選煤廠帶式輸送機智能控制系統研究

歐陽子文

（西山煤電馬蘭礦選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

帶式輸送機是煤炭洗選過程中主要運輸設備，受到設備安裝位置、輸送距離以及角度等影響，選煤廠多采用帶式輸送機搭接方式實現多級運輸[1-2]。目前，國內多數選煤廠帶式輸送機多采用恒速運行方式，無法實現帶式輸送機運行速度智能控制，因為帶式輸送機處于輕載或者空載狀態，輸送帶仍高速運行，所以勢必增加帶式輸送機運行能耗[3-4]。為此，眾多的研究學者對帶式輸送機智能控制展開研究，其中奐光潤、張豪等[5-6]綜合使用PLC 技術、SCADE 組態軟件對煤礦井下帶式輸送機進行智能化改造，實現了帶式輸送機遠程啟動以及無人值守，有效降低生產運輸成本；王繼東等[7]提出綜合使用現場控制以及集中控制構建帶式輸送機智能節能控制系統，系統硬件結構以S7-300PLC 為核心，并設計軟件控制程序。因此，就以往學者研究成果基礎上，根據選煤廠帶式輸送機生產特點提出智能控制系統，該系統結構包括PLC、變頻器、電機以及各類安全監測傳感器等，并對系統結構以及控制軟件進行設計。

1 智能控制系統結構

山西某選煤廠洗選能力為500 萬t/年，采用先進的重介選煤工藝，洗選效率高、能耗低以及污染小等特點。塊煤（粒徑13～100 mm）、中煤（粒徑2～13 mm）、末煤（粒徑0.15～2 mm）分別采用重介淺槽分選、重介旋流器分選、螺旋分流器分選，煤泥（粒徑0.15 mm 以下）以及尾礦煤泥水等經濃縮池沉降后經由板壓車間回收。選煤廠布置有6 臺帶式輸送機，選用的帶式輸送機型號均為DT II 型，采用機頭單電機驅動方式，機尾液壓張緊，具體技術參數見表1所示。

表1 帶式輸送機技術參數

文中根據選煤廠帶式帶式輸送機搭接運輸特點，綜合使用PLC、變頻器、各類傳感器等設計智能控制系統，具體該系統結構如圖1 所示。

圖1 智能控制系統結構圖

智能控制系統依據首臺帶式輸送機煤流信息作為控制輸入參數，并通過PLC 向后續帶式輸送機發出控制指令，通過變頻器輸出電流頻率變化控制帶式輸送機運速。

2 智能控制系統硬件

2.1 PLC 控制流程

智能控制系統中PLC 是實現帶式輸送機智能運行的關鍵設備之一。PLC 需要與各類安全傳感器進行連接，對設備運行穩定性、性能以及接口數量等均有較多要求，同時PLC 應具備較強的抗干擾能力以及適應性。為此，文中選擇使用經濟性、穩定性等較好以及在工礦企業應用較為普遍的S7-1200PLC，該PLC 采用雙電源供電，并具備封堵的I/O 模塊以及擴展模塊。

具體PLC 模塊控制流程為：當接收到煤流量以及輸送機帶速信息后，智能控制系統首先通過比對確定最佳運行速度，并通過對比當前速度與確定的最佳速度對輸送機運行速度進行調整；控制系統通過計算確定變頻器輸出頻率、輸送機運行速度調整時間并將控制指令發送至PLC。具體智能控制系統中PLC 與其他硬件設備連接結構如圖2 所示。

圖2 智能控制系統中PLC 與其他硬件設備連接結構圖

2.2 傳感器

為了實現帶式輸送機運行智能控制，需要使用各類傳感器對帶式輸送機帶速、運量等進行檢查，為此提出采用跑偏傳感器、煙霧傳感器、打滑保護傳感器、速度傳感器、超聲波傳感器等對帶式輸送機運行進行監測。

采用型號UM30-2 超聲波傳感器，該傳感器具備有背景抑制功能，可實時獲取到輸送帶上煤量值并精準獲取測量距離；速度傳感器為光電式傳感器，型號為GSG8 型，速度測量范圍為0～8 m/s；溫度傳感器為熱電阻式傳感器，型號為PT-100，測溫范圍為-20～500 ℃；選用的煙霧傳感為GQQ0.1 型，當輸送帶出煙霧后傳感器會發出預警信息；跑偏傳感器采用GEJ30 型，分別布置在輸送帶兩側，當輸送帶偏移角度分別超過22°、40°時會分別發出報警以及停機運行信號；打滑傳感器緊貼輸送帶布置用以監測輸送帶與滾筒間速度差，避免輸送帶打滑故障發生。具體在選煤廠帶式輸送機上各類傳感器布置位置如圖3 所示。

圖3 各傳感器安裝位置示意圖

2.3 上位機

上位機用以實現帶式輸送機運行監控，上位機系統內嵌軟件包括有IFIX、MATLAB 等，IFIX 軟件主要應以監控帶式輸送機運行參數，MATLAB 軟件則用以對監控數據進行處理。當智能監控系統開始運行后，IFIX 軟件即開始對帶式輸送機運輸量、帶速、煙霧報警器等各類傳感器運行參數進行監控。通過改變變頻器輸出電流頻率對驅動電機轉速進行控制，從而實現帶式輸送機安全、智能運行。具體上位機平臺硬件結構如圖4 所示。

圖4 上位機平臺硬件結構圖

3 智能控制系統軟件設計

采用軟件平臺獲取各傳感器監測數據并對數據進存儲、處理及分析，采用OPC 軟件將上位機獲取到的各傳感器數據上傳到上位機IFIX 組態軟件，并通過IFIX 組態軟件實現帶式輸送機遠程控制、運行曲線顯示等。IFIX 組態軟件通過計算機串口、總線、以太網以及GPRS 等與PLC 進行數據通信，組態軟件結構包括數據采集以及管理模塊。數據采集模塊可對采集的數據進行整理分析并通過I/O 模塊進行數據通信；管理模塊則主要包括監控主界面、登陸界面、故障查詢界面、開機查詢界面以及歷史曲線界面等。

智能控制系統中PLC 程序軟件主要包括有智能控制子程序、啟動子程序、故障以及保護子程序等。

4 結語

在分析山西某選煤廠帶式輸送機運輸系統的基礎上，提出一種帶式輸送機智能控制系統，該系統結構由PLC、變頻器、各傳感器等構成。對帶式輸送機智能控制系統結構以及各硬件設備以及軟件結構進行設計。該選煤廠帶式輸送機采用該智能控制系統后可根據輸送煤量以及控制需要自動調整輸送機運行速度，從而在滿足煤炭運輸需要同時降低輸送機磨損以及運輸投入。