超聲物位儀在桃園煤礦煤倉煤位檢測中的應用

邊輝

摘 要：為了準確地了解和控制井下料倉（煤倉、水倉等）的貯料情況，實時、準確地監測煤倉的貯料情況，并有效控制煤炭運輸、煤倉自動裝卸載在高效生產及自動化管理。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行實時的檢測。實際運行結果表明，該系統能適應煤礦井下惡劣環境的實際條件，能 實時對煤倉位置進行監測，從而避免煤位的堆積而影響生產，提高了煤礦安全生產的自動化及安全性。

關鍵詞：煤倉煤位 超聲物位儀 自動檢測 安全生產

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

隨著煤炭工業自動化水平的不斷提高，如何能隨時準確了解和控制井下料倉（煤倉、水倉等）的貯料情況，實時、準確地監測煤倉的貯料情況，并有效控制煤炭運輸、煤倉自動裝卸載在高效生產及自動化管理中顯得越來越重要。井下煤倉是生產中關鍵而又重要的場所，煤倉設備運行的好與壞直接關系到煤礦的安全生產和經濟效益。淮北礦業（集團）有限責任公司桃園煤礦（簡稱桃園礦）井下煤倉在以往的生產過程中經常會出現煤倉口煤位的堆積造成煤倉電氣設備的不能工作，這給生產帶來了很大的不便，因此，桃園礦對現有井下煤倉進行煤倉位置監測，該系統針對井下煤倉的特點，能實現在監控室對煤倉位置進行實時監測，從而避免煤位的堆積而影響生產，提高了煤礦安全生產的自動化及安全性。

1 礦用超聲物位儀技術原理及特點

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生器和接收器。發生器發出的超聲波經空氣層射至料面并被反射后，被接收器接收，由超聲波發射到接收器接收所經歷的時間乘以聲速就可以計算出料位高度。超聲波式能連續測量料位，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，并要求煤倉形狀規則，內表面光滑，但測量盲區較大，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

本機采用超聲脈沖測距法，由物位儀換能器向被測料面連續發射超聲波脈沖，該聲波傳播到料面，產生反射，再由物位儀換能器接收被測料面反射的聲波信號，微處理器計算聲波從發出到反射后接受的時間（設該時間為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）

微處理器根據本機設定的量程、調零等參數，自動計算物位值或百分比物位值，再由百分比物位值（或空倉距離）計算輸出相應的模擬量和限位控制信號。

物位儀有很好的軟件支持，CPU自動控制功率發射和信號接收電路，自動修正工作參數，以達到最佳工作狀態。它識別真實的回波信號，有效地濾除噪聲和干擾信號，進行目標識別和數值計算等數據處理，達到理想的測量效果。

根據桃園礦井下煤倉位置監測系統的實際要求，結合以往工程經驗及生產控制系統、調度監控系統的發展前景，我們設計系統采用了由上位工控機和下位超聲波物位計組成的二級分布式計算機的監測管理系統，對井下煤倉位置的過程進行檢測、顯示、控制、報警和管理。超聲波料位計系統完成對井下煤倉位置的煤位監測、顯示，以及把煤倉位置信息傳送給上位工控機。上位工控機完成運行信息的存儲、顯示、傳送等。現場超聲波物位計采用具有本安防爆合格證的（dibⅠ）設備，上位機采用研華工控機及工業組態軟件來完成信息的顯示。

該系統的目標是通過建立監測與管理一體化的井下煤倉位置監測信息管理系統網絡，實現無人值守的目標，通過該系統實現自動化控制。其網絡結構如圖1所示。

1.2 工作特點

（1）控制方式。

每個煤倉各配一套超聲波物位計監測裝置，在監控室另設臺監控管理計算機，以RS485通訊方式采集各超聲波物位計的信號進行集中控制和管理；并通過工業以太網通訊方式與礦井調度室進行通訊以實現對井下煤倉位置的監控。

（2）監控房監控管理系統。

在監控房設工業監控管理計算機系統，通過RS485總線與超聲波物位計通訊，采集各煤倉位置的參數和運行狀態，進行相應的數據處理、記錄、顯示和報警等，并與礦井綜合自動化系統聯網。

（3）系統功能及特點。

采集并顯示各煤倉位置的參數及設備的狀況；信息監測過程中無需人工參與，自控進行調節；提供多種報警方式、重要參數的趨勢曲線，信息顯示狀態及故障分析；提供多種報表類型；人機界面內容豐富、操作簡單。

2 物位儀工作過程分析

物位儀接通電源設置好有關參數后，即進入工作狀態，測量物位，輸出相應的測量信號，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，由微機處理器計算料位等參數，輸出模擬信號和繼電器觸點高低位信號，同時本機對測量數據即時數字顯示（底板上有一紅色四位撥動開關，第一位開關撥在“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有4位LED數碼管，工作時右側3位顯示料位（左側第一位供參數設置用），數碼管的左側有2只LED指示燈，用于工作狀態指示：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，需按照以下進行：（1）正對被測料面，對準代表物料變化的測點；（2）避開入料流，一般應選擇入料流的側面；（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，一般應距倉壁1.5m以上如圖2所示。

4 結語

淮北礦業集團公司桃園煤礦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，對煤倉進行非接觸自動連續監測。礦用超聲物位儀井下煤倉監控系統較好反映了煤倉煤位的實際高度，杜絕了溢倉損壞設備、帶式輸送機停滯的事故；減少了操作人員的工作量，改善了工作環境；提高了設備的運轉率，經濟和社會效益顯著；同時將有關信號與監測監控系統、輸送帶控制系統對接、實現煤位數據上傳于地面控制中心站進行數據顯示，為整體調度提供有效的監控、管理手段，提高了礦井安全指揮和有效生產能力，在我國煤礦中具有良好的推廣前景。

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