礦井下皮帶機集控的創新設計及應用

梁代軍

（山西煤炭運銷集團忻州分公司三百子煤業，山西 忻州 036704）

引言

目前礦井下皮帶機集控系統工作流程并不十分完善，距離實現進一步自動化控制和通信還存在一定距離。礦井皮帶機控制方式不能實現自動化和信息化主要受現場總線技術、PLC控制技術、工業以太環網技術、上位機技術、工業組態軟件等技術的影響，因此需要改造電控系統，完善和優化現有礦井下皮帶機集控。機房管控服務器的重要環節是將太環網與礦井下皮帶集控中心計算機相連接，以保障重要參數和控制信號收集與傳達。礦井下皮帶機集控的創新設計技術的實現需要通過提高礦井皮帶機地面集控控制與運行機制，這樣既能提高皮帶運行的安全可靠性，又能實現皮帶的遠程自動化控制，精簡機集控操作人員數量，提升生產效益。本文選用某礦井作為主站，以另一礦井作為分站組成的礦井下皮帶機集控控制系統，通過主站負責通信和分站負責分工進行實時調度。在網絡設計方面采用創新型兩層通信網絡，不同分站的可編程控制器通過現場總線連接到主站，主站又通過太網通信模塊與上位機PC機進行通信［1］。同時，分站在控制硬件模塊中擴展了新型模擬量輸入技術和通信技術裝備，主站則擴展了太網通信模塊設備。在機集控軟件設計上同時進行創新設計，有效保障皮帶機集控的啟停控制和故障檢測控制，及時修復故障檢測程序失誤和實現故障停機保護。從礦井皮帶機集控的硬件設備和控制軟件進行創新設計以更好推動礦井產業生產效率的提高和發展。

1 皮帶機集控運行的問題

1.1 皮帶臥式延伸轉載機總體效益不佳

礦產安全生產過程中，開采系統的重要環節是礦井下礦物的轉載，由于礦物中原煤、矸石和巖石的體積大、質量重，使得礦井下轉載系統存在著不能連續裝載的難題。首先，目前多數礦井下皮帶機集控設計條件有限，原裝載機械的部分系統安全系數不科學，硬件制造材料消耗及使用不符合節能環保的時代主題，造成一定程度上的資源浪費和污染。其次，礦井下機械結構設計不合理，皮帶臥式延伸轉載支撐車部各零部件、部件的組合存在不合理之處，有待優化設計。如Pro／Engineer三維軟件中建立煤礦井下皮帶臥式延伸轉載機支撐車車體的模型，支撐車的三維模型在尚未導入ANSYS時，其有限元的靜力支撐車體力度不足，在分析驗證了原支撐車車體的初始設計才能很好地滿足其工作需求［2］。再次，在本支撐車的初始化設計結構與材料上，目前國內礦井下機械綠色設計水平較低，通過分析ANSYS軟件對優化后的支撐車車體進行動態分析與疲勞校核，得知支撐車車體前六階的固有頻率和振型不符合科學數值要求，響應值的頻率的變化曲線和車體疲勞累計系數較大，說明支撐車體動態特性缺乏穩定。因此，需要改造皮帶基地面集控制運行監控，以此來增強皮帶機運行的安全可靠性，使礦井實現安全、高效自動化無人值守運作，達到增效減員的目的。

1.2 傳送感應器采集信息不及時

目前礦井產業朝著大型化、現代化、連續化和智能化的方向發展，開采程序與工藝更為復雜化，連續化開采難度不斷增大。礦井下開采區皮帶運輸系統環境惡劣，危險系數高，若運輸制作材料不佳或監控不到位，易發生安全事故。故此，礦井下的機集控傳感采集信號的快速傳達至可編程邏輯控制器十分關鍵，若發生故障，PLC通過執行用戶程序及時實現停機保護，以保障皮帶機安全。PLC分析故障信息并傳輸出具體參數，對現場工作狀況實時監控和記錄，實現操機人員與運行機器對話十分重要。然而若要形象生動地將圖形界面直觀展示出來，還需嵌入組態軟件MCGS屏，以控制上位機的監控界面，以此來改善目前難以實現的人機接口操作［3］。

2 解決礦井下機集控創新設計的問題

2.1 設計研發新型礦用履帶式移動皮帶輸送機

皮帶機集控運輸機通過電機驅動，它采用的制作材料對保障運輸安全快速具有重要影響。質量問題容易導致打滑、斷帶、劃傷、過載、聯軸器斷開等故障問題的產生，甚至出現壓礦的嚴重后果。故此，在針對連續性傳輸設備的橋梁質量問題下，研究和設計出應用性強的履帶式移動皮帶輸送機十分必要，既能解決目前礦井下皮帶機集控優化問題，又能彌補國內市場空白。履帶式移動皮帶的設計可滿足5 000T／d熟料生產線，實現連續性開采，提高生產效率。與傳統的礦產開采相比，履帶移動式功能更為強大，在將礦山開采爆破后的礦石破碎至300mm以下的粒度［4］，履帶移動式可實現全程皮帶運輸，很大程度上實現機械自動化操作，減免了輸送全程的人工監工數量，同時避免了因運輸不平穩而導致的礦物粉塵掉落而引起的污染和浪費，在設備采購與土建基礎方面節省了大量資本，并減少了運營費用，如汽車燃油費、司機等員工費等等，提高了社會效益與經濟效益［5］。

2.2 創新礦井下皮帶運輸監測軟件設計

皮帶運輸機故障是制約礦產高效開采的瓶頸，提高礦井皮帶運輸系統故障監測監控能力，如對皮帶速度、電機轉矩、皮帶跑偏、電機溫度、皮帶縱撕、皮帶起火、煤倉堆煤的特征進行分析，可有效預防故障的發生。礦井皮帶監控軟件的設計注重信號處理單元的優化設計，對皮帶運輸的傳感器采集信號進行整形、放大、轉換和計算，操機人員可通過視頻監控系統、語音傳達系統實現對整個礦井下皮帶運輸系統的監控，若皮帶出現打滑、斷帶、過載、聯軸器斷開等故障，監控系統在最短時間內進行自動監測和識別，并以光、聲的形式進行報警，形成一個完整的操作、調度的監控網絡，對礦產產業安全高效生產具有巨大的實用價值。

3 結語

本文根據分析目前礦井下皮帶機集控運行狀況下各類問題，如皮帶運輸材質的優劣對運輸造成的安全與效率問題，運輸過程的監控問題，監控軟件的創新設計問題等，根據已發現的問題尋求解決對策。主要從采用新型的履帶皮帶、創新設計新型系統化的監控軟件來實現礦井產業的高效發展，以推動我國礦產資源“綠色健康”發展和我國社會經濟的繁榮。

［1］ 王鵬.井下皮帶機常見故障與處理技術分析［J］.電子制作，2013（13）：194.

［2］ 王建宇.礦井皮帶機系統故障調度應急預案［J］.科技創新與應用，2013，33：116.

［3］ 趙偲.皮帶機中滾筒筒體修復技術及使用效果［J］.科技資訊，2012，22：84.

［4］ 謝金賜.淺談礦井運輸中皮帶機運輸啟動方式［J］.科技創業家，2013（10）：83.

［5］ 王玉蘭.設計P－800型皮帶機技術說明和經濟效益分析［J］.科技致富向導，2011（15）：276.