邊輝

摘 要：為了準(zhǔn)確地了解和控制井下料倉（煤倉、水倉等）的貯料情況，實(shí)時、準(zhǔn)確地監(jiān)測煤倉的貯料情況，并有效控制煤炭運(yùn)輸、煤倉自動裝卸載在高效生產(chǎn)及自動化管理。針對以往煤位檢測方法的不足，桃園煤礦采用了超聲物位儀對煤倉煤位進(jìn)行實(shí)時的檢測。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能適應(yīng)煤礦井下惡劣環(huán)境的實(shí)際條件，能 實(shí)時對煤倉位置進(jìn)行監(jiān)測，從而避免煤位的堆積而影響生產(chǎn)，提高了煤礦安全生產(chǎn)的自動化及安全性。

關(guān)鍵詞：煤倉煤位 超聲物位儀 自動檢測 安全生產(chǎn)

中圖分類號：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（c）-0040-02

隨著煤炭工業(yè)自動化水平的不斷提高，如何能隨時準(zhǔn)確了解和控制井下料倉（煤倉、水倉等）的貯料情況，實(shí)時、準(zhǔn)確地監(jiān)測煤倉的貯料情況，并有效控制煤炭運(yùn)輸、煤倉自動裝卸載在高效生產(chǎn)及自動化管理中顯得越來越重要。井下煤倉是生產(chǎn)中關(guān)鍵而又重要的場所，煤倉設(shè)備運(yùn)行的好與壞直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司桃園煤礦（簡稱桃園礦）井下煤倉在以往的生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)煤倉口煤位的堆積造成煤倉電氣設(shè)備的不能工作，這給生產(chǎn)帶來了很大的不便，因此，桃園礦對現(xiàn)有井下煤倉進(jìn)行煤倉位置監(jiān)測，該系統(tǒng)針對井下煤倉的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控室對煤倉位置進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，從而避免煤位的堆積而影響生產(chǎn)，提高了煤礦安全生產(chǎn)的自動化及安全性。

1 礦用超聲物位儀技術(shù)原理及特點(diǎn)

超聲波式料位傳感器是在煤倉頂部對著料面裝有超聲波發(fā)生器和接收器。發(fā)生器發(fā)出的超聲波經(jīng)空氣層射至料面并被反射后，被接收器接收，由超聲波發(fā)射到接收器接收所經(jīng)歷的時間乘以聲速就可以計(jì)算出料位高度。超聲波式能連續(xù)測量料位，探頭不與物料接觸，無粘著和被埋危險，但對煤倉直徑與深度比有一定的要求，并要求煤倉形狀規(guī)則，內(nèi)表面光滑，但測量盲區(qū)較大，因而可靠性差，測量深度也有一定限度。另外由于空氣溫度的高低會影響聲波的傳播速度，所以還需測量溫度以修正聲速。超聲波式料位傳感器適合于測量粒度較大的塊料料位。

1.1 原理簡介

本機(jī)采用超聲脈沖測距法，由物位儀換能器向被測料面連續(xù)發(fā)射超聲波脈沖，該聲波傳播到料面，產(chǎn)生反射，再由物位儀換能器接收被測料面反射的聲波信號，微處理器計(jì)算聲波從發(fā)出到反射后接受的時間（設(shè)該時間為T），則物位儀換能器到被測料面的距離S為：

S=1/2CT （C為空氣中聲速）

微處理器根據(jù)本機(jī)設(shè)定的量程、調(diào)零等參數(shù)，自動計(jì)算物位值或百分比物位值，再由百分比物位值（或空倉距離）計(jì)算輸出相應(yīng)的模擬量和限位控制信號。

物位儀有很好的軟件支持，CPU自動控制功率發(fā)射和信號接收電路，自動修正工作參數(shù)，以達(dá)到最佳工作狀態(tài)。它識別真實(shí)的回波信號，有效地濾除噪聲和干擾信號，進(jìn)行目標(biāo)識別和數(shù)值計(jì)算等數(shù)據(jù)處理，達(dá)到理想的測量效果。

根據(jù)桃園礦井下煤倉位置監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際要求，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)及生產(chǎn)控制系統(tǒng)、調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展前景，我們設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了由上位工控機(jī)和下位超聲波物位計(jì)組成的二級分布式計(jì)算機(jī)的監(jiān)測管理系統(tǒng)，對井下煤倉位置的過程進(jìn)行檢測、顯示、控制、報警和管理。超聲波料位計(jì)系統(tǒng)完成對井下煤倉位置的煤位監(jiān)測、顯示，以及把煤倉位置信息傳送給上位工控機(jī)。上位工控機(jī)完成運(yùn)行信息的存儲、顯示、傳送等?，F(xiàn)場超聲波物位計(jì)采用具有本安防爆合格證的（dibⅠ）設(shè)備，上位機(jī)采用研華工控機(jī)及工業(yè)組態(tài)軟件來完成信息的顯示。

該系統(tǒng)的目標(biāo)是通過建立監(jiān)測與管理一體化的井下煤倉位置監(jiān)測信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無人值守的目標(biāo)，通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化控制。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作特點(diǎn)

（1）控制方式。

每個煤倉各配一套超聲波物位計(jì)監(jiān)測裝置，在監(jiān)控室另設(shè)臺監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)，以RS485通訊方式采集各超聲波物位計(jì)的信號進(jìn)行集中控制和管理；并通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式與礦井調(diào)度室進(jìn)行通訊以實(shí)現(xiàn)對井下煤倉位置的監(jiān)控。

（2）監(jiān)控房監(jiān)控管理系統(tǒng)。

在監(jiān)控房設(shè)工業(yè)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過RS485總線與超聲波物位計(jì)通訊，采集各煤倉位置的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、記錄、顯示和報警等，并與礦井綜合自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

（3）系統(tǒng)功能及特點(diǎn)。

采集并顯示各煤倉位置的參數(shù)及設(shè)備的狀況；信息監(jiān)測過程中無需人工參與，自控進(jìn)行調(diào)節(jié)；提供多種報警方式、重要參數(shù)的趨勢曲線，信息顯示狀態(tài)及故障分析；提供多種報表類型；人機(jī)界面內(nèi)容豐富、操作簡單。

2 物位儀工作過程分析

物位儀接通電源設(shè)置好有關(guān)參數(shù)后，即進(jìn)入工作狀態(tài)，測量物位，輸出相應(yīng)的測量信號，同時由物位儀控制箱輸出一路本安電源，提供給物位儀顯示器作為工作電源。

物位儀主要功能是檢測物位儀換能器到料面的距離，由微機(jī)處理器計(jì)算料位等參數(shù)，輸出模擬信號和繼電器觸點(diǎn)高低位信號，同時本機(jī)對測量數(shù)據(jù)即時數(shù)字顯示（底板上有一紅色四位撥動開關(guān)，第一位開關(guān)撥在“ON”位置，顯示物位；撥在“OFF”位置，顯示空倉距離）。輸出信號只能是物位值輸出。

物位儀控制箱透明窗口內(nèi)有4位LED數(shù)碼管，工作時右側(cè)3位顯示料位（左側(cè)第一位供參數(shù)設(shè)置用），數(shù)碼管的左側(cè)有2只LED指示燈，用于工作狀態(tài)指示：上等亮表示測到信號，下燈亮表示檔位的變化。

3 物位儀換能器安裝位置的選擇

物位儀換能器安裝在料倉頂部，需按照以下進(jìn)行：（1）正對被測料面，對準(zhǔn)代表物料變化的測點(diǎn)；（2）避開入料流，一般應(yīng)選擇入料流的側(cè)面；（3）避開固定障礙物，物位儀換能器喇叭口前方不能有工字鋼等固定障礙物；（4）避開粗糙倉壁，一般應(yīng)距倉壁1.5m以上如圖2所示。

4 結(jié)語

淮北礦業(yè)集團(tuán)公司桃園煤礦Ⅱ2三階段煤倉，深度21 m，直徑3 m。于2012年3月安裝KGU5B礦用超聲物位儀，對煤倉進(jìn)行非接觸自動連續(xù)監(jiān)測。礦用超聲物位儀井下煤倉監(jiān)控系統(tǒng)較好反映了煤倉煤位的實(shí)際高度，杜絕了溢倉損壞設(shè)備、帶式輸送機(jī)停滯的事故；減少了操作人員的工作量，改善了工作環(huán)境；提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著；同時將有關(guān)信號與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、輸送帶控制系統(tǒng)對接、實(shí)現(xiàn)煤位數(shù)據(jù)上傳于地面控制中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，為整體調(diào)度提供有效的監(jiān)控、管理手段，提高了礦井安全指揮和有效生產(chǎn)能力，在我國煤礦中具有良好的推廣前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫繼平，吳冰.概率哈夫變換在井下煤倉煤位檢測中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報，29（6）：748-751.

[2] 吳冰，戴喜梅.井下煤倉煤位的檢測特點(diǎn)及其圖像檢測系統(tǒng)[J].中國煤炭2006，32（1）：46-47.

[3] 王素珍，徐險峰.火電廠煤倉煤位檢測系統(tǒng)[J]：遼寧工學(xué)院學(xué)報，16（4）.

[4] 李長青.MK WJ型地面煤倉煤位監(jiān)測儀的研制[J].河南電子技術(shù)，1992（1）：1-4.

[5] 李月景.圖像識別技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京，機(jī)械業(yè)出版社，1985.

[6] Marr D.視覺的計(jì)算理論[M].北京，科學(xué)出版社，1985.