劉玉亮

（河南能源化工集團永煤公司新橋煤礦，河南 商丘 476600）

盡管在當(dāng)前的發(fā)展過程中，我國社會對于煤炭的需求量越來越大，但是伴隨著綠色環(huán)保低碳理念的深入人心，煤炭需求在未來的發(fā)展過程中必定會逐漸轉(zhuǎn)型。而在這一時期我們需要做好的就是在力求實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)與利用節(jié)能環(huán)保的同時，提升煤礦生產(chǎn)運輸?shù)淖詣踊?。以煤礦井下運輸為例，在當(dāng)前的皮帶運輸過程中，應(yīng)用自動化控制技術(shù)主要有三種系統(tǒng)控制方式，分別為PID 控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)與智能控制技術(shù)，而在皮帶運輸過程中，自動化控制技術(shù)將主要應(yīng)用在保護運輸過程、控制運輸過程以及皮帶的自動化控制改造當(dāng)中。

1 煤礦皮帶運輸自動化控制探析

從煤礦自動化控制技術(shù)來看，主要是以PLC 為基礎(chǔ)，可分為井下皮帶運輸站與地面控制中心這兩大部分。首先，地面控制中心主要負(fù)責(zé)針對整個系統(tǒng)的控制與操作，控制方式有手動與自動兩種。其中自動控制就是借助于操作臺將控制信號傳輸?shù)娇刂破鳟?dāng)中，而后由控制器將對應(yīng)指令發(fā)出，再借助于皮帶運輸機進行具體操作，比如運行操作與開關(guān)機操作等。同時這種方式還可以針對煤礦井下裝置發(fā)生的各種變化情況進行監(jiān)控，比如常見的瓦斯?jié)舛取⑷嚯娏鞯鹊?，另外，還可以將不同設(shè)備在運行過程中所產(chǎn)生的各類資料信息及時輸送到控制中心，從而更精準(zhǔn)且快速地找出故障，確保煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全性。

2 煤礦井下皮帶運輸自動化控制的重要性分析

現(xiàn)如今，我國的煤炭行業(yè)已經(jīng)進入了一個發(fā)展的瓶頸期，煤炭生產(chǎn)企業(yè)正面臨著越來越大的生產(chǎn)壓力。因此，為保持傳統(tǒng)煤炭行業(yè)的活力，必須加大先進自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，從而對現(xiàn)有生產(chǎn)方式進行不斷優(yōu)化改造，以求從根本上提升生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，降低企業(yè)運營成本，為企業(yè)謀求更多經(jīng)濟與社會效益。在煤礦生產(chǎn)過程中，皮帶運輸裝置往往是不可或缺的一種設(shè)備。目前，有部分年限較為久遠的皮帶運輸裝置在運行過程中存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題，比如功率不穩(wěn)、效率低下、電流過大等，嚴(yán)重影響著煤礦運輸工作質(zhì)量。對此，在其中加大自動化控制技術(shù)的應(yīng)用力度，能夠從根本上解決這些問題，為傳統(tǒng)煤炭行業(yè)注入新鮮的血液與活力[1]。

3 皮帶機性能研究現(xiàn)狀分析

當(dāng)前的皮帶機性能正在不斷優(yōu)化，主要體現(xiàn)出了以下幾個特征：（1）自動化程度不斷提升。目前在皮帶運輸過程中能夠針對各種參數(shù)信息開展實時監(jiān)控工作，根據(jù)自動控制裝置與大功率的軟啟動裝置，針對皮帶運輸過程中的不同參數(shù)信息開展實時動態(tài)化監(jiān)測與遠程控制，能夠有效減少啟動時因電流過大所產(chǎn)生的不必要電網(wǎng)沖擊影響，從而降低斷帶、撕裂等問題的發(fā)生概率；（2）設(shè)備趨向于大型化。目前皮帶運輸機設(shè)備當(dāng)中的主要技術(shù)指標(biāo)都正在向著大型化方向轉(zhuǎn)變，發(fā)展至今已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)年平均煤炭生產(chǎn)量千萬噸以上的大量運輸需求；（3）驅(qū)動技術(shù)不斷完善。目前可以通過先進控制理論來完善驅(qū)動模式，控制功能也越來越多樣化，因此能夠確保皮帶機運輸過程中的穩(wěn)定性；（4）設(shè)備技術(shù)不斷完善。在全新的皮帶機設(shè)備當(dāng)中，大多配置有各種先進裝置，包括變頻裝置、自動清理裝置、保護裝置等等，工作效率與質(zhì)量得到了顯著提升[2]。

圖1 PLC 在配煤控制系統(tǒng)中的典型應(yīng)用

4 皮帶機系統(tǒng)控制方式

4.1 PID 控制技術(shù)

自二十世紀(jì)三十年代以來，PID 控制就依靠于自身簡單的工作原理、方便的應(yīng)用特性以及適應(yīng)性較強的應(yīng)用能力，在工業(yè)控制領(lǐng)域當(dāng)中受到了廣泛運用。在當(dāng)前的許多礦井當(dāng)中，依舊存在這種技術(shù)的運用，但是PID 控制設(shè)備需要結(jié)合預(yù)先規(guī)劃好的具體控制參數(shù)針對被控制系統(tǒng)開展有效控制工作，在工作過程中經(jīng)常會受到種種因素的影響，包括系統(tǒng)非線性以及耦合性等等，所以針對一些較為復(fù)雜的井下工況來說，運用PID 控制技術(shù)時經(jīng)常會出現(xiàn)皮帶機負(fù)載變化不穩(wěn)定等情況，因此起不到良好的控制效果[3]。

4.2 模糊控制技術(shù)

井下煤炭運輸系統(tǒng)作為一種十分復(fù)雜的系統(tǒng)，其主要組成為非線性結(jié)構(gòu)，因此往往不易建立起精確的數(shù)學(xué)模型。因為具有較多的系統(tǒng)干擾，再加上控制變量具有隨機性特點，所以導(dǎo)致皮帶機控制工作具有一定的不確定性，也就是模糊性。基于這種問題，上述PID 控制技術(shù)便無法更好地滿足實際需求，因此可以采取模糊控制技術(shù)，只需要建立一個模糊的數(shù)學(xué)模型就可以解決這些問題。模糊控制技術(shù)主要具有以下優(yōu)勢：（1）需要建立更為精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，適用于各類復(fù)雜系統(tǒng)當(dāng)中；（2）具有較強的魯棒性，更加適用在對時變、非線性以及滯后等系統(tǒng)的控制當(dāng)中；（3）以專家經(jīng)驗與知識為基礎(chǔ)，還可以借助于學(xué)習(xí)進行不斷更新，具有極強的智能性與自主學(xué)習(xí)性優(yōu)勢[4]。

4.3 智能控制技術(shù)

目前，伴隨著科技水平的提升，計算機在運算能力、存儲能力以及處理能力等方面得到了全面提升，從而大大推動了我們在智能控制領(lǐng)域當(dāng)中的研究與發(fā)展。部分智能算法主要包括遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及蟻群算法等，并且集中表現(xiàn)在對人類的基因、大腦和各種生物生活的自然規(guī)律進行模擬，從而起到對受控制對象進行調(diào)整的目的。從功能、微觀結(jié)構(gòu)這兩方面來看，主要是針對自然生物與人腦等具象物體進行了抽象與簡化，這也是在自動化控制當(dāng)中的未來主要發(fā)展方向。

5 皮帶輸送機的具體優(yōu)化策略

5.1 皮帶機軟啟動

皮帶輸送機啟動時往往會出現(xiàn)較大電流，具體數(shù)值往往能夠達到額定電流數(shù)值的6倍左右，進而對電網(wǎng)、設(shè)備造成不良損害，嚴(yán)重時還可能發(fā)生燒毀電機的現(xiàn)象，對企業(yè)生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。另外，在皮帶機啟動過程中，張力還會隨之增大，對皮帶產(chǎn)生較大沖擊，這將直接對皮帶壽命造成不良影響。而在啟動時如果沒有足夠大的驅(qū)動摩擦，就有可能導(dǎo)致皮帶打滑情況的發(fā)生。基于這些問題，就可以采取軟啟動的方式，有效控制皮帶機轉(zhuǎn)速與力矩，同時在針對一些傾角較大的情況時，也可以借助于軟啟動的方式，能夠有效避免物料下滑的情況發(fā)生，從而防止對皮帶機造成一定的傷害[5]。

5.2 變頻調(diào)速優(yōu)化

通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前皮帶機在運行模式上還有待完善，特別是需要針對現(xiàn)有運輸系統(tǒng)進行完善，從而提升運輸效率。為科學(xué)地調(diào)控皮帶機，可以借助于對電機數(shù)目進行增加或者對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整的方式實現(xiàn)，且主要以調(diào)速控制為主。具體的電機調(diào)速主要可分為以下幾種方式：轉(zhuǎn)子串電阻、變極以及變頻調(diào)速等等，其中變頻調(diào)速的優(yōu)勢將會更加明顯。這種調(diào)速方式是通過使電機頻率更高，而后起到調(diào)節(jié)電機速度的效果。借助于變頻調(diào)速的合理運用，既能夠有效改善啟動沖擊問題，達到軟啟動的目的，同時也能夠有效解決多臺電機功率不穩(wěn)定的問題，有效增加整體收益[6]。

6 煤礦自動化控制技術(shù)在皮帶運輸中的應(yīng)用

6.1 保護運輸過程

自動化控制技術(shù)的合理運用能夠有效地對皮帶運輸裝置起到保護作用。通常，在皮帶運輸距離較長時，由于井下環(huán)境的影響，有可能出現(xiàn)嚴(yán)重故障。針對自動控制系統(tǒng)來說，包括保護開關(guān)和傳感器，需要保護開關(guān)動作，對閉鎖與跑偏進行識別，而后將這些信息反饋到控制中心，從而以故障信息為基礎(chǔ)進行有效處理。另外，在皮帶運輸過程中，最常見的一種問題就是溫度問題，由于運輸設(shè)備長時間運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的熱量也會讓電機溫度越來越高，當(dāng)溫度過高時，就會影響到傳輸系統(tǒng)的正常工作。而借助于自動化控制技術(shù)，則能夠在運輸過程中針對溫度進行實時監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度異常時，可以及時上傳到控制中心，并由控制中心作出反應(yīng)，避免溫度問題的發(fā)生。

6.2 控制運輸過程

在皮帶運輸過程中，自動化控制技術(shù)的合理運用主要包括手動控制與自動控制兩種。一旦皮帶運輸裝置能夠始終保持穩(wěn)定，此時只需要工作人員啟動電控開關(guān)，受自動化控制技術(shù)的推動，系統(tǒng)就能夠按照預(yù)先設(shè)定的程序控制皮帶運輸裝置，從而實現(xiàn)自動控制。當(dāng)皮帶運輸裝置發(fā)生故障時，傳感器會及時將故障信息輸送到系統(tǒng)內(nèi)部，在控制器分析完成之后，能夠及時發(fā)送反饋指令，停止設(shè)備運轉(zhuǎn)，此時故障信息也會輸送到控制中心當(dāng)中。在故障完全排除之后，控制器會將運轉(zhuǎn)指令重新發(fā)送到設(shè)備當(dāng)中，避免設(shè)備“帶病運作”，確保生產(chǎn)過程的安全性與穩(wěn)定性[7]。

6.3 皮帶自動化控制改造狀況

一方面，我們需要基于現(xiàn)有設(shè)備開展自動化控制改造，合理地運用原有平臺資源，并在改造過程中結(jié)合具體的工作環(huán)境，致力于與工作實際相符合。具體來說，可以在煤礦生產(chǎn)過程中，在生產(chǎn)調(diào)度室當(dāng)中設(shè)置集控中心，從而更有利于監(jiān)控皮帶運輸裝置，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化的統(tǒng)計與分析。另一方面，可以在煤礦作業(yè)區(qū)域設(shè)置超聲波煤位儀，保障可以在超出預(yù)警數(shù)值的情況下，實現(xiàn)及時的自動化報警，從而有效避免煤礦塌方等嚴(yán)重事故的發(fā)生，確保作業(yè)區(qū)域內(nèi)工作人員的人身安全[8]。

7 結(jié)語

綜上所述，在煤礦皮帶運輸作業(yè)當(dāng)中，自動化控制技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提升工作效率與質(zhì)量，因此不論是現(xiàn)在還是未來，自動化控制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域都將發(fā)揮至關(guān)重要的作用，這需要相關(guān)工作人員加強對這種技術(shù)的認(rèn)識，進一步提升這種技術(shù)的應(yīng)用效果。