自動化控制在煤礦井下皮帶運輸系統中的應用

文/張曉東

煤礦井下皮帶運輸系統是整個煤礦生產過程中的重要能耗環節，直接關系到煤礦生產效益，進而影響企業競爭力。所以要將減少消耗的能源量、降低支出的能源成本作為目標，對煤礦井下皮帶運輸系統進行優化，將自動化控制系統應用其中。通過結合現代信息技術，可以保證煤礦井下皮帶自動化控制系統順利作業，實現生產效益。

1 煤礦井下皮帶運輸自動化控制系統的組成

煤礦井下皮帶運輸自動化控制系統的主要控制對象為主運皮帶及采區皮帶，并且還配置了皮帶保護裝置，以便能實時監測皮帶的運行情況，通過綜合分析皮帶的運行情況、搭接情況等，在一定程度上減少輸送帶空轉運行的時間，全面提升系統運行效率。目前，煤礦井下皮帶運輸自動化控制系統主要包括以下兩部分：

1.1 保護裝置

優先考慮的是系統保護裝置的技術水平，依照實際的皮帶運輸效果來看，目前我國煤礦企業所應用的煤礦井下皮帶運輸自動化控制系統中，其保護裝置所能完成的是一些基本操作，包括：防跑偏、防打滑、堆煤等，在運行靈敏性、安全性方面還有待進一步提高。要解決這一問題，就必須提高保護裝置的可靠性，防止誤動作發生，尤其要加強防縱撕保護。解決縱撕的一個重要方法是卸料口采用傾斜振動方式，這樣能減少礦山下落的沖擊力，使皮帶受損幾率隨之減少。由于礦山都有棱角，會產生較大的摩擦系數，那么利用振動方式可以有效避免礦山刮卡現象，保證了保護裝置的運行效果。

1.2 帶式輸送機

目前，帶式輸送機是煤礦井下皮帶運輸自動化控制系統的一個組成部分，并且國家實施“日產萬噸綜采設備”項目后，我國已經提高了帶式輸送機的技術水平，也研發了多種軟起動和制動裝置。帶式輸送機的優勢是運行可靠、動力消耗低，主要的驅動方式有：異步電動機帶限矩型液力偶合器驅動方式、異步電動機帶CST驅動方式、異步電動機帶調速型液力偶合器驅動方式、變頻調速驅動方式。

2 采用煤礦井下皮帶運輸自動化控制系統的必要性

我國煤炭行業如今已經遇到了發展瓶頸，煤炭企業的經營狀況慘淡，前景令人堪憂。從世界上其他先進采煤國以及我國神東礦區的發展經驗來看，只有采用高新技術才能夠保持傳統煤炭工業的生產動力，以此來提升生產效率，為煤礦企業獲得更大的利潤空間，而皮帶傳輸裝置就是煤礦生產過程中一個不可缺少的設備，也是幫助煤炭企業走出當前困境的重要因素。

傳統的井下皮帶運輸設備盡管被廣泛應用于煤礦生產中，但是這種設備啟動時電流較大、傳動效率低，并且易老化，這給煤炭企業帶來的不僅是增加運營成本，還將威脅到安全生產。由此可見，傳統的井下皮帶運輸設備難以滿足煤礦企業的發展需求。所以，需要采取自動化控制技術來改造井下皮帶運輸設備，使皮帶運輸設備實現動態化、智能化控制，促進煤礦開采作業整體效能的提升。

3 井下皮帶運輸自動化控制系統的特點

皮帶運輸自動控制系統主要應用電力電子技術來控制皮帶傳動速度等相關參數，實現動態化調節。而自動控制系統是通過采集傳送帶上所分布的負荷信號，將其傳遞至中樞系統后再進行分析，之后向調速電機傳遞出動作指令，從而對皮帶運行速度加以控制。這種控制方式不僅能降低能耗，延長傳動部件使用壽命，還提升了設備運行的安全性。概括來說，井下皮帶運輸自動化控制系統的主要特點為：

（1）利用計算機和多種傳感器組成的工況檢測以及控制系統,連續監控保護設備的各部分工況參數,同時所有的相關參數應由顯示控件來顯示。

（2）實現自動化控制。工作人員在工作站管理信息時，可以實現遠距離訪問、控制各分站機、合理的設備管理、及時采集數據并做好信息處理。在該系統中，網絡實時監控是其中的一種結構，有利于完善其生產監控的性能。與此同時，在各環節生產運行中，其數據采集、傳輸和打印都具有實時性，并配合著工業電視系統來監視圖像，使人員和設備都處于安全狀態下，最終實現自動化控制系統和生產管理系統數據間的共享。

（3）具有通信聯網的功能。煤礦井下皮帶運輸自動化控制系統在整個礦場自動控制系統中，其通信聯網功能良好，并不是以“自動化孤島”存在的。在計算機上有相應的通信接口或者通信模，通過雙芯屏蔽通信線或者光纖，連接上其他設備，可以聯動、交互、控制信息。

（4）人性化操作。皮帶運輸自動化控制系統設置了合理的控制界面，操作上也更趨于人性化，顯示出的畫面也很生動、形象，并且便于操作人員識別，進而使系統得到控制。系統的功能設置齊全，會及時顯示和報告當前的運行情況，比如，運行工況、故障等。

（5）保護環節非常完善。將煤礦安全規程規定的傳感器及裝置接入到皮帶機保護分站，采集皮帶機的運行信息。還針對啟動、停止、故障等動作設定了語音提示、報警信號等。

4 自動化控制在煤礦井下皮帶運輸系統中的應用

4.1 控制運輸過程

對于煤礦井下皮帶運輸的控制來說，自動化控制系統主要采取的是手動控制及自動控制兩種方式，自動化控制系統可以有效保護井下皮帶運輸設備。一般來說，井下環境會影響到長距離皮帶運輸，所以可能有部分故障隨之出現。由于自動化控制系統中不止是設置了傳感器，還有一定量的保護開關。所以一旦在皮帶運輸設備的運行中發現故障，那么通過利用故障地址識別技術，可以識別閉鎖、跑偏等保護開關動作，相應的信息會經過傳感器傳到自動控制系統，控制器分析完信息會有反饋指令發出，設備就停止運行，并反饋相關信息到控制中心，控制中心接收到故障信息后，根據實際的故障信息數據，可以做出有效處理。排除設備的當前故障后，控制器再次發出運轉指令，使設備又正常的開始運行，這就能避免安全事故發生。此外，當煤礦井下皮帶運輸設備的運行處于正常狀態時，工作人員只需手動啟動電控開關就能按預設程序對皮帶運輸設備進行操作控制，全局控制由控制中心完成，由此促使自動化操控得以順利實現。

除了上述外，在皮帶運輸時，還有一個常見問題——溫度問題。運輸機經過長時間運載負荷，會有熱量產生，進而就提高了電機溫度。電機溫度一旦高于某臨界值，那么傳輸系統的工作狀態會受到影響。在自動化控制系統中，會有一個熱電阻裝置被置入到電機內部。借助該熱電阻裝置，可以將電流信號轉變為溫度信號，對溫度進行實時監控。當電機有過高的局部溫度時，控制中心會自動停車，保護電機不受損，降低損失。

4.2 遠程操作控制

煤礦井下皮帶運輸自動化系統實現遠程控制，主要有開車和停車兩種，開車前會做準備工作，以保證開車運轉正常進行以及生產安全。操作員應該對所需要負責的機組設備做安全檢查，經檢查結束后，作業和系統控制員之間的信息傳遞要及時完成。皮帶自動化系統有三種運行模式：全運行模式、分運行模式、應急運行模式。對系統主站和分站做同一時間啟動就是全運行模式；分運行模式則是系統主站和分站不統一運行，各分站按各自模式來運作；應急運行模式是在系統運行中做相應的應急處理，所以就會發生急開急停情況。“逆煤流啟動、順煤流停止”是開停所遵循的一個原則，由主機對各分站機進行控制，并且有利于提高煤礦井下皮帶自動化控制系統的運轉效率。

4.3 檢修操作控制

如果是在煤礦井下放置了生產機械設備，那么日常檢修和維護就是必不可少的環節，這也是煤炭企業生產中的一個重要內容。以檢修對象為依據，來劃分設備檢修和系統網絡檢修，而以其運行狀況作為劃分標準來區分開車檢修和停車檢修。在檢修操作時，為了保證做到科學檢修并順利排除故障，必須要結合系統故障和人工檢測來完成。當檢修結束后，再做相應的系統調試，將現有故障徹底解決，促使煤礦井下皮帶自動化控制系統可以正常運行，煤礦的生產效率也能在此基礎上得到提高。

5 結語

總之，自動化控制在煤礦井下皮帶運輸系統中的應用，不僅能保證煤炭生產安全，還從根本上提高生產效率。煤礦井下皮帶運輸系統通過利用自動化控制技術，為煤礦井下作業增加了科學技術含量，推動了煤炭產業的大發展。