带式输送机智能控制系统的改造设计及应用分析

李 超

（晋能控股煤业集团挖金湾煤业有限责任公司，山西大同037000）

在当前的煤矿产业发展中，既要运输机具备远距离、大运量的运输能力，并且需要由人工操作的模式向逐渐转变成为智能自动化控制。当前皮带输送机的研制与应用，其核心技术包括：①广泛地采用动态分析技术、机电一体化和计算机监控等高新技术；②电机驱动技术，可以实现电机运行功率和转向的快速调节；③大量的运用了一些具有高性能和高可靠性的元部件，如变频控制、调速耦合等；④控制系统采用高档可编程控制器PLC，通过编程技术和各种继电器，能够实现系统的工作状态监测、工作指令的传输、工作故障的诊断；⑤带式输送机具有多种保护装置，可以在打滑、温度异常等多种工况下保护运输机的安全。经过实践调查，煤矿带式运输机在使用过程中存在一些弊端。例如在实际操作中还需要大量的人员操作，自动化水平较低，不仅生产效率得不到保证，并且还威胁到工人的生命安全，煤矿的智能化升级趋势已不可阻挡，需要及时进行升级。

1 改造前带式输送机状况分析

晋能控股煤矿在矿井的西南侧设置了主要输送带大巷，其巷道位于20210回风联络巷和主要输送带运输巷的交汇点。DTL 100/100/2×2805 ( A)带式输送机是矿井中运煤的主要设备，输送带采用了强力阻燃材料，B表示带宽，其取值范围在800～1400之间，单位：mm；L表示长度，其取值范围在100～3000之间，单位：m；Q表示输送量，其取值范围在100～8000之间，单位：t/h；P表示功率，其取值范围在30～1000之间，单位：kW。

改造前该DTL 100/100/2×2805(A)带式输送机各项运行性能的状态包括：①开启及停止状况。主运输皮带大巷DTL100/100/2×280S(A)带式输送机需要专门的控制人员，始终保持在工作岗位上控制设备的工作状态。在实际的工作中采用人工操作，工作人员在机尾向机头位置的司机传递指令信号。从实际效果来看，改造前对工作人员的需求量较大，且劳动强度大，效率低。②保护系统状况。DTL100/100/2×280S(A)带式输送机在运行中，在安全系统的设置中存在较大的监控漏洞，各个系统是相互独立的，不能通过中央控制单元实现各系统的控制，实现远程控制难度较大，面临较大的安全风险。例如在出现参数异常时，无法及时获取到故障信息，无法及时地进行停机操作，导致故障发生的概率较高，生效效率大大降低。

2 带式输送机智能化控制系统方案的设计

2.1 智能化控制系统结构设计

针对主运输皮带大巷DTL100/100/2×280S(A)在运行过程中存在的系统缺陷，对该系统实施全面的智能化升级。升级完成以后，该智能控制装置的关键部分是PLC。本控制系统的关键部分是PLC 控制，它包括操作界面、PLC 控制器和各种保护传感器。该体系共包括如下三个结构层：第一，顶层为监控信息层；第二，中间层为控制执行层；第三，底层为收集信息的执行器层。通过主站控制，可以在监控平台上监测运行参数，并发出操作指令，对运输机进行远程控制；井下通信系统采用了一种以工业环形网交换器为核心的通信系统，通过光纤连接来实现数据的实时交互；矿井下的控制区，通过监控系统实时地将数据上载，并按照这些数据发送操作命令；井下感应执行器层，通过各种不同类型的感应器对皮带运输车的速度、温度、跑偏进行检测，同时可以将相关指标参数上传至中央控制器。

2.2 智能化系统功能分析

（1）系统控制功能:智能化系统具备完整的功能模块，可以在手动模式和自动模式之间进行便捷的切换，同时具有自动锁止和自动停车等保护功能。①远程控制:通过控制主站发送控制指令，远程改变皮带主机的工作模式；②就地自动控制:在自动控制装置发生失效时，由自动操作变为人工操作；③手动控制:当需要对设备进行日常的检修时，工作人员可以通过手动模式对保护功能进行控制；④闭锁控制:用于控制工作时各模块的工作顺序，例如在系统开始时主皮带先开始工作，然后开始给煤设备。在系统关闭时，应该先关闭给煤设备，然后再关闭主皮带；⑤紧急停车:在装置操作中发生故障时，可以对装置进行紧急关闭，并对与其相关的装置进行控制。

（2）连锁控制功能:与MST 控制柜、给煤机和其它输送带进行联动控制。实现不同设备工作状态的先后控制，在皮带输送机起动后，送煤装置的安全锁定控制可以解除，否则不能独立起动。且主皮带的工作状态受到受煤皮带的控制，只有受煤皮带启动了，带式运输机才能开始输煤。该系统是否能够工作，依赖于保护系统运行状况，只有在其运行正常时，它才能够正常地运行。当系统出现故障时，能够随时对系统进行停机控制。

（3）带式输送机在线检测的参数:6 个电机上的温度监测点、4个轴承上的温度监测点、6个电机电流检测点、2 个电机电压监测点、电机的系统工作状态、电控柜、MST 控制柜监控等。监控功能的实现是保障系统功能实现的重要手段。

3 主要功能的实现

3.1 地面监控系统

监控系统是大巷DTL100/100/2×280S(A)带式输送机的核心模块之一，该模块的组成包括底层的信号监测装置、通讯接口、显示操作界面和中央控制中心等。①以中心站点为核心，通过中心主站发出相应的控制指令可以实现带式运输机的运行；②在运输机的驱动模块加装监控模块，可以实时采集系统工作的参数，并进行驱动控制；③主控从控之间有电气连接接口，功能是实现主站和分站之间的即时通讯。

SCADA的显示页面可以实时监控并显示出运输机的工作参数，图1描述了运输机在工作过程中的各参数指标变化情况。

图1 带式输送机运行期间存储的数据曲线变化图

SCADA的主要作用是根据计算机的操作界面来调节运输设备的运行参数。

3.2 带式输送机PLC控制系统

主要输送带大巷DTL 100/100/2×2805（A）型输送带智能PLC，可实现各种控制。该智能化控制系统采用57-1500型PLC控制柜，该控制柜作为系统的信息处理中心，将经计算得到的控制指令及时发出，保证设备按照预期进行工作。

4 应用效果分析

在2021 年8～9 月，该矿完成了主运输皮带大巷DTL 100/100/2×280S(A)升级改造，添加了智能控制和安全保护模块，并将改造后的系统正式投入到正式的生产活动中。试验结果显示：大巷输送机主要输送带大巷输送机的智能监控系统工作稳定、可靠，使其能够进行智能、集中、遥控地进行主要传送带、大巷输送机的操作，具有良好的稳定性和安全性能。

（1）安全效益。更新和优化控制系统的硬件和功能，使得大巷DTL 100/100/2×280S(A)运输机增加了智能模块，可以实现远程监控、管理、保护，同时大大提升了系统运行的可靠性和安全性。

（2）经济效益。大巷DTL100/100/2×280S(A)带式输送机的改造可以极大地减少人力资源的消耗，以一台运输机为例，改造后每台系统需要的人数减少了4人，仅每年节省的人力成本就达到了45万元。

（3）社会效益。智能化监控体系的更新和使用，抛弃了传统的手工操作方式，采用智能化、自动化控制技术，对输送带输送机的作业进行了最优控制，是实现智能化、智能化矿山的基础。