来处理和接收操作指令、相关数据，操作控制各种设备包含数字量模块、可编程逻辑控制器主机、切除故障开关和模拟量等。运行稳定且功能齐全以及紧凑的系统架构都是西门子-可编程控制器柜S7-1500型号的特点。用S7-1500型的软件调试系统，用LAD梯形图建立程序代码。其结构图如图2所示。

图2 智能化矿井带式输送机控制系统结构图

(2)操作控制系统的步骤

①无人值守

点击操作台上的“无人值守”，出现确认操作窗口后点击“确定”，模式转为“无人值守”。比方说带式输送机状态是远程自动控制时，“无人值守”按钮被按下，则带式输送机改换为“无人值守”模式，当输送机上无煤时则会自动停止运行；当主运煤巷道上有煤运输到机头时，运输机将自动开始运行。

②就地自控

井下控制主机安装在输送机的机头处，向左转控制旋钮到就地挡。此时，“本地”字样将显示在智能控制系统界面上的状态栏。这种状态下，操作开关按钮实现一键启停。

③远程自控

向右转控制旋钮到遥控器档位。此时，“远程”字样将显示在状态栏上。此时，工人在地表按下启停按钮，一键启停可以在很远的地方实现。操作员可在此时查看带式输送机储煤量，通过监控来查看并选择先后什么顺序去启动设备。

A.为防止积煤出现在后置带式输送机上，启动要逆流煤方向，后置带式输送机头部积煤，按逆流煤方向启动带式输送机，即从外侧依次启动。

B.为了降低沿煤流方向启动的电耗，当没有煤在输送机上时，可以沿煤流方向启动，即由内而外启动。

当控制器停止时，操作员通过点击停止按钮使设备停止。停止带式输送机要顺煤流方向由内向外，以防堆煤现象。

(3)地面监控

地面监控以赵庄煤矿为例：备用和监控主机以及管理服务器还有监控软件都是带式智能化输送机组成监控系统的重要部分。系统界面组态软件用Scade代码生成，由客户端管理和服务器管理组成。服务器管理架构可以收集和存储报警探测、数据转换、点对点的数据信息，如，客户管理结构在服务器上可以利用其服务系统的数据通信功能实现人机交互，能实时监测皮带输送机上安装各种传感器的状态和设置系统的相关参数。高清摄像头安装在客户端，井下机器可以被实时查看运行状态。存储的部分运行期间数据曲线如图3。

图3 带式输送机运行期间存储的部分数据曲线变化图

更生动的操作界面效果可以用SCADA软件修改或调整操作界面的位置和颜色以及形状和大小，便于操作员识别和操作。

3.效益分析

（1）经济效益。在进行改造带式输送机之前，该矿山主斜井及输送机需投入大约每天十五人来负责开停和巡检带式输送机。经过智能化系统改造后，以2巡检人每班来计算，巡检工作每天只需要五人，工资上的投入可减少至80万元/a；（2）安全效益。通过改造带式输送机系统，智能带式输送机体系的安全监控系统都在企业和矿井被建立，矿山安全管理水准得到了提升，监督井下安全的力度得到了有效的加强，极大程度地实现了利益及安全的最大化。

4.总结

（1）通过智能化系统改造，带式输送机的地面工作人员对井下每一条煤炭流的运输掌握的更加清晰、直白，更好地保障了地面控制单位的指挥与调度；而且，改造后的系统可以记录下运输机的各项参数，相当于飞机的黑匣子，为以后如果运输机出了故障更方便查找故障的起因，也即是说，运输机的性能将更加稳定。（2）经过近一年的试运行，我们可以比较直观地看出，在使用了改进的智能化系统之后，矿山的运行变得更加平稳高效，安全等级上升很高，为矿山及企业带来了巨大的利益。