劉翹楚

摘 ? 要：目前，絕大多數(shù)煤礦主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)都是按照逆煤流的方向啟停的，這樣使得輸送系統(tǒng)空載損耗較大，缺乏煤量檢測(cè)裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)無法根據(jù)煤量多少對(duì)皮帶速度進(jìn)行調(diào)整，造成了較大的能耗，而且故障急停時(shí)不能自啟動(dòng)。針對(duì)煤礦主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計(jì)了智能控制系統(tǒng)。本文通過采用帶實(shí)輸送機(jī)順煤流起動(dòng)方式，結(jié)合煤量傳感器，根據(jù)主煤流運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況實(shí)時(shí)對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)了一套帶式輸送機(jī)智能調(diào)速控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)際煤流量的系統(tǒng)級(jí)調(diào)節(jié)能力，最大程度地降低了整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的空載和輕載運(yùn)行率，節(jié)能環(huán)保，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī) ?順煤流起動(dòng) ?煤量傳感器 ?智能調(diào)速控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（b）-0089-02

1 ?基于煤流量的動(dòng)態(tài)智能調(diào)速

帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸原煤時(shí)輸送帶承載的煤量可能會(huì)有很大的波動(dòng)，但是原始的運(yùn)輸過程中電動(dòng)機(jī)常常只能在50Hz頻率下運(yùn)行，不能根據(jù)輸送帶上煤量的實(shí)際情況做出適應(yīng)的調(diào)整，運(yùn)行效率非常低，不僅會(huì)造成能源的極大浪費(fèi)還會(huì)加速運(yùn)輸裝置的磨損，大大影響了帶式輸送機(jī)的使用壽命。

建立帶式輸送機(jī)調(diào)速模型，能夠根據(jù)鏈上或帶上煤流量對(duì)鏈速和帶速進(jìn)行智能調(diào)速，通過煤量傳感器可以實(shí)時(shí)對(duì)煤流的軌跡進(jìn)行檢測(cè)，例如：原煤在什么時(shí)間將進(jìn)入本輸送帶，在什么時(shí)間將會(huì)流出輸送帶，在煤流即將到達(dá)機(jī)頭時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)開啟下一條輸送帶，做到順煤流起車。當(dāng)煤流檢測(cè)器檢測(cè)到煤流間斷時(shí)間超過設(shè)定值時(shí)，待自身輸送帶上的煤流運(yùn)光后停止運(yùn)轉(zhuǎn)使其處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)接到上游帶式輸送機(jī)輸送帶上的煤流將要抵達(dá)帶式輸送機(jī)機(jī)頭的指令時(shí)，主動(dòng)開啟自身輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，減少帶式輸送機(jī)的空轉(zhuǎn)時(shí)間，降低運(yùn)行的能量消耗，節(jié)能減排，并減少設(shè)備磨損，增加設(shè)備的使用壽命，直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

本設(shè)計(jì)中采用防爆煤量檢測(cè)儀對(duì)帶式輸送機(jī)上的煤量進(jìn)行檢測(cè)，其外形如圖1所示。內(nèi)置高性能激光掃描雷達(dá)，放置在刮板機(jī)機(jī)頭上方，可以對(duì)溜上煤流進(jìn)行非接觸測(cè)量，實(shí)時(shí)檢測(cè)煤流斷面高度，以此測(cè)算煤流量，作為調(diào)節(jié)帶速的依據(jù)之一。

圖2所示為防爆煤量檢測(cè)儀掃描示意圖，其工作原理為：在防爆煤量檢測(cè)儀的掃描區(qū)域α角內(nèi)，檢測(cè)儀可以輸出不同斷面上各測(cè)量點(diǎn)的距離hi，計(jì)算得到面積微元ΔSi，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的距離和面積微元計(jì)算出煤層斷面的面積S，并獲得外形和定位信息，再根據(jù)刮板機(jī)的運(yùn)行速率便可以計(jì)算出煤流的體積，從而得出刮板機(jī)實(shí)時(shí)的煤流量。煤量傳感器掃描鏈上或帶上煤流，測(cè)得煤流斷面平均高度為，皮帶帶寬為B，帶速為v，則煤流斷面面積為：A=BHa;從而得到此時(shí)的煤流量為：。

由于帶寬為定值，為使帶上煤量接近恒定，減少帶載脈動(dòng)，避免皮帶張弛疲勞，就需保持Ha值恒定，而，其中，B為定值，因此必須要求帶速隨著煤流量變化而相應(yīng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“煤多的時(shí)候輸送帶轉(zhuǎn)速較高、煤少的時(shí)候輸送帶轉(zhuǎn)速降低、沒有煤的時(shí)候帶式輸送機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)”的皮帶機(jī)負(fù)荷優(yōu)化。

但是皮帶是一個(gè)彈性物體，頻繁調(diào)速也會(huì)導(dǎo)致皮帶張馳，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生跳帶現(xiàn)象。故可以綜合局部煤量、電機(jī)負(fù)荷等信息，對(duì)煤流量分段，相應(yīng)設(shè)定若干分級(jí)帶速，以減少調(diào)速頻率。圖3為節(jié)能調(diào)速分級(jí)效果圖，從圖中可見，分級(jí)調(diào)速同樣具有很大的節(jié)能空間。

對(duì)于整個(gè)采運(yùn)系統(tǒng)，主控站采集各分控站的流量信息，通過分析，在保證運(yùn)量的前提下，查找和計(jì)算與實(shí)際原煤輸送相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)實(shí)際工作點(diǎn)（例如前述Ha值），通過系統(tǒng)調(diào)節(jié)，使整個(gè)井下采運(yùn)系統(tǒng)的各個(gè)分系統(tǒng)都運(yùn)行在實(shí)際工作點(diǎn)上，當(dāng)煤流量變小時(shí)，實(shí)時(shí)降低轉(zhuǎn)速檔，讓系統(tǒng)運(yùn)行在低速狀況，從而達(dá)到能耗削減的目的，減少設(shè)備磨損，增加設(shè)備的使用壽命。

2 ?智能控制系統(tǒng)

主煤流運(yùn)輸智能控制系統(tǒng)以PLC控制系統(tǒng)為核心，與上位計(jì)算機(jī)、防爆PLC控制站、帶式輸送機(jī)各種保護(hù)傳感器等共同構(gòu)成分布式PLC智能控制系統(tǒng)。總體結(jié)構(gòu)可以分為三層結(jié)構(gòu)：信息檢測(cè)層、PLC控制層和信息監(jiān)控層。

第一層：信息檢測(cè)層，主要包含以下各傳感器：煤倉(cāng)煤位傳感器、煤流傳感器、膠帶急停傳感器、輸送帶跑偏傳感器、速度傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器、縱撕溫度傳感器、煤量傳感器等參數(shù)及保護(hù)監(jiān)測(cè)。

第二層：設(shè)備控制層，此層主要為各帶式輸送機(jī)PLC控制分站，各控制站都是通過工業(yè)以太網(wǎng)接入操作層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)信息及時(shí)的上傳及控制指令的發(fā)出與執(zhí)行。

第三層：信息監(jiān)控層，主要由組態(tài)監(jiān)控操作工作站、集控平臺(tái)的開發(fā)維護(hù)工作站等構(gòu)成;各膠帶機(jī)控制子系統(tǒng)將采集的各自所控設(shè)備的運(yùn)行工況信息通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行上傳至工作站，由工作站提供工業(yè)數(shù)據(jù)的歷史存儲(chǔ)、查詢、檢索及各類數(shù)據(jù)的調(diào)用。

系統(tǒng)控制以集控室集中操作控制為主，當(dāng)場(chǎng)操作控制為輔（或應(yīng)急）的控制方法。系統(tǒng)留有開放式數(shù)據(jù)接口（OPC Server）與信息平臺(tái)之間數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)管控一體化。

3 ?結(jié)語(yǔ)

本文主要是通過監(jiān)測(cè)記錄裝置將帶式輸送機(jī)的工作狀況和能量消耗情況，擬定了相應(yīng)的優(yōu)化方案，通過煤量傳感器對(duì)輸送帶上煤量的運(yùn)行裝況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)對(duì)根據(jù)煤流的位置對(duì)輸送帶的速度進(jìn)行在線監(jiān)控并調(diào)速，與變頻器的頻率輸出做成閉環(huán)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)煤量的多少主動(dòng)調(diào)節(jié)輸送帶的速度，真正做到順煤流起車，煤多快轉(zhuǎn)，煤少慢轉(zhuǎn)，無煤待轉(zhuǎn)，減少了能源的損耗，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 王浩然，于文，尉濤.帶式輸送機(jī)智能調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電， 2016（3）：73-76.

[2] 陳湘源. 帶式輸送機(jī)智能調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2016，37（11）：21-23.

[3] 閆順禮，宋玉斌，于忠厚.井下主運(yùn)帶式輸送機(jī)智能煤流系統(tǒng)的研究[J]. 煤礦機(jī)械，2017，40（9）：180-183.