煤倉料位監測系統設計

【摘要】文章分析了傳統的煤倉料位監測方案，針對當前煤礦原煤倉測量不準，未與自動化聯動等問題，設計了基于雷達料位計的煤倉監測系統。該系統以雷達料位計為核心設備，能接入自動化生產系統。結果表明，該系統與傳統監測方法相比，具有監測精度高，環境適應性好等特點，有效提高了煤礦自動化生產水平。

【關鍵詞】煤倉;煤位;監測;雷達物位計

1.引言

輸煤過程中的原煤倉作為生產運行的中間環節，起著均衡輸煤和儲煤的作用，煤倉中煤位過低或過高，都會使煤倉這一環節發生故障，從而關系到煤礦生產能否高效有序進行。隨著我國煤炭工業自動化水平的不斷提高，如何實時、準確地監測煤倉的貯料情況，并和井下相關運輸皮帶、給煤機進行聯動監控，在安全高效生產和自動化管理中顯得越來越重要。因此煤倉煤位監測系統作為自動監測和控制煤倉貯料情況的裝置在煤礦安全生產中起非常重要的作用。

2.煤倉料位監測技術發展

目前，煤倉監測系統有多種原理和實現方式， 在我國煤倉常用的有電容式、重錘式、核輻射式和超聲波式煤位探測系統。

電容式煤位測量是根據探極之間的電容正比于物料料位的原理實現煤位測量工作，其構造簡單、安裝方便。要求被測物料的介電常數穩定，其探頭易粘著接觸物料導致損壞，測量距離也較小。

重錘式煤位探測系統以鋼絲繩懸掛重錘，探測料倉頂部到物料表面間的距離，是一種機械式、接觸型探測系統。具有連續測量、方法簡單、成本較低等特點。但由于測量過程中重錘必需與被測煤塊接觸，易被煤塊埋住，且懸重錘的鋼絲繩容易被落煤砸斷。因此長期工作時可靠性較差，易損壞。

核輻射式煤位探測系統采用放射源Co-60或Cs-137發射的γ射線能夠穿透容器壁和容器內的物料。在煤倉下側裝有γ射線接收器， 隨著煤位的變化， γ射線穿過料層后的強度也不同，接收器檢測出射入的γ射線強度并通過顯示儀表顯示出煤位高度。核輻射式煤位探測存在一定的放射危險性，已限制在煤礦井下使用，且價格較高。

超聲波式煤位測量利用超聲波的回聲定位原理完成數據采集過程。由于超聲波在空氣中傳輸時傳輸速度與溫度等環境因素相關，影響測量精度。且超聲波波束角較大，對煤倉直徑與深度比有一定要求，影響測量深度。

針對上述煤倉監測系統存在的缺點，本文設計了一種新型基于雷達測量技術的煤倉監測系統。

3.基于雷達測距原理的物位儀

雷達測距傳感器原理是通過換能器和天線發射電磁波，電磁波在空間傳播時遇到被測物阻擋后反射回部分能量，該能量被天線和換能器接收。通過計算發射探測脈沖與接收反射脈沖的時間間隔就能推導出傳感器與被測介質之間的距離。由于電磁波以光速（3×108米/秒）傳播， 其穿透力強，傳播速度不受粉塵、蒸汽及介質的影響，傳播衰減也很小，被測物料的溫度、壓力、密度等幾乎不影響對其準確的測量。對煤倉中可能存在的環境干擾，物位計設計有回波學習功能，可以通過軟件設置達到去除干擾的目的。

4.基于分布式光纖測溫技術的煤礦火災監測方案

圖1 系統組成

如圖1所示，系統由雷達測距傳感器、數據采集分站、網絡傳輸設備、和監控主機組成。雷達測距傳感器實現精確的煤倉煤位測量。數據采集分站采集煤倉煤位信號，并通過現場總線、以太網等數據通信接口傳輸至地面監控主機。地面監控主機對煤位數據進行處理、顯示、存儲等，并可接入皮帶系統等，實現和皮帶、給煤機等實現聯動功能。

在煤倉上倉口新安裝一臺數據采集分站、一臺聲光報警裝置。每個煤倉安裝1臺雷達物料傳感器。雷達物料傳感器實現精確的煤倉煤位測量。數據采集分站采集物料傳感器的煤位信息并實現就地顯示;數據采集分站可設定多級報警門限，煤倉煤位達到報警門限后控制聲光報警裝置發出聲光報警。數據采集分站將煤倉煤位數據傳輸至皮帶控制機主機，實現皮帶與煤倉聯動控制。數據采集分站通過傳輸接口將數據上傳至地面監控主機。

下倉口設置1臺數據采集分站，通過電纜與上倉口數據采集分站取得煤倉煤位信息并實現就地顯示，給煤機司機根據煤倉煤位控制給煤機，有效控制煤倉煤量。數據采集分站設定多級報警門限，達到報警門限后控制語音主機發出聲光報警。

地面監控主機對煤位數據進行處理、顯示、存儲等，并可接入皮帶控制系統，實現和皮帶、給煤機等聯動控制功能。如圖2所示。

5.結語

本文設計的煤倉煤位監測系統，解決目前煤礦煤倉監測系統主要存在兩個問題：一是煤倉監測手段有限，存在各種缺陷;二是煤倉監測系統未融入自動化生產系統中，形成信息孤島，導致其未能充分發揮其作用。基于雷達測量技術的煤倉監測系統將能極大的提高對井下煤倉煤位進行的實時監測，有效避免可能出現的煤倉堵口、滿倉、設備毀壞等嚴重影響生產的事故，同時可將煤倉煤位信號與監測監控系統、皮帶控制系統對接，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，在煤礦生產中具有良好的應用前景。

參考文獻

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項目來源：天地（常州）自動化股份有限公司科研項目（編號：2012SY013）。

作者簡介：賈文琪（1978—），男，江蘇武進人，大學本科，工程師，現供職于天地（常州）自動化股份有限公司，從事礦用產品研發工作。