帶式輸送機集中控制系統開發與應用

通訊作者：王波，1984年8月，男，漢族，陜西周至人;現任西安重裝蒲白煤礦機械有限公司總工程師，大學本科。研究方向：煤礦井下運輸裝備。

摘 要：對帶式輸送機相關設備與開關進行選型、數據采集，構建網絡拓撲，通過工業環網數據傳輸，實現了帶式輸送機遠程控制和檢測，系統軟件集成于PSI系統平臺，可儲存帶式輸送機電動機、開關等參數運行曲線，實時分析數據挖掘數據，達到了降低設備故障率，提升開機率，減員增效效果，具有安全性、經濟性雙重效果。

關鍵詞：帶式輸送機;集中控制系統;數據采集;遠程控制

一、引言

隨著科學技術的發展，礦井中越來越多的礦用設備實現了無人化運行和可視化遠程監控，整個礦井也開始逐漸朝著安全、智能、精準的趨勢發展。雖然目前煤礦中使用的帶式輸送機已經能夠實現一定程度智能化的要求，但是要真正實現無人化值守仍需對相關關鍵技術進行研究與創新。比如，遠程集中控制系統的應用盡管能使長達數千米的帶式輸送機在出現緊急情況時，在任意位置迅速便捷地啟停，但針對斷帶、跑偏、著火等緊急情況的識別仍需要現場人員，這樣便降低了整個礦井的生產效率，不利于高效化礦井的建設;又如，一般礦井所使用的鋼絲繩芯阻燃輸送帶性能較差，容易出現撕裂的事故，雖然設計有撕裂發生時的保護裝置，但是由于裝置的靈敏性、可靠性較差，常常發生漏報、誤報的問題，這樣使得礦井的安全生產得不到有效保障。

二、傳統帶式輸送機應用現狀

隨著連采工作面的不斷推進，帶式輸送機需要逐步增加，傳統情況，每部輸送帶都需要配備1名崗位工，負責帶式輸送機的巡視和啟停工作，由于長期環境影響，崗位工出現職業病概率加大，減少人員崗位冗余是必然趨勢[1]。各連采工作面布置相對分散，即便是同一個連采面工作面，配電點和帶式輸送機以及設備之間距離相對較遠，且搬家倒面次數相對頻繁。

在日常生產、檢修工作中，因供電設備不具備遠程控制功能，只能就地啟停，當出現帶式輸送機配電點故障跳閘、或者帶式輸送機停機時，必須再派專人到配電點送電、到機頭控制器處開機，若巷道距離遠，再出現頻繁停送電時，對日常生產、檢修影響極大，作業效率低下，還增加了員工的勞動強度，而且操作人員的安全性也得不到有效保障，基于此，為了提升作業安全性和靈活性，充分發揮自動化優勢，筆者對搭建連采工作面自動化環網進行研究，從供電設備的移變、開關和綜保到運輸系統輸送帶控制器和變頻器等設備進行自動化改造，確保每臺設備都可以將自身運行參數上傳到上位機，并在每部帶式輸送機上按照攝像頭，以視覺效果直觀感受帶式輸送機運行狀態，便于發現帶式輸送機異常時及時通過遠程控制閉鎖停機，實現了數據監測和遠程控制。

三、集控系統結構組成

（一）將主站操作臺和主防爆箱

均放置在皮帶機頭可以方便實時對設備維護，主站操作臺采用接地式箱體，控制方式分為集中控制、手動控制及檢修三種[2]。操作臺側邊有轉換開關，通過控制轉換開關可以切換控制模式。只能在集控模式下，主站控制系統才能起到作用。當主站在集控模式下，若分站之間沒有聯鎖啟動皮帶時系統聲光報警60s內設備未啟動，系統默認為啟動失敗，取消啟動命令。若在60s內設備自檢正常時設備各部件依次啟動，同時系統自動分配啟動時間，按皮帶相反方向依次啟動，當前一段皮帶傳感器監測設備一切正常，后一段皮帶依次啟動，停機順序與開機方向相反。

（二）本系統防爆箱內部

主要由主板、接線盒、保護器、保險、指示燈、電源模塊、數據采集器等部分組成。操作臺由顯示器、按鈕、集成模塊、手柄、喇叭、電話等組成，可對皮帶機進行啟動、停止、預警、顯示、通話、復位、查詢動作。操作臺顯示器能夠將各分路皮帶機傳感器上的數據實時傳遞到顯示器上，同時顯示器防爆蓋里面還備有三個USB接口，可方便地與電腦連接，可以滿足整部皮帶機及各部位的控制，并可與地面以太網進行數據交換，實時監控礦井該系統。

（三）分站防爆箱

放在各皮帶機頭附近的搭接配電點內，采用集中控制、手動控制及檢修等三種控制方法。整個系統可設多個分站，各分站均設有獨立的控制系統，可分別控制本段輸送機啟停[3]。各分段輸送機運轉過程中發生故障時，主機或本站可控制本部輸送機運行并在主操作界面顯示故障類型。當輸送機定位系統發現皮帶跑偏或斷絲故障時，通過操作臺查詢，可以通過查看故障點來快速確定故障位置，從而方便維修及地面操作人員及時進行事故處理，減少事故影響時間。

（四）本系統各分站

均配備跑偏、打滑、速度、堆煤、超溫、煙霧、灑水等故障保護功能的傳感器。當各分站有故障時會有相應的提示聲，同時在主、分站操作臺上均會有各保護信號的提示燈閃爍。

四、帶式輸送機集中控制系統應用

（一）安全輔助設備

礦井井下僅有局部位置布置有攝像頭，用以掌握井下情況，而且攝像頭安裝時間長、監控范圍有限。根據布置的皮帶輸送機長度以及攝像頭有效監控范圍，通過增加布置礦用隔爆攝像頭數量來實現對皮帶輸送機運輸沿線的監控，從而實時掌握皮帶輸送機的生產情況。升級改造時，采用的是高清彩色網絡攝像頭，該攝像頭可自動補光，在井下昏暗、潮濕環境中仍可獲取清晰畫面[4]。在井底車場、機頭、轉載點等位置均布置攝像頭，攝像頭監測數據采用井下已有的光纖以太網傳輸，監控畫面流暢。在主斜井和主運輸巷等主要運輸場所，通過引進巡檢機器人對運輸沿線進行巡視，提升安全保障能力。

（二）輸送帶防縱撕技術

礦井的輔助運輸直接與礦井的產量有關，然而斷帶等問題卻在煤礦中時有發生。當煤礦發生此類事故，將導致工作面生產的煤炭無法及時運出，影響礦井的經濟效益。目前，煤礦常采用的防縱撕保護裝置有灑落稱重式、漏煤灑落翻板式、破損帶或異物刺穿拉線式等，這些方法均存在一些不足，經常可能發生漏報等問題[5]。現階段已有有關科研院所針對上述問題，開展了一些研究工作，并取得了不錯的效果。例如，某礦方通過利用安裝在皮帶上方的光感攝像機，對皮帶的表面狀態進行實時監測，將圖像傳輸至后臺的計算機處理系統，專用軟件能夠對圖像中的輪廓線進行智能分析，查找皮帶存在損傷的區域，如果存在異常，軟件將及時采取報警、停機等處理。

（三）輸送機運行控制

模糊PID控制系統采用控制算法調整帶式輸送機變頻器輸出頻率，通過控制電動機轉速來調整輸送機運行速度。模糊控制系統依據輸送帶運輸煤量智能調整運行速度，從而實現煤流量與運行速度匹配，使得帶式輸送機在理想狀態下運行[6]。系統核心部件為模糊PID控制器，為了避免帶式輸送機頻繁調整給煤炭運輸帶來影響同時增加電動機故障率，模糊PID控制器采用階梯調速方式，即為將運輸煤量劃分成若干區間，每個區間對應一運行速度，輸送機在對應煤量區間內保持某一速度運行。

（四）視頻識別智能調速系統

從理論上來說，變頻調速是有利于節能的，這是由于通過變頻調速可以精準改變電動機的轉速，使得機器能在最優的能耗下穩定運行。在煤礦上，由于煤炭的產量受到地質和生產等多方面的影響，皮帶上的物料量容易出現波動，甚至空載。這也推動了變頻調速在煤礦領域的應用，然而事實上，這一技術的應用效果并不令人滿意。由于輸送帶上的物料量需要通過人工觀察的方法進行測量，然后依照實際情況進行遠程調速，這樣一方面，消耗了人力資源，提高了生產成本;另一方面，無法做到精準調速、實時調速。針對現有變頻調速技術，通過添加相應的智能識別技術，可有效解決這一問題。該智能識別系統由若干個高清攝像機、反饋系統和后臺處理系統組成，通過安放在落煤點的攝像機對實時出煤量進行監控，將數據匯集至后臺終端，在得到了礦井各地實時產量的基礎上，通過反饋系統對輸送機進行實時調整。

五、結束語

為了提高井下帶式輸送機集中控制管理水平，實現對輸送機遠程實時監控，采用帶式輸送機集中控制系統在煤礦生產中進行應用，應用效果取得了顯著成效。

參考文獻：

[1]范懂理.本質安全型帶式輸送機集中控制系統在興源礦的應用[J].能源技術與管理， 2019（3）：119-120.

[2]趙瑋燁.煤礦帶式輸送機集中控制系統的設計及應用[J].煤礦機電， 2018（1）：23-25.

[3]賈國棟.帶式輸送機集中控制系統改造[J].機械管理開發， 2018（5）：71-73.

[4]陳茂同.張雙樓.煤礦帶式輸送機集控環網改造[J].煤炭科技， 2017（4）：100-101.

[5]侯立芬.煤礦井下帶式輸送機集控系統設計研究[J].煤礦機械， 2018（8）：185- 187.

[6]楊恒.皮帶機集中控制系統的優化改造[J].中國新技術新產品， 2019（15）：14-15.