煤礦帶式輸送機智能化控制系統改造設計及應用

燕鵬達

（晉能控股煤業集團王家嶺煤業，山西 忻州 036600）

大運量、長距離、高帶速的帶式輸送機在煤礦主煤流運行中的應用越來越廣，帶式輸送機在向高效化、精密化、智能化、集成化、數字化方向發展。當前帶式輸送機的發展和應用主要表現在以下幾個方面：（1）廣泛地采用動態分析技術、機電一體化和計算機監控等高新技術；（2）電機驅動與中間驅動功率平衡下輸送機變向運行等技術的應用；（3）CST、變頻控制、液黏、調速耦合器等新型、高可靠性關鍵元部件的發展與應用；（4）控制系統采用高檔可編程控制器PLC，應用先進的程序軟件與綜合電源繼電器控制技術，以及數據采集、處理、存儲、傳輸、故障診斷與查詢等技術；（5）帶式輸送機裝備有跑偏、打滑、急停、堆煤、煙霧、溫度、自動灑水、撕裂、張力下降保護等機械電氣安全保護裝置。從煤礦帶式輸送機實踐調查中發現，很多煤礦井下帶式輸送機仍采用傳統的現場人工管理模式進行工作運行，自動化和智能化水平較低，存在嚴重的安全隱患，生產運輸效率不高，必須進行升級改造[1-6]，以適應當前智能化礦山的建設。

1 改造前帶式輸送機狀況分析

晉能控股煤業集團有限公司王家嶺煤礦主運輸皮帶大巷布置在礦區西南方向，巷道在原20210回風聯絡巷與主皮帶運輸巷交叉處開口。主運輸皮帶大巷布置有西安重裝蒲白煤礦機械有限公司生產的DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機，采用強力阻燃輸送帶，帶寬B=800～1400 mm，長度L=100～3000 m，輸送量Q=100～8000 t/h，功率P=30～1000 kW。

改造前該DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機狀況分析如下：（1）開啟及停止狀況。主運輸皮帶大巷DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機的機頭位置都安排1 名專職司機負責設備的開啟和停止；采用人工管理模式，在機尾位置向機頭司機進行信號傳遞并進行指揮。從以往情況來看，人工管理模式自動化和智能化程度低，工作人員較多，勞動強度大。（2）保護系統狀況。DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機在運行中，帶式輸送機沿線各類安全保護系統設置不完善，各保護系統獨立存在，且沒有接入到地面集中控制系統中，無法實現集中遠程控制，安全隱患較大；該系統無法實現自動監測和自動停機，故障發生率較高，影響運輸效率。

2 帶式輸送機智能化控制系統方案的設計

2.1 智能化控制系統結構設計

針對主運輸皮帶大巷DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機的運行問題，進行智能化控制系統的改造設計。改造后，智能化控制系統核心部件為PLC控制系統。智能化控制系統核心部件為PLC 控制系統，該PLC 控制系統由上位機、PLC 控制站、各類保護傳感器等組成。智能化控制系統由監控信息層、網絡傳輸層、控制層和傳感執行層組成。監控信息層，由地面主操作站實現，對帶式輸送機設備進行實時監控，并進行遠程集中控制；井下網絡傳輸層，由工業環網交換機及網絡光纖組成，實現信息的實時傳輸；井下控制層，由控制系統對信息進行及時上傳并根據信息發布動作指令；井下傳感執行層，由安裝的各類傳感器對帶式輸送機運行中的速度、溫度、跑偏、載荷等性能參數進行采集。

2.2 智能化系統功能分析

（1）系統控制功能：該智能化控制系統具有遠程控制、就地自動控制、手動控制、閉鎖控制、緊急停車等功能。① 遠程控制：即由上位機遠程控制主皮帶機的啟動、停止及緊急停車等；② 就地自動控制：若上位機出現故障，可通過開關直接由PLC 對主皮帶機進行控制；③ 手動控制：當需要對帶式輸送機設備進行檢修保養時，工作人員可在設備現場對各類保護功能進行臨時手動控制；④ 閉鎖控制：用于主皮帶機與給煤等設備之間的閉鎖，開機時應先開主皮帶，后開給煤設備；停車時應先停給煤設備，再停主皮帶；⑤ 緊急停車：設備在運行過程中出現事故時，可實現緊急停車，即同時把主皮帶與其有閉鎖關系的設備同時停車。

（2）連鎖控制功能：與MST 控制柜、給煤機及其他皮帶之間的聯鎖控制功能。只有帶式輸送機啟動后，井下給煤設備才能工作，否則，給煤設備不能給煤。只有受煤皮帶啟動后，主皮帶才能啟動工作，否則，帶式輸送機不能輸煤。系統與保護系統實現聯鎖，保護系統正常時，才允許啟動，故障時，應報警或停機，實現速度的無級控制等。

（3）帶式輸送機在線檢測的參數：檢測2 臺電機的電機溫度6 個（電機預埋）、軸承溫度4 個（電機預埋）；電機電流6 個、電機電壓2 個；電機的工作狀態；電控柜、MST 控制柜監控等。

3 智能化控制系統功能的實現

3.1 地面監控系統

王 家 嶺 煤 礦 主 運 輸 皮 帶 大 巷DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機智能化監控系統主要由地面控制中心站、通訊接口、監控分站、上位機人機界面系統、監控系統軟件等組成。（1）在地面控制中心設置有監控主站來對帶式輸送機進行智能遠程集中監控；（2）在帶式輸送機驅動部設置監控分站，實現對帶式輸送機的控制、保護、監控與信號處理；（3）系統設置有信息傳輸接口，實現地面控制中心站與井下監控分站之間電氣連接。

通過SCADA 軟件可以對帶式輸送機的運行數據進行查看，數據曲線變化圖如圖1。

圖1 帶式輸送機運行期間存儲的數據曲線變化圖

采用SCADA 軟件可以調整帶式輸送機在操作界面上的操作參數，系統操作界面如圖2。

圖2 智能化帶式輸送機控制系統操作界面示意圖

3.2 帶式輸送機PLC 控制系統

主運輸皮帶大巷DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機智能化PLC 控制系統主要有集控室、控制器、電機開關、打點通信、載荷檢測以及八大保護（閉鎖、跑偏、速度、煙霧、縱撕、溫度、堆煤、灑水）。該智能化控制系統采用S7-1500 型PLC 控制柜，用來對接收到的信息進行處理，并發布相關操作指令，控制設備動作。

4 應用效果分析

2020 年9 月—10 月，晉能控股煤業集團王家嶺煤礦完成了主運輸皮帶大巷DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機智能化控制系統的升級改造工作，從11 月起將升級改造后的智能化控制系統投入使用。結果表明：主運輸皮帶大巷帶式輸送機智能化控制系統運行穩定可靠，實現了主輸送帶運輸大巷帶式輸送機的智能化集中遠程控制，系統運行的穩定性和安全性較好。

（1）安全效益。智能化控制系統升級改造應用后，實現了主運輸皮帶大巷DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機的智能化控制、監視、監測、保護和管理功能，主運輸大巷運輸系統的安全性和可靠性大幅度提高。

（2） 經 濟 效 益。 主 運 輸 皮 帶 大 巷DTL100/100/2×280S（A）帶式輸送機智能化控制系統升級改造后，可減少皮帶機崗位現場工作人員4 人，可節約人力成本近45 萬元/年。

（3）社會效益。智能化控制系統升級改造應用后，將以往人工管理模式摒棄，智能化和自動化的控制系統優化了帶式輸送機運行管理流程，是實現智能化開采工作面和智能礦山的基礎。