邊耀偉

【摘 要】 為了提高煤礦井下帶式輸送機運行效率低下、控制分散、啟動效率不高及能耗大等問題，文章提出一種多級帶式輸送機集中控制系統(tǒng)并進行現(xiàn)場應用。結果表明：1）控制系統(tǒng)通過將主控制與分級控制相結合，可實現(xiàn)帶式輸送機集中以及分級控制;2）通過監(jiān)測輸送機帶煤流位置、運輸速度，并按照預先設定的控制方式可實現(xiàn)帶式輸送機順煤流啟動，從而顯著提升輸送機啟動效率;3）通過模糊PID控制系統(tǒng)實現(xiàn)帶式輸送機階梯調速，不僅可滿足煤炭運行需要，而且可降低帶式輸送機能耗、避免頻繁調速問題。研究成果可為其他礦井帶式輸送機集中控制系統(tǒng)設計及應用提供一定借鑒。

【關鍵詞】 煤炭運輸;帶式輸送機;集中控制;煤量檢測;階梯調速

【中圖分類號】 TP273 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）02-0017-03

現(xiàn)階段礦井帶式輸送機管理相對較為粗放，按照傳統(tǒng)逆煤流方向依次啟動帶式輸送機，啟動時需要皮帶司機值守，不符合煤礦智能化改造的趨勢;井下帶式輸送機現(xiàn)階段基本完成變頻控制改造，但是帶式輸送機運行多為恒速方式，變頻器僅發(fā)揮軟啟動功能，未能真正起到節(jié)能降耗作用。傳統(tǒng)的帶式輸送機運行控制存在啟動效率低、能耗高等問題，為此，文中提出一種井下多級帶式輸送機集中控制系統(tǒng)，以期能提高礦井多級串聯(lián)帶式輸送機運行效率。

1集中控制系統(tǒng)架構

多級帶式輸送機集中控制系統(tǒng)采用主控制、分級控制相結合方式，具體架構見圖1。集中控制系統(tǒng)主要組成部分有邏輯控制、變頻控制（速度控制）以及傳感器監(jiān)測等。

邏輯控制部分采用串口總線連接，結構細分為主控制臺、PLC控制系統(tǒng)以及分級控制臺。主控制臺用以監(jiān)測并管控各級帶式輸送機運行情況;PLC控制系統(tǒng)是調整帶式輸送機運行的核心，通過PLC控制系統(tǒng)對各臺帶式輸送機運行數(shù)據(jù)進行采集分析，并將結果傳輸給對應的分級控制臺;分級控制臺主要用以調整單臺帶式輸送機運行速度。

變頻控制部分是依據(jù)PLC控制器指令，利用變頻器調整驅動電機運行速度，進而實現(xiàn)帶式輸送機按照預先設定速度運行。

2輸送機煤流量監(jiān)測

現(xiàn)階段輸送帶煤流量監(jiān)測方法包括有電子皮帶秤、激光掃描儀等，其中電子皮帶秤需要在輸送帶上布置多組稱重傳感器，安裝繁瑣且監(jiān)測精度較低;激光掃描儀雖然安裝方便，但是也存在受外界影響顯著、測量結果不穩(wěn)定等問題。為此實現(xiàn)輸送帶煤流量的高精度監(jiān)測，文中提出采用基于超聲波的煤量檢測裝置對煤流量進行監(jiān)測。

超聲波傳感器煤量監(jiān)測流程為：

通過超聲波波傳感器獲取到輸送帶上堆煤橫截面面積;

通過霍爾傳感器測定驅動滾筒轉動速度，從而確定輸送帶運行速度;

將超聲波傳感器波獲取到的堆煤橫截面積、霍爾傳感器獲取到的輸送帶運輸速度信號傳輸給信息處理面板即可獲取到單位時間內(nèi)輸送帶運輸煤量。

現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，L距離超過5m時獲取到的煤量檢測結果較為精準。為此，將輸送帶按照5m長度劃分成若干段，將每段煤流量信息存儲到分級控制臺中，從而可較為精準地掌握帶式輸送機上煤量的整體分布情況。

3輸送機控制策略

具體井下布置的帶式輸送機多級串聯(lián)結構見圖1所示。

3.1輸送機啟動控制

文中提出采用輸送機順煤流啟動控制策略。具體啟動控制流程為：

如圖1所示，將i-1級輸送機上C-D點距離LCD確定為帶式輸送機安全停止距離;B-D點距離LBD定義為安全啟動距離，則LCD、LBD可通過下述公式計算：

其中：Vi-1為i-1級輸送機運行速度，m/s;Ts為輸送機正常停止運行耗時，s;Tk為輸送機正常啟動耗時，s。

第i級輸送機啟動運行條件為：輸送機在LBD距離內(nèi)無物料，則先啟動i-1級帶式輸送機，當物料達到B點位置后啟動i級帶式輸送機。

當i-1級帶式輸送機物料運行至C點位置時，i級帶式輸送機仍未正常啟動，則對各級帶式輸送機緊急制動，停止運行，確保物料不會在輸送機上堆積。

3.2輸送機運行控制

模糊PID控制系統(tǒng)采用控制算法調整帶式輸送機變頻器輸出頻率，通過控制電動機轉速來調整輸送機運行速度。模糊控制系統(tǒng)依據(jù)輸送帶運輸煤量智能調整運行速度，從而實現(xiàn)煤流量與運行速度匹配，使得帶式輸送機在理想狀態(tài)下運行。

系統(tǒng)核心部件為模糊PID控制器，為了避免帶式輸送機頻繁調整給煤炭運輸帶來影響同時增加電動機故障率，模糊PID控制器采用階梯調速方式，即為將運輸煤量劃分成若干區(qū)間，每個區(qū)間對應一運行速度，輸送機在對應煤量區(qū)間內(nèi)保持某一速度運行。

4現(xiàn)場應用分析

山西某礦為設計生產(chǎn)能力300萬t/a的大型現(xiàn)代化礦井，現(xiàn)階段煤炭回采集中在6采區(qū)，煤炭運輸路線為：6501運輸順槽→6采區(qū)運輸巷→采區(qū)運輸石門→集中運輸巷→煤倉。井下布置有4臺帶式輸送機串聯(lián)運行，運輸總長度為3350m。運輸系統(tǒng)布置的帶式輸送機型號均為DTL-1200，配套的電機功率均為3×400kW。

4.1啟動過程分析

將文中所提帶式輸送機集中控制系統(tǒng)應用到該礦6501綜采工作面煤炭運輸中，現(xiàn)場應用后，帶式輸送機可實現(xiàn)一鍵順煤流啟動，較以往采取的多級逆煤流啟動方式相比，順煤流啟動可顯著提升帶式輸送機啟動效率并降低設備空轉時間，運輸系統(tǒng)啟動耗時縮短20min。

4.2運行過程分析

根據(jù)DTL-1200帶式輸送機工作情況，輸送機運行按照表1所示關系控制。

具體現(xiàn)場監(jiān)測到6501運輸順槽內(nèi)帶式輸送機流量及運行速度匹配情況見圖2。

從圖中看出：6501運輸順槽內(nèi)帶式輸送機運行速度可根據(jù)煤流量進行調整，同時由于采用階梯調速方式，當煤流量變化較小時帶式輸送機運行速度保持不變;在現(xiàn)場監(jiān)測期間（2h），帶式輸送機煤炭最大運輸量為額定運輸量的80%，輸送機按照3.5m/s運行速度時間為90min，按照3.0m/s（低速）以及4.0m/s（高速）運行時間均為15min，表明采取的運行控制方式不僅可滿足輸送機煤炭運輸需要而且可降低輸送機能耗，避免頻繁調速。

未采用集中控制系統(tǒng)前6501采面煤炭運輸系統(tǒng)能耗約為2.3×107kW·h/a，采取集中控制系統(tǒng)后能耗降低至約1.6×107kW·h/a，降低量達到7×106kW·h/a，年可節(jié)省電費約350萬元。

5結束語

文章提出了一種帶式輸送機集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將主控制以及分級控制相結合，實現(xiàn)帶式輸送機順煤流方向啟動;通過監(jiān)測運載煤流量調整輸送機運行速度，實現(xiàn)運輸量與運行速度間匹配，從而實現(xiàn)多級帶式輸送機高效運行目的。

在6501工作面現(xiàn)場應用后，控制系統(tǒng)運行平穩(wěn)，不僅提高了帶式輸送機運行效率而且降低了能耗，預計年可降低電費投入約350萬元，取得較為顯著的應用成果。

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