煤矿主煤流运输系统自动化集控设计

＊田 康

（晋能控股山西科学技术研究院（晋城）技术研究院有限责任公司 山西 048006）

引言

当前，某矿主煤流运输系统主要是由如下几个单元组成：第一，下顺槽带式输送机；第二，大巷带式输送机；第三，煤仓；第四，暗主井带式输送机；第五，边界带式输送机；第六，主斜井带式输送机等。由于煤流系统相对复杂，与此同时驱动方式采用直接驱动的形式，各个环节都设置有保护装置，在带式输送机设置1名操作工人。该系统能够实现独立工作，都是选用就地操作，由此看出其智能化程度相对较低。鉴于此对主煤流运输系统的控制形式进行改造，将其改造成为智能化的设备，同时提出输送机带速自适应调整变频调速策略，因此在该系统中设置了无线基站、视频监测以及相应的IP网络广播，这样可以有效地提高系统的工作效率，最大限度的降低煤损耗。

1.变频智能调速方案设计

在采煤作业的过程中，采煤量与井下工况之间存在密切的关系。由此可以看出，其带式输送机在煤炭运输的过程中存在不均衡性。通常情况下，带式输送机在机械与电气选型方面需要按照冗余系数确定，由此可以看出输送机配置电动机在富余量方面存在20%到45%的空间。鉴于此，选用变频智能调速方案。

一般可以借助料流传感器监测到带式输送机的来煤状态，这时可以借助变频技术实现带式输送机负荷的优化，从而保证实现煤多块转、煤少慢转以及无煤待机的运动。控制箱是在该系统中居于核心位置，选用PLC的形式进行控制，其中变频器读取形式选用通用性，因此能够提高数据的传输性能。

(1)变频器配置

当前煤矿用主煤流带式输送机数量相对较多，同时其运行的过程中工况相对复杂，经过调研发现1台驱动系统出现故障时，往往会给整个煤流系统带来影响，为此必须保证带式输送机驱动系统的可靠性。在进行设计的过程中，如下几个输送机都设置有三电平变频器：第一，下顺槽带式输送机；第二，边界石门带式输送机；第三，大巷带式输送机；第四，暗主井带式输送机。

三电平变频器选用拓扑结构，因此谐波比重大大降低，其产生的电压波形与正弦波形相似。通常三电平变频器内部的目标能够保证输出的波形更接近于正弦波，一般三电平变频器输出对应的电压值共计有五个电平值：±2、±1、0。三电平变频器能够从源头上解决高次谐波被抑制的现象，以及能够有效地优化电压峰值与共模电压等级。图1表示相应的两电平和三电平的仿真波形测试图。

图1 仿真波形测试图

(2)料流传感器配置

选用的变频器仅仅能够采集控制箱的信号，而控制箱能够对带式输送机的物料传感器数据进行分析，对带式输送机的来料情况进行分析，从而能够有效地调整变频器的运行频率。

通常根据生产工艺来安装料流传感器，比如在带式输送机上方设置1条塔接带式输送机，这时料流传感器安装在上级带式输送机上方以及相应的被控带式输送机的落煤点，如图2所示。料流传感器、变频器分别由两个装置供电：电源箱供电、馈电开关供电。

图2 料流传感器布置图

1#料流传感器能够实现监测煤量、带式输送机带速，可以通过下面的公式计算传感器与1#带式输送机机头的距离。

L=V1t

式中：V1表示相应的1#带式输送机额定带速；

t表示相应的2#带式输送机变频器升速时间。

2#料流传感器用来做堆煤保护。

2.智能化集控系统设计

鉴于煤流系统的情况，该智能化集控系统包括从下几个单元：其一，地面上位机；其二，井下矿用隔爆兼容本安型PLC控制分站；其三，矿用隔爆兼本安型液晶显示器；其四，矿用本安型网络摄像仪；其五，矿用本安型无线基站等。图3、图4分别表示系统整体架构信号网、控制网。

图3 控制系统架构（信号网）

该系统设置两台上位机，能够起到备用的效果，该上位机包括以下几个方面的功能：第一，图形监控；第二，数据管理；第三，动态数据显示；第四，自诊断；第五，报警等。一般可以在井下主煤流线安装1台操作台，进而可以在井下实现对主煤流进行智能化控制。与此同时，该装置能够实现井下信息采集以及处理。

（1）可以借助RS485与带式输送机单机进行信息交互，从而可以完成智能化集控控制。与此同时，能够借助以太网与暗主井带式输送机、主井带式输送机单机控制单元进行信息的交互。带式输送机可以配置1套载荷分布监测装饰，能够对机头、尾区域的载荷进行分析，其可以借助CAN总线接入协同控制单元，从而依据物料运输以及相应的分布进行自动变频调速控制。

（2）在井下设置无线基站能够对无线网络进行全面的覆盖，通过设置几个移动终端即可实现对设备信息进行检查，如历史记录与报警等。该基站能够巡检设备，对作业执行情况进行浏览等。假如设备出现故障时，那么可以通过移动终端将信息推送给相应的工作人员，从而能够避免不必要的安全问题。

（3）为了能够实现语音扩播功能，在带式输送机机头位置设置1台本安型IP网络广播终端，从而可以有效地实现良性的通信。相关工作人员可以借助集控中心通信主站与现场语音站主站可以和相应的带式输送机中的语音分站之间实现语音通信与语音功能，从而可以形成一套完善的语音功能，满足工程的需要。

3.结语

本文经过对煤矿主煤流运输系统进行调研分析，从而提出了智能化设计方案，可以借助料流传感器以及相应的变频器共同工作，满足主煤流智能化的工程需要。相关工作人员借助智能化的终端实现移动监测、视频监测以及语音广播等，能够做到在不影响生产的情况下，实现对主煤流的智能化控制，最大限度的避免能源的损耗，不断优化设备的使用年限，从而降低生产成本，提高生产效率。