煤礦井下膠帶運輸機自動化控制系統

郝鵬云

（西山煤電機電修造園區新恒源電氣科技分公司 山西省太原市 030053）

作為我國不可再生的自然資源，煤炭被廣泛應用至各個行業中，在整體經濟發展過程中占據十分重要的地位。目前人們生活水準顯著提高，對煤炭資源更為需求，面對此，我國煤礦企業應不斷提高膠帶運輸機自動化系統的工作能力，以滿足新時代的采掘需求。

煤炭采掘期間，運輸工作占據十分關鍵的作用，整個開采過程中的膠帶運輸機十分重要。作為物料運輸載體，冶金、化工以及采礦等行業均需要使用膠帶運輸機系統，尤其將膠帶運輸機應用至礦井開采中，更是可以提高效率，保證效益。為了適應開采需求，煤礦企業應不斷提高膠帶運輸機設備的管理水平，合理引入科學技術，實現自動化控制，為實際管理工作提供更多保障。

1 系統方案設計要求

1.1 控制要求

手動、自動以及遠程調控均屬于運輸自動化系統的組成部分，為了保證膠帶運輸機快速打開與關閉功能的正常使用，運輸自動化控制系統應引入智能技術，提高工作效率，增加給煤與電機的抱閘功能，從而可以聯合閉鎖上下游膠帶。通過使用自動化運行系統，技術人員在地面屏幕中便可以清楚了解自動化系統的實際運行情況，一旦發生故障問題，直接啟動功能按鍵，以更好的解決。自動化控制系統可以根據系統不同狀況與參數情況，進行相應調整，一旦出現嚴重的故障問題，需要嚴格檢查維修，還應增加人工操作環節，改變系統的運行狀態。

1.2 語言信息控制要求

自動化控制系統功能要求包括溫度、濕度、控制等不同維護功能以及報警預警能力等，此系統可以及時檢查運行情況，實現智能報警，設備可以快速調查歷史信息與發生的問題，及時記載系統具體運行情況，體現實際內容與運作方法。此系統還需要引入信息技術，根據膠帶運輸機的實際運行情況完成安裝，實現語言的自動播放與實時聯系，可以進行沿線報警。

1.3 顯示要求

地面監督系統包括皮帶、煤倉以及給煤機等，可以及時搜集系統信息，記載、查找、動態顯示技術的實際應用情況，展現語言信號狀態與機械工作情況，以快速檢測問題的所在位置，確定類型，并給予解決方案。

1.4 通訊要求

煤礦膠帶運輸機自動控制系統具備聯絡接口，可以實現智能化互聯，在同時容納系統與智能化設備的基礎上，將以太網接口與上位監控系統主要設備互連，以此加強與監控中心的聯絡，實現整體監控、整體調度。

具體整體要求見表1所示。

2 煤礦膠帶自動化控制系統設計

我國煤礦井下環境較為復雜，存在較多的工作崗位與聯絡環節，運輸路徑比較繁瑣，礦井中存在三部膠帶運輸機完成煤礦的運輸工作，其中一條膠帶運輸機設備長度為460m，運輸速度為2.5m/s，另外兩條膠帶運輸機長度為540m，運輸速度為1.9m/s。為了進一步提高膠帶運輸機工作效率，工作人員應引入計算機技術，結合礦井實際情況，設計膠帶運輸機自動化控制系統。

首先，計算機屬于整個自動化控制系統中的關鍵設備，在煤礦地面中，作為監控主機，是整個自動化控制的中心部件，可以在顯示膠帶運輸機實際運行情況的基礎上，自動化控制整個膠帶運輸機的運行情況。系統主計算機、備用計算機等均屬于監控主機。其次是CAN總線部分，煤礦膠帶運輸設備控制系統利用CAN總線連接，安裝方式采用接插式，以保證簡便開展自動化控制系統的調試工作，保證運行的穩定性與可靠性，減少系統維護環節，減輕工作人員的工作量。再次是驅動器與傳感器部分，驅動與傳感器一般采用KDK8類型，其中根據RS485型設備傳輸接口可以連接地面系統與控制器設備，保證控制系統的自動化運行。最后是信號聯絡裝置，為了實時播報故障與實現報警，煤礦井下膠帶運輸機中應安裝設備信號聯絡裝置。

一般而言，煤礦井下膠帶運輸機設備自動化控制系統運行簡單，操作便捷，后期維護量較少，且成本更低，通過在膠帶運輸機中安裝自動化控制系統，可以實現自動與智能控制，提高了膠帶運輸機的運行效率，為煤礦企業贏得更大的經濟效益。

3 系統工作原理

系統實際運行過程中，工作人員應根據設備及模塊情況合理設計，引入PLC技術，增加聯絡模塊，連接更多的網絡接口，運用模塊保證系統運行的安全性與穩定性，減少故障問題。實現自動化控制后，還應在系統中輸入膠帶運輸等器械信息，利用CAN總線與以太網傳輸至煤礦井中，整合后在屏幕上投放信息，并根據相關邏輯構成模式，以不同方式整合信息，直接呈現給相關技術員工。信息監測功能主要通過全程模擬信息實現，并據此繪制設備運行的圖形，保證信息的有效利用。變頻設備屬于膠帶運輸機中重要的組成部分，可以通過準確指令的獲得保證高效管理。工作人員可以通過開啟或關閉上位按鍵進行控制，顯示變頻器設備監控畫面時可以點擊狀態查詢按鈕，一旦變頻器出現故障問題，工作人員應及時打開窗體與歷史圖，查找相關的位置信息，有效維護電機與皮帶運輸機的運行情況。

4 自動化控制系統具體應用

4.1 應用目標

煤礦工作人員應根據煤礦膠帶運輸機的實際運行情況，設計應用目標，包括利用系統監控全部設備的運行情況、受到監控室的監控、利用計算機系統智能控制等，同時，還可以設計改變運行參數，實現問題精準查找，更改控制方法，有效開啟、停止、復位、測試皮帶原距離。除此之外，還應利用相關智能設備實現信號的播放、查找與報告，并將其與以太網連接。

4.2 應用原則

為了及時傳播監控信息，地面監控室應實現遠程監督，全面發揮自身的拓展能力。為了實現最佳的運行狀態，工作人員應升級改變皮帶運輸機的運行情況。由此看出，設計煤礦自動控制系統時應遵循安全、高效以及靈活等原則。

4.3 監控系統運行過程

工作人員應設置1臺PLC防爆設備、就地分站等工作面操作臺等，將管理中心防爆設備連接以太網，以此全面監控地面操作室的運行信息，保證遠程控制設備可以在指揮中心控制下運行。就地分站、指揮平臺上位機等屬于工作面監控設備的組成系統，可以啟動、關閉膠帶運輸機，實時顯示問題數據與關鍵參數信息，以此控制運輸機的安全運行。具體而言，自動化控制系統具備以下幾方面功能。

（1）實時監督，為了保證調度中心與工作面控制中心全程監督煤礦井下的運輸情況，工作人員應搜集膠帶運輸機運行信息，并將其傳輸至井上運輸系統中。

（2）遠距離調控，主要操控膠帶運輸機的運行情況，包括控制設備的開關、變頻設備等。比如煤礦遠程監控區與工作區應統一控制，并采用遠距離與就地控制方法。

（3）膠帶運輸機獨立運行，不能互相干擾。當前光纜屬于自動化控制系統運行的介質，聯絡網速較高，其他線路的聯絡網速也可以達到數百兆，可以安全高效的傳輸信息。當打開煤礦的監控燈時，屏幕中會出現運輸機運行的畫面，監督膠帶機的運行情況，打開時燈為綠色，關閉時燈為灰色，按鍵下存在屏幕，監控設備運行參數。

4.4 故障處理

煤礦井下工作環境比較復雜，作為煤礦運輸機的主要傳輸設備，其需要運行較長時間，工作量較大，很容易在運行期間發生故障。且通訊數據負責傳輸膠帶運輸機的所有數據信息，因此通訊數據也會傳輸控制命令，指導現場設備完成操作指令，且還可以在屏幕中顯示現場所有的控制狀態，展現所有報警情況。當運行設備出現故障問題時，工作人員可以通過上位畫面查詢設備的實際運行狀態，據此判斷報警故障類型，發生具體位置等，詳細排查后制定解決方案。

5 煤礦井下膠帶運輸機系統安全管理

5.1 安全管理現狀

首先是管理人員缺乏安全意識，在煤礦開采期間沒有樹立安全第一的理念，且管理人員也并未重視膠帶運輸機系統的管理工作，存在僥幸心理，甚至不遵循相關規則操作，缺乏嚴格落實各項安全規章制度。其次是維護人員的素質水平較低，安全操作意識較差，操作技能并不達標，甚至部分煤礦企業并未重視維護人員及司機的培訓工作，無法及時準確發現故障，引發較大安全事故。最后是沒有做好人員管理工作，煤礦企業沒有做好工作人員的管理工作，經常發生頂崗上位問題，不利于實現安全管理，為膠帶運輸機的使用埋下了安全隱患。

5.2 膠帶運輸系統安全管理措施

5.2.1 強化安全培訓教育

為了進一步提升煤礦企業員工的安全生產意識，煤礦企業應強化安全培訓力度，引入多樣化的培訓方法，結合使用重點培訓與業余培訓、內部培訓與外部培訓等措施，幫助員工全面掌握安全技能。期間尤其重視新員工的崗前培訓工作，引導其掌握更多的專業操作技能，避免各種事故問題的發生。必要時還應在人員管理期間引入競爭機制，在選拔安全管理人員與運輸操作人員時引入競爭上崗方式，嚴格落實各項激勵措施，劃分員工工資等級，并實行崗位技能工資模式，不斷激發技術人員的學習熱情，全面提高技能操作水準。除此之外，煤礦企業還應開展技術比賽等活動，為獲勝者提供物質獎勵，調動員工的參與積極性，增強安全責任意識，使其可以在工作中嚴格遵照規定操作。

5.2.2 建立相關管理機制

煤礦企業應結合煤炭運輸實際情況建立質量標準化管理制度，綜合引入動態監測與靜態控制等生產模式，在實際操作作業中，安全管理人員一旦發現操作人員出現失誤，應及時糾正，并給予經常犯錯，改正態度不良的工作人員一定懲罰。同時，煤礦企業還應建立設備安裝驗收制度，嚴格管控運輸設備購置、安裝、運行以及驗收等環節，保證每臺設備均經過嚴格檢驗，符合相關技術要求，才可以被使用。

5.2.3 加快設備更新換代

煤礦企業應結合自身情況，及時淘汰舊設備，并做好運輸裝置的優化與使用工作，避免引發安全隱患問題。為了進一步實現膠帶運輸機的安全運輸，運輸人員應利用軟啟動或變頻調速方法取代膠帶運輸系統中復雜的機械傳動裝置。

5.2.4 引入安全技術措施

為了避免異物掉入機頭煤倉，應在四周設置防護欄，在機頭段儲帶倉也應安裝防護欄，設置安全防護罩。同時，機架應加裝鐵板，并定期做好鐵板的固定情況。第二，膠帶運輸機長度在100m以上時，應啟動緊急停車按鈕，做好各重點作業段的管理工作。第三，煤礦膠帶運輸機中的膠帶應具備阻燃功能，避免堆煤、跑偏，防煙霧、防滑。對于向上運輸的膠帶運輸機，還應增加逆止器設備，避免應停車導致膠帶逆轉問題。第四，應將清掃器安裝至膠帶運輸機特定部位，并增加防護板進行防護。運行工作中，工作人員不得清理煤泥。更不得將調整機架與托輥更換，在有效維護時也應與司機做好充分的溝通與交流工作，之后利用停電掛牌進行維護。第五，將必要的灑水管道安裝至膠帶運輸機中，增加三通閥門，設定合適距離，一般保持在5m左右，并將滅火器等滅火設備安裝至皮帶運輸機機頭，以實現安全高效運行，為運輸與采礦人員提供安全穩定的工作環境。第六，啟動膠帶運輸機前，應及時發出信號，確認沿線沒有人作業后，才可以開啟。在多臺膠帶運輸機控制時，系統應發出預警信號，允許開機后，才可以開機。

6 結束語

作為社會發展的主要動力，煤炭屬于十分重要的資源，當前人們生活水準不斷提升，對煤炭的需求量也逐漸增加，需要進一步加大煤炭資源的開采力度。在礦業作業過程中，膠帶運輸機作用十分重要，可以通過皮帶的運輸有效運輸煤炭。為了進一步提高生產效率，實現安全運輸，煤礦企業還應增加設計自動化控制系統，實現智能運行。