煤礦帶式輸送機集中控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用分析

劉 劍

（云南曲靖富源縣能源局十八連山能源分局，云南 富源 655507）

當(dāng)前階段，要想確保帶式輸送機和綜采工作面規(guī)模擴大要求相符合，當(dāng)設(shè)計驅(qū)動電機的過程中，均有著非常大的設(shè)計余量，不過從實際生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，因為采煤機截割功率失去了平衡性，同時無法確保帶式輸送機煤炭運輸量是恒定值，因此生產(chǎn)工作中普遍存在著帶式輸送機自身運輸量小于額定運輸量的現(xiàn)象，導(dǎo)致驅(qū)動電機功率下降，電能消耗較多，不利于提升經(jīng)濟效益。所以，目前企業(yè)面臨的首要問題便是采取合理方式降低帶式輸送機運行期間消耗量過多現(xiàn)象。

1 工程案例

本文以某項煤礦案例為主，該項煤礦屬于生產(chǎn)力大約是300 萬t 的煤礦，其中，應(yīng)用的皮帶運輸機機械長度大約是2000m，結(jié)合400kW 的主機電實施驅(qū)動操作，將運輸能力控制在合理范圍中。可是從該項煤礦中帶式輸送機實際運行現(xiàn)狀來看，還有著較多的問題，比如自動化性能沒有體現(xiàn)出來，水平較低，系統(tǒng)控制效果不佳，面臨著空載運行現(xiàn)象?；诖?，必須應(yīng)用新型的帶式輸送機達到自動化集中控制的目的，促使作業(yè)安全開展。

2 煤礦帶式輸送機集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)勢體現(xiàn)

帶式輸送機的安全穩(wěn)定性是促使煤礦高效率運行的一項主要依據(jù)，其中，我國對于煤礦帶式輸送機要求的保護措施包含了多方面，分別是防滑保護、對煤保護、防跑偏設(shè)置以及溫度和煙霧保護等，而從數(shù)據(jù)交換以及語音互聯(lián)等多方面，有待進一步研究。雖然我國帶式輸送機保護裝置實現(xiàn)了煤礦安全中心規(guī)定的堆煤、跑偏以及急停等保護裝置，可是從實際作業(yè)現(xiàn)狀來看，礦井內(nèi)的多條帶式輸送機保護系統(tǒng)處于獨立運行的狀態(tài)，這些系統(tǒng)無數(shù)據(jù)交換，同時也沒有實現(xiàn)語音通信，地面調(diào)度室無法進一步掌握到帶式輸送機實際運行狀態(tài)，基于此，要想進一步提升煤礦自動化生產(chǎn)效率，減少成本輸出，達到節(jié)能降耗的目的，和礦井生產(chǎn)中自動化要求相符合，相關(guān)企業(yè)研究了一種新型的語音通信功能帶式輸送機集控系統(tǒng)，該種類型的系統(tǒng)有利于交換數(shù)據(jù)，在滿足基本需求的基礎(chǔ)上提升煤礦生產(chǎn)自動化水平。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

煤礦帶式輸送機集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為環(huán)形，采取光纖和網(wǎng)絡(luò)交換機內(nèi)部相互連接到一起，然后落實于中央集控室內(nèi)部中，此種類型的結(jié)構(gòu)有利于增強通訊環(huán)節(jié)的規(guī)范性，使其越來越安全。其中，中央集控室、可視化系統(tǒng)以及井下交換機和控制器等相互組合形成了煤礦帶式輸送機，其在應(yīng)用期間產(chǎn)生的效果極高。

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 安全回路

在煤礦帶式輸送機總線內(nèi)部運行期間，應(yīng)用新型的安全回路形式產(chǎn)生的作用非常高，此種類型的微控制器有著獨立性特征，和安全回路相互結(jié)合到一起，處于12V電壓中將會形成一項準確地頻率信號，如此一來，在未來運行環(huán)節(jié)中，帶式輸送機能夠接受和急停開關(guān)有關(guān)的信號，同時全部的數(shù)據(jù)線路還可以引進相同電纜中，在提升安裝和維護效率的基礎(chǔ)上確保質(zhì)量。

2.2.2 語音對講

在煤礦帶式輸送機系統(tǒng)運行期間，可以應(yīng)用語音對講系統(tǒng)，每間隔100m 左右便設(shè)置一項語音對講設(shè)施，為人們聯(lián)系提供良好的便利。需要明確注意到的一方面是，可以把設(shè)備內(nèi)包含的信號連接到主要控制器內(nèi)部，確保語音傳輸?shù)娇刂破髦械娜魏我粋€位置，以此在集控中心內(nèi)將語音播放效果體現(xiàn)出來。

（1）從目前運輸線語音通話設(shè)備運行現(xiàn)狀來看，可以將辦公固定IP 電話和生產(chǎn)調(diào)度IP 電話中的有線通信語音系統(tǒng)相互結(jié)合到一起，將錄音、強拆和全呼以及組呼等調(diào)度功能體現(xiàn)出來，提升通信資源利用率，確保通信的流暢性。利用大屏幕觸摸屏以及圖形化方式將終端設(shè)備類型以及通信狀態(tài)體現(xiàn)出來。

（2）根據(jù)調(diào)度室IP 電話以及沿線任意電話進行撥號，系統(tǒng)直接與調(diào)度電話系統(tǒng)相互連接，實現(xiàn)就近廣播。對于相關(guān)管理人員來講，只需要處于辦公中采取計算機技術(shù)和井下進行對話即可，如此一來，除了能夠?qū)φ{(diào)度人員通知流程進行改善和優(yōu)化以外，還可以省略傳達時間。

（3）可以構(gòu)建新型的多媒體調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)可以支持擴張廣播功能，調(diào)度臺能夠?qū)U聲終端設(shè)備進行單播方式，或者是借助調(diào)度機系統(tǒng)對著各項小組喊話，選取語音文件加以廣播。

2.2.3 集中控制功能

在構(gòu)建集中控制自動化系統(tǒng)期間，主要是基于工業(yè)以太網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)使用千兆工業(yè)環(huán)形以太網(wǎng)，將三層千兆核心交換機設(shè)置到集控中心中，組合形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以此達到地面生產(chǎn)系統(tǒng)和監(jiān)督系統(tǒng)就近接入的目的。同時在井下還可以設(shè)置以太環(huán)網(wǎng)交換機，布置一個主環(huán)網(wǎng)以及多項子環(huán)網(wǎng)，落實到井下各項系統(tǒng)內(nèi)。礦井地面和井下的前兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)和集控中心核心交換機相互連接到一起，組合成冗余千兆主干環(huán)形網(wǎng)。完成系統(tǒng)構(gòu)建工作以后，能夠符合全礦井各項分散的控制單元聯(lián)網(wǎng)要求，對于分散類型的子系統(tǒng)來講，包含了兩種方式，分別是集中和分布兩種，調(diào)度指揮中心對礦井各項控制層設(shè)備進行統(tǒng)一指揮，為礦井管理系統(tǒng)提供準確地數(shù)據(jù)，以此綜合性控制礦井管控一體化。

2.2.4 系統(tǒng)相互融合以及聯(lián)網(wǎng)操作

當(dāng)前階段，在設(shè)計系統(tǒng)的過程中，必須和多系統(tǒng)合成單一系統(tǒng)基本要求相一致。應(yīng)用期間，與辦公電話系統(tǒng)、工業(yè)對講系統(tǒng)以及無線通信系統(tǒng)等進行并網(wǎng)，組合成標準且完善的網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品。而且地面調(diào)度系統(tǒng)能夠和某項區(qū)域單獨進行通話，把相關(guān)調(diào)度指標反饋給井下區(qū)域人員，使其了解到實際情況。該種類型的系統(tǒng)有利于局域網(wǎng)多項用戶同時進行登錄，權(quán)限用戶在網(wǎng)上進行登錄以后，能夠?qū)ιa(chǎn)、管理數(shù)據(jù)圖形和圖像信息等進行動態(tài)的瀏覽，對監(jiān)控子系統(tǒng)內(nèi)的控制設(shè)備發(fā)動權(quán)限允許的操作，獲得控制操作響應(yīng)，實現(xiàn)異地維護目的。當(dāng)設(shè)備以及相關(guān)線路發(fā)生故障問題以后，能夠馬上修復(fù)處理，為后期生產(chǎn)奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.2.5 底層本機控制

底層本機控制一般表現(xiàn)為在煤礦井下帶式輸送機以及工作面運行期間，對相關(guān)環(huán)節(jié)進行控制，該項方式是集控制、檢測、保護以及通話為一體的控制系統(tǒng)。

（1）系統(tǒng)能夠提供的保護涉及到煤礦安全準則中的輸送帶跑偏保護、速度檢驗、超速保護、沿線急停閉鎖、煙霧保護以及電動機溫度保護等，同時系統(tǒng)還留有煤倉高低煤位檢測傳感器的相關(guān)接口，可以動態(tài)性檢驗煤倉中的煤量。在系統(tǒng)主機中，包含了多項開關(guān)量輸出和模擬量輸入，沿線還能夠和智能輸出輸入相互連接到一起，處于沿線中任意位置進行連接，便于控制相關(guān)信號。

（2）在系統(tǒng)運行期間，應(yīng)用工業(yè)嵌入式計算機控制和現(xiàn)場CAN 總線技術(shù)，將集中和分布式控制整合到一起，同時應(yīng)用一臺控制器可以達到控制多條帶式輸送機的目的?？茖W(xué)合理的應(yīng)用帶式輸送機有利于減少設(shè)備成本輸出，留出充足的井下安裝空間，從一定程度上緩解安裝設(shè)備的勞動壓力。

（3）主控器一般是應(yīng)用液晶顯示屏，將設(shè)備各項狀態(tài)以彩色圖形和漢字形式等清楚的體現(xiàn)出來，同時還可以明確參數(shù)和故障的具體位置，可以為作業(yè)人員操作以及監(jiān)控信息提供便利。系統(tǒng)密封程度也是極高的，符合標準要求，有利于提升防水和防潮效果，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，操作起來十分簡單。

2.3 優(yōu)勢體現(xiàn)

該系統(tǒng)能實現(xiàn)對井下多條帶式輸送機的集中控制，實現(xiàn)井下各帶式輸送機之間的語音通信，調(diào)度室與井下各輸送帶保護系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信和語音通信。通過探究表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能達到減員增效、降低成本的效果。

2.3.1 改善使用功能

煤礦帶式輸送機集中控制系統(tǒng)有利于減少操作期間人員數(shù)量，強化系統(tǒng)的邏輯效果，雖然使用期間發(fā)生了逆煤流現(xiàn)象，不過煤礦帶式輸送機也可以得到良好應(yīng)用。當(dāng)順煤流現(xiàn)象發(fā)生以后，系統(tǒng)應(yīng)用期間將會主動停止，而且煤礦帶式輸送可以降低工作壓力，達到減員增效的目的，形成一體化局面。人機界面有著豐富性和多樣化特征，運用期間動態(tài)性能也會體現(xiàn)出來，同時在規(guī)定時間內(nèi)高效率處理數(shù)據(jù)。

2.3.2 保護功能極為完善

在應(yīng)用帶式輸送機期間，出現(xiàn)帶速、打滑以及跑偏現(xiàn)象的概率較低，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)象制定出完善的保護對策，當(dāng)系統(tǒng)操作期間發(fā)生了異常問題以后，需要快速了解到產(chǎn)生故障的原因以及故障性質(zhì)，發(fā)出準確的報警信號，以此實現(xiàn)帶式輸送機高效率運行的目的。

2.3.3 靈活性極強

在應(yīng)用帶式輸送機期間，產(chǎn)生的靈活性非常高，這是因為運輸煤礦期間經(jīng)常受到不良因素的影響，所以必須將帶式輸送機的靈活性體現(xiàn)出來，為后期工作提供便利。

2.3.4 能夠降低安全隱患出現(xiàn)概率

集中控制系統(tǒng)中傳感器集成數(shù)據(jù)采集器，能夠全面檢測傳感器的工作情況，實施故障預(yù)警，明確故障基本位置，縮減故障處理時間和期限。而且還可以動態(tài)性的對各項輸送機運行狀態(tài)進行全面監(jiān)督以及控制，快速了解到輸送機工作狀態(tài)，將安全隱患徹底消除，為后期類似事故積累經(jīng)驗。當(dāng)皮帶出現(xiàn)了跑偏現(xiàn)象可是又無法發(fā)現(xiàn)事故位置的情況下，當(dāng)故障點經(jīng)常出現(xiàn)告警并閉鎖系統(tǒng)的時候，將會導(dǎo)致皮帶機停機，所以為了防止影響到工作開展，系統(tǒng)可以采取屏蔽傳感器方式保持皮帶機穩(wěn)定運行，規(guī)避安全隱患的發(fā)生。

3 Modbus 通信協(xié)議

現(xiàn)階段，在工業(yè)化控制環(huán)節(jié)中逐漸應(yīng)用了Modbus 通信協(xié)議，該項協(xié)議經(jīng)過不斷發(fā)展，逐漸成為了行業(yè)的基本標準。對于煤礦帶式輸送機來講，一旦無法使用Promos總線將相關(guān)問題徹底解決的話，那么可以應(yīng)用Modbus 通信協(xié)議解決存在的各項問題?，F(xiàn)階段，Modbus 串行鏈路協(xié)議屬于基本的站點，同時還包含了多項從站，假設(shè)從站內(nèi)沒有獲得主站方面提出的要求，是無法高效率傳輸各項數(shù)據(jù)的。所以，科學(xué)合理的應(yīng)用通信協(xié)議，即便是處于較長距離的情況下，也可以達到通信目的。從中來看，在煤礦帶式輸送控制系統(tǒng)中應(yīng)用Modbus 通信協(xié)議的程度極高。

4 煤礦帶式輸送機中包含的技術(shù)設(shè)備

4.1 精密減速器

在煤礦帶式輸送機運行期間，精密減速器得到了良好的應(yīng)用，其可以有效的啟動以及關(guān)閉機器，此種類型的精密減速器除了剛度效果強之外，同時運行期間不會產(chǎn)生較大程度的噪音。在操作環(huán)節(jié)中，可以應(yīng)用精密減速器了解到各項運行狀態(tài)，集啟動、停止、緩沖和加速為一體，從而確保煤礦帶式輸送機被控制在最佳范圍中。

4.2 應(yīng)用盤型制動器

對于煤礦帶式輸送機內(nèi)應(yīng)用的盤型制動器來講，是一項新型的制動器，在應(yīng)用期間除了慣性非常小之外，同時還有利于高效率調(diào)整，而且應(yīng)用盤型制動器期間穩(wěn)定性極高，呈現(xiàn)出來的優(yōu)勢良好。

5 結(jié)束語

從以上論述來看，當(dāng)對自動化控制系統(tǒng)進行規(guī)范性設(shè)計期間，必須綜合性考慮多項要點，遵循基本的原則，將設(shè)計功能和系統(tǒng)運行效果全面體現(xiàn)出來，以此提升帶式輸送機控制效率，確保煤礦帶式輸送機得到合理應(yīng)用。