煤礦自動化控制技術在皮帶運輸中的應用

劉玉亮

（河南能源化工集團永煤公司新橋煤礦，河南 商丘 476600）

盡管在當前的發(fā)展過程中，我國社會對于煤炭的需求量越來越大，但是伴隨著綠色環(huán)保低碳理念的深入人心，煤炭需求在未來的發(fā)展過程中必定會逐漸轉型。而在這一時期我們需要做好的就是在力求實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)與利用節(jié)能環(huán)保的同時，提升煤礦生產(chǎn)運輸?shù)淖詣踊健Ｒ悦旱V井下運輸為例，在當前的皮帶運輸過程中，應用自動化控制技術主要有三種系統(tǒng)控制方式，分別為PID 控制技術、模糊控制技術與智能控制技術，而在皮帶運輸過程中，自動化控制技術將主要應用在保護運輸過程、控制運輸過程以及皮帶的自動化控制改造當中。

1 煤礦皮帶運輸自動化控制探析

從煤礦自動化控制技術來看，主要是以PLC 為基礎，可分為井下皮帶運輸站與地面控制中心這兩大部分。首先，地面控制中心主要負責針對整個系統(tǒng)的控制與操作，控制方式有手動與自動兩種。其中自動控制就是借助于操作臺將控制信號傳輸?shù)娇刂破鳟斨?，而后由控制器將對應指令發(fā)出，再借助于皮帶運輸機進行具體操作，比如運行操作與開關機操作等。同時這種方式還可以針對煤礦井下裝置發(fā)生的各種變化情況進行監(jiān)控，比如常見的瓦斯?jié)舛取⑷嚯娏鞯鹊?，另外，還可以將不同設備在運行過程中所產(chǎn)生的各類資料信息及時輸送到控制中心，從而更精準且快速地找出故障，確保煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全性。

2 煤礦井下皮帶運輸自動化控制的重要性分析

現(xiàn)如今，我國的煤炭行業(yè)已經(jīng)進入了一個發(fā)展的瓶頸期，煤炭生產(chǎn)企業(yè)正面臨著越來越大的生產(chǎn)壓力。因此，為保持傳統(tǒng)煤炭行業(yè)的活力，必須加大先進自動化控制技術的應用，從而對現(xiàn)有生產(chǎn)方式進行不斷優(yōu)化改造，以求從根本上提升生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，降低企業(yè)運營成本，為企業(yè)謀求更多經(jīng)濟與社會效益。在煤礦生產(chǎn)過程中，皮帶運輸裝置往往是不可或缺的一種設備。目前，有部分年限較為久遠的皮帶運輸裝置在運行過程中存在嚴重的質(zhì)量問題，比如功率不穩(wěn)、效率低下、電流過大等，嚴重影響著煤礦運輸工作質(zhì)量。對此，在其中加大自動化控制技術的應用力度，能夠從根本上解決這些問題，為傳統(tǒng)煤炭行業(yè)注入新鮮的血液與活力[1]。

3 皮帶機性能研究現(xiàn)狀分析

當前的皮帶機性能正在不斷優(yōu)化，主要體現(xiàn)出了以下幾個特征：（1）自動化程度不斷提升。目前在皮帶運輸過程中能夠針對各種參數(shù)信息開展實時監(jiān)控工作，根據(jù)自動控制裝置與大功率的軟啟動裝置，針對皮帶運輸過程中的不同參數(shù)信息開展實時動態(tài)化監(jiān)測與遠程控制，能夠有效減少啟動時因電流過大所產(chǎn)生的不必要電網(wǎng)沖擊影響，從而降低斷帶、撕裂等問題的發(fā)生概率；（2）設備趨向于大型化。目前皮帶運輸機設備當中的主要技術指標都正在向著大型化方向轉變，發(fā)展至今已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)年平均煤炭生產(chǎn)量千萬噸以上的大量運輸需求；（3）驅(qū)動技術不斷完善。目前可以通過先進控制理論來完善驅(qū)動模式，控制功能也越來越多樣化，因此能夠確保皮帶機運輸過程中的穩(wěn)定性；（4）設備技術不斷完善。在全新的皮帶機設備當中，大多配置有各種先進裝置，包括變頻裝置、自動清理裝置、保護裝置等等，工作效率與質(zhì)量得到了顯著提升[2]。

圖1 PLC 在配煤控制系統(tǒng)中的典型應用

4 皮帶機系統(tǒng)控制方式

4.1 PID 控制技術

自二十世紀三十年代以來，PID 控制就依靠于自身簡單的工作原理、方便的應用特性以及適應性較強的應用能力，在工業(yè)控制領域當中受到了廣泛運用。在當前的許多礦井當中，依舊存在這種技術的運用，但是PID 控制設備需要結合預先規(guī)劃好的具體控制參數(shù)針對被控制系統(tǒng)開展有效控制工作，在工作過程中經(jīng)常會受到種種因素的影響，包括系統(tǒng)非線性以及耦合性等等，所以針對一些較為復雜的井下工況來說，運用PID 控制技術時經(jīng)常會出現(xiàn)皮帶機負載變化不穩(wěn)定等情況，因此起不到良好的控制效果[3]。

4.2 模糊控制技術

井下煤炭運輸系統(tǒng)作為一種十分復雜的系統(tǒng)，其主要組成為非線性結構，因此往往不易建立起精確的數(shù)學模型。因為具有較多的系統(tǒng)干擾，再加上控制變量具有隨機性特點，所以導致皮帶機控制工作具有一定的不確定性，也就是模糊性?；谶@種問題，上述PID 控制技術便無法更好地滿足實際需求，因此可以采取模糊控制技術，只需要建立一個模糊的數(shù)學模型就可以解決這些問題。模糊控制技術主要具有以下優(yōu)勢：（1）需要建立更為精確的系統(tǒng)數(shù)學模型，適用于各類復雜系統(tǒng)當中；（2）具有較強的魯棒性，更加適用在對時變、非線性以及滯后等系統(tǒng)的控制當中；（3）以專家經(jīng)驗與知識為基礎，還可以借助于學習進行不斷更新，具有極強的智能性與自主學習性優(yōu)勢[4]。

4.3 智能控制技術

目前，伴隨著科技水平的提升，計算機在運算能力、存儲能力以及處理能力等方面得到了全面提升，從而大大推動了我們在智能控制領域當中的研究與發(fā)展。部分智能算法主要包括遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡以及蟻群算法等，并且集中表現(xiàn)在對人類的基因、大腦和各種生物生活的自然規(guī)律進行模擬，從而起到對受控制對象進行調(diào)整的目的。從功能、微觀結構這兩方面來看，主要是針對自然生物與人腦等具象物體進行了抽象與簡化，這也是在自動化控制當中的未來主要發(fā)展方向。

5 皮帶輸送機的具體優(yōu)化策略

5.1 皮帶機軟啟動

皮帶輸送機啟動時往往會出現(xiàn)較大電流，具體數(shù)值往往能夠達到額定電流數(shù)值的6倍左右，進而對電網(wǎng)、設備造成不良損害，嚴重時還可能發(fā)生燒毀電機的現(xiàn)象，對企業(yè)生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。另外，在皮帶機啟動過程中，張力還會隨之增大，對皮帶產(chǎn)生較大沖擊，這將直接對皮帶壽命造成不良影響。而在啟動時如果沒有足夠大的驅(qū)動摩擦，就有可能導致皮帶打滑情況的發(fā)生?；谶@些問題，就可以采取軟啟動的方式，有效控制皮帶機轉速與力矩，同時在針對一些傾角較大的情況時，也可以借助于軟啟動的方式，能夠有效避免物料下滑的情況發(fā)生，從而防止對皮帶機造成一定的傷害[5]。

5.2 變頻調(diào)速優(yōu)化

通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)，當前皮帶機在運行模式上還有待完善，特別是需要針對現(xiàn)有運輸系統(tǒng)進行完善，從而提升運輸效率。為科學地調(diào)控皮帶機，可以借助于對電機數(shù)目進行增加或者對電機轉速進行調(diào)整的方式實現(xiàn)，且主要以調(diào)速控制為主。具體的電機調(diào)速主要可分為以下幾種方式：轉子串電阻、變極以及變頻調(diào)速等等，其中變頻調(diào)速的優(yōu)勢將會更加明顯。這種調(diào)速方式是通過使電機頻率更高，而后起到調(diào)節(jié)電機速度的效果。借助于變頻調(diào)速的合理運用，既能夠有效改善啟動沖擊問題，達到軟啟動的目的，同時也能夠有效解決多臺電機功率不穩(wěn)定的問題，有效增加整體收益[6]。

6 煤礦自動化控制技術在皮帶運輸中的應用

6.1 保護運輸過程

自動化控制技術的合理運用能夠有效地對皮帶運輸裝置起到保護作用。通常，在皮帶運輸距離較長時，由于井下環(huán)境的影響，有可能出現(xiàn)嚴重故障。針對自動控制系統(tǒng)來說，包括保護開關和傳感器，需要保護開關動作，對閉鎖與跑偏進行識別，而后將這些信息反饋到控制中心，從而以故障信息為基礎進行有效處理。另外，在皮帶運輸過程中，最常見的一種問題就是溫度問題，由于運輸設備長時間運轉，產(chǎn)生的熱量也會讓電機溫度越來越高，當溫度過高時，就會影響到傳輸系統(tǒng)的正常工作。而借助于自動化控制技術，則能夠在運輸過程中針對溫度進行實時監(jiān)控，當發(fā)現(xiàn)溫度異常時，可以及時上傳到控制中心，并由控制中心作出反應，避免溫度問題的發(fā)生。

6.2 控制運輸過程

在皮帶運輸過程中，自動化控制技術的合理運用主要包括手動控制與自動控制兩種。一旦皮帶運輸裝置能夠始終保持穩(wěn)定，此時只需要工作人員啟動電控開關，受自動化控制技術的推動，系統(tǒng)就能夠按照預先設定的程序控制皮帶運輸裝置，從而實現(xiàn)自動控制。當皮帶運輸裝置發(fā)生故障時，傳感器會及時將故障信息輸送到系統(tǒng)內(nèi)部，在控制器分析完成之后，能夠及時發(fā)送反饋指令，停止設備運轉，此時故障信息也會輸送到控制中心當中。在故障完全排除之后，控制器會將運轉指令重新發(fā)送到設備當中，避免設備“帶病運作”，確保生產(chǎn)過程的安全性與穩(wěn)定性[7]。

6.3 皮帶自動化控制改造狀況

一方面，我們需要基于現(xiàn)有設備開展自動化控制改造，合理地運用原有平臺資源，并在改造過程中結合具體的工作環(huán)境，致力于與工作實際相符合。具體來說，可以在煤礦生產(chǎn)過程中，在生產(chǎn)調(diào)度室當中設置集控中心，從而更有利于監(jiān)控皮帶運輸裝置，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化的統(tǒng)計與分析。另一方面，可以在煤礦作業(yè)區(qū)域設置超聲波煤位儀，保障可以在超出預警數(shù)值的情況下，實現(xiàn)及時的自動化報警，從而有效避免煤礦塌方等嚴重事故的發(fā)生，確保作業(yè)區(qū)域內(nèi)工作人員的人身安全[8]。

7 結語

綜上所述，在煤礦皮帶運輸作業(yè)當中，自動化控制技術的應用能夠大大提升工作效率與質(zhì)量，因此不論是現(xiàn)在還是未來，自動化控制技術在煤礦生產(chǎn)領域都將發(fā)揮至關重要的作用，這需要相關工作人員加強對這種技術的認識，進一步提升這種技術的應用效果。