劉克松

(山西汾西工程建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300)

變頻控制技術(shù)具有節(jié)能、平穩(wěn)調(diào)速、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，在煤礦井下采煤機、局部通風(fēng)機、運輸設(shè)備以及排水設(shè)備等應(yīng)用逐漸增加，在一定程度上提升了機電設(shè)備綜合運行效率以及可靠性[1-2]。隨著礦井采掘范圍增大，帶式輸送機鋪設(shè)距離以及運輸量等均明顯增加，井下煤炭多采用帶式輸送機串聯(lián)、逆煤流啟動方式運輸[3-4]。受控制系統(tǒng)、設(shè)備功能以及現(xiàn)場管理技術(shù)等制約，帶式輸送機需要安排專人值守控制，并不同程度存在能耗高、運行效率低等問題[5-7]。為此，文中提出一種多級串聯(lián)帶式輸送機協(xié)同控制技術(shù)，通過煤流量監(jiān)測裝置、速度傳感器監(jiān)測帶式輸送機運行參數(shù)，并使用PLC、變頻器、分級控制臺及主控制臺等控制帶式輸送機，實現(xiàn)帶式輸送機協(xié)控制、高效節(jié)能運行。

1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

山西某礦設(shè)計產(chǎn)能360萬t/a，現(xiàn)階段主要開采3號煤層，煤層賦存穩(wěn)定，其中3503綜采工作面生產(chǎn)的3號煤層厚度均值3.6 m，原煤通過采面刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機，采面運輸巷帶式輸送機、采區(qū)帶式輸送機、集中運輸巷帶式輸送機以及主斜井帶式輸送機等搭接串聯(lián)運輸，將原煤有采面運輸至地面選煤廠。具體提出的帶式輸送機協(xié)調(diào)系統(tǒng)框架如圖1所示，系統(tǒng)將主控制臺、分級控制臺、PLC、以及變頻器、電機等相結(jié)合，不僅可實現(xiàn)帶式輸送機運行參數(shù)監(jiān)測以及運行安全保護，而且可實現(xiàn)多級帶式輸送機協(xié)調(diào)運行控制，實現(xiàn)帶式輸送機順煤流啟動、運行速度自動調(diào)整等。

圖1 協(xié)調(diào)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中主控制臺用以監(jiān)測各級串聯(lián)帶式輸送機運行參數(shù)，分級控制臺用以監(jiān)測各臺帶式輸送機煤流量運載情況并將相關(guān)監(jiān)測參數(shù)傳輸給主控制臺，PLC用以獲取各安全保護傳感器、速度傳感器監(jiān)測參數(shù)，并接收分級控制臺指令，通過調(diào)整變頻器輸出電流頻率對帶式輸送機運行參數(shù)調(diào)整。

1.2 煤流量以及運行速度監(jiān)測

現(xiàn)階段礦井常用煤流量監(jiān)測設(shè)備包括有電子稱、激光掃描儀等，均不同程度存在精度偏低、安裝不便等問題。為此，文中提出采用超聲波傳感器對煤流量進行監(jiān)測。超聲波傳感器通過分析輸送帶上煤炭反射的脈沖波信號實現(xiàn)煤流斷面監(jiān)測；速度監(jiān)測采用性能穩(wěn)定且可能性強的霍爾傳感器。通過超聲波傳感器對輸送帶上煤流斷面、輸送帶運行速度即可得到帶式輸送機單位時間煤流量輸送量。煤流量以及輸送帶運行速度均通過LED面板顯示。

根據(jù)現(xiàn)場超聲波傳感器、霍爾傳感器監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)超聲波傳感器檢測距離為5 m時煤流量監(jiān)測精度較高。為從，以5 m為標(biāo)準(zhǔn)將帶式輸送機劃分為若干段，并將每段煤流量信息自動發(fā)送給分級控制臺處理分析。

2 協(xié)調(diào)控制策略

多級串聯(lián)帶式輸送機協(xié)同控制策略包括有順煤流啟動控制以及帶式輸送機智能調(diào)速控制兩個部分。

2.1 順煤流控制

采用順煤流啟動方式可有效避免傳統(tǒng)逆煤流啟動存在的部分帶式輸送機空轉(zhuǎn)、能耗高等問題。順煤流啟動關(guān)鍵是確定好下一級帶式輸送機合理啟動時間，具體帶式輸送機順煤流啟動控制策略為：帶式輸送機運行速度統(tǒng)一設(shè)定為V，將n-1級帶式輸送機上煤流距離n級(下一級帶式輸送機)距離為Ln-1時，n級帶式輸送機就應(yīng)啟動運行；具體Ln-1距離可通過公式計算：Ln-1=TnV+S安，其中Tn為n級帶式輸送機啟動耗時，S安為安全保護距離、取值10 m。

通過采取上述控制策略，即可避免帶式輸送機啟動不及時引起的堆煤問題。

2.2 智能調(diào)速控制

智能調(diào)速采用PID模糊控制，以便實現(xiàn)節(jié)能、高效運行。具體帶式輸送機智能調(diào)速控制策略如圖2所示，智能調(diào)速依據(jù)模糊控制算法實現(xiàn)。調(diào)速系統(tǒng)核心為模糊PID控制器，為避免帶式輸送機頻繁調(diào)速，具體采用階梯調(diào)速方式，將輸送機煤流劃分為若干區(qū)段，每個區(qū)段均對應(yīng)一運速，煤流量大則運行速度快，反之則運輸速度低，在滿足井下原煤運輸需求同時降低帶式輸送機能耗。

圖2 智能調(diào)速控制策略

3 現(xiàn)場應(yīng)用分析

將礦井3503綜采工作面原煤運輸系統(tǒng)采用4臺帶式輸送機串聯(lián)搭接運輸，運輸系統(tǒng)功率達到6×1 250 kW，每天額定運行20 h。對原煤運輸系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制改造并按表1所示對帶式輸送機運行智能調(diào)速控制。

現(xiàn)場應(yīng)用后，帶式輸送機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可平穩(wěn)運行，期間未出現(xiàn)任何故障，同時帶式輸送機在運輸過程中未出現(xiàn)堆煤問題，可滿足井下煤炭運行需求；帶式輸送機運輸系統(tǒng)順煤流啟動較逆煤流啟動耗時減少20 min以上；帶式輸送機可依據(jù)煤流量進行智能調(diào)節(jié)，具體3503綜采工作面運輸巷帶式輸送機運行速度監(jiān)測結(jié)果如圖3所示，帶式輸送機載荷中等，從而運行速度整體處于中高速運行階段，運行能耗較低。總體來說，井下帶式輸送機通過采用協(xié)同控制系統(tǒng)后，運行能耗降幅達到15%，取得較好應(yīng)用成果。

表1 煤流量與運行速度間匹配關(guān)系

圖3 運輸巷帶式輸送機運行速度監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié) 語

1) 礦井井下原煤運輸多采用帶式輸送機串聯(lián)搭接方式，并通過逆煤流啟動滿足原煤運輸需要。此種控制方式雖然可滿足原煤運輸需要，但是不同程度存在能耗高、智能化程度低等問題，同時隨著礦井運輸系統(tǒng)布置長度增加，能耗高問題更為突出。為此，文中提出一種多級串聯(lián)帶式輸送機協(xié)同控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過霍爾傳感器、超聲波傳感器對帶式輸送機運行參數(shù)進行監(jiān)測，并通過主控制臺、分控制臺、PLC及變頻器等組合實現(xiàn)帶式輸送機順煤流啟動及運行速度智能控制。

2) 依據(jù)礦井3503綜采工作面原煤運輸系統(tǒng)實際情況，對協(xié)同控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成以及協(xié)同控制策略等進行設(shè)計，并進行工業(yè)應(yīng)用。現(xiàn)場應(yīng)用后，該協(xié)同控制系統(tǒng)運行可靠，不僅可實現(xiàn)多級串聯(lián)帶式輸送機順煤流啟動而且可顯著降低設(shè)備運行能耗；現(xiàn)場應(yīng)用過程中未出現(xiàn)順煤流啟動常遇到的堆煤問題，取得較好的應(yīng)用成果。