帶式輸送機智能控制系統的改造設計及應用分析

李 超

（晉能控股煤業集團挖金灣煤業有限責任公司，山西大同037000）

在當前的煤礦產業發展中，既要運輸機具備遠距離、大運量的運輸能力，并且需要由人工操作的模式向逐漸轉變成為智能自動化控制。當前皮帶輸送機的研制與應用，其核心技術包括：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電機驅動技術，可以實現電機運行功率和轉向的快速調節；③大量的運用了一些具有高性能和高可靠性的元部件，如變頻控制、調速耦合等；④控制系統采用高檔可編程控制器PLC，通過編程技術和各種繼電器，能夠實現系統的工作狀態監測、工作指令的傳輸、工作故障的診斷；⑤帶式輸送機具有多種保護裝置，可以在打滑、溫度異常等多種工況下保護運輸機的安全。經過實踐調查，煤礦帶式運輸機在使用過程中存在一些弊端。例如在實際操作中還需要大量的人員操作，自動化水平較低，不僅生產效率得不到保證，并且還威脅到工人的生命安全，煤礦的智能化升級趨勢已不可阻擋，需要及時進行升級。

1 改造前帶式輸送機狀況分析

晉能控股煤礦在礦井的西南側設置了主要輸送帶大巷，其巷道位于20210回風聯絡巷和主要輸送帶運輸巷的交匯點。DTL 100/100/2×2805 ( A)帶式輸送機是礦井中運煤的主要設備，輸送帶采用了強力阻燃材料，B表示帶寬，其取值范圍在800～1400之間，單位：mm；L表示長度，其取值范圍在100～3000之間，單位：m；Q表示輸送量，其取值范圍在100～8000之間，單位：t/h；P表示功率，其取值范圍在30～1000之間，單位：kW。

改造前該DTL 100/100/2×2805(A)帶式輸送機各項運行性能的狀態包括：①開啟及停止狀況。主運輸皮帶大巷DTL100/100/2×280S(A)帶式輸送機需要專門的控制人員，始終保持在工作崗位上控制設備的工作狀態。在實際的工作中采用人工操作，工作人員在機尾向機頭位置的司機傳遞指令信號。從實際效果來看，改造前對工作人員的需求量較大，且勞動強度大，效率低。②保護系統狀況。DTL100/100/2×280S(A)帶式輸送機在運行中，在安全系統的設置中存在較大的監控漏洞，各個系統是相互獨立的，不能通過中央控制單元實現各系統的控制，實現遠程控制難度較大，面臨較大的安全風險。例如在出現參數異常時，無法及時獲取到故障信息，無法及時地進行停機操作，導致故障發生的概率較高，生效效率大大降低。

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)在運行過程中存在的系統缺陷，對該系統實施全面的智能化升級。升級完成以后，該智能控制裝置的關鍵部分是PLC。本控制系統的關鍵部分是PLC 控制，它包括操作界面、PLC 控制器和各種保護傳感器。該體系共包括如下三個結構層：第一，頂層為監控信息層；第二，中間層為控制執行層；第三，底層為收集信息的執行器層。通過主站控制，可以在監控平臺上監測運行參數，并發出操作指令，對運輸機進行遠程控制；井下通信系統采用了一種以工業環形網交換器為核心的通信系統，通過光纖連接來實現數據的實時交互；礦井下的控制區，通過監控系統實時地將數據上載，并按照這些數據發送操作命令；井下感應執行器層，通過各種不同類型的感應器對皮帶運輸車的速度、溫度、跑偏進行檢測，同時可以將相關指標參數上傳至中央控制器。

2.2 智能化系統功能分析

（1）系統控制功能:智能化系統具備完整的功能模塊，可以在手動模式和自動模式之間進行便捷的切換，同時具有自動鎖止和自動停車等保護功能。①遠程控制:通過控制主站發送控制指令，遠程改變皮帶主機的工作模式；②就地自動控制:在自動控制裝置發生失效時，由自動操作變為人工操作；③手動控制:當需要對設備進行日常的檢修時，工作人員可以通過手動模式對保護功能進行控制；④閉鎖控制:用于控制工作時各模塊的工作順序，例如在系統開始時主皮帶先開始工作，然后開始給煤設備。在系統關閉時，應該先關閉給煤設備，然后再關閉主皮帶；⑤緊急停車:在裝置操作中發生故障時，可以對裝置進行緊急關閉，并對與其相關的裝置進行控制。

（2）連鎖控制功能:與MST 控制柜、給煤機和其它輸送帶進行聯動控制。實現不同設備工作狀態的先后控制，在皮帶輸送機起動后，送煤裝置的安全鎖定控制可以解除，否則不能獨立起動。且主皮帶的工作狀態受到受煤皮帶的控制，只有受煤皮帶啟動了，帶式運輸機才能開始輸煤。該系統是否能夠工作，依賴于保護系統運行狀況，只有在其運行正常時，它才能夠正常地運行。當系統出現故障時，能夠隨時對系統進行停機控制。

（3）帶式輸送機在線檢測的參數:6 個電機上的溫度監測點、4個軸承上的溫度監測點、6個電機電流檢測點、2 個電機電壓監測點、電機的系統工作狀態、電控柜、MST 控制柜監控等。監控功能的實現是保障系統功能實現的重要手段。

3 主要功能的實現

3.1 地面監控系統

監控系統是大巷DTL100/100/2×280S(A)帶式輸送機的核心模塊之一，該模塊的組成包括底層的信號監測裝置、通訊接口、顯示操作界面和中央控制中心等。①以中心站點為核心，通過中心主站發出相應的控制指令可以實現帶式運輸機的運行；②在運輸機的驅動模塊加裝監控模塊，可以實時采集系統工作的參數，并進行驅動控制；③主控從控之間有電氣連接接口，功能是實現主站和分站之間的即時通訊。

SCADA的顯示頁面可以實時監控并顯示出運輸機的工作參數，圖1描述了運輸機在工作過程中的各參數指標變化情況。

圖1 帶式輸送機運行期間存儲的數據曲線變化圖

SCADA的主要作用是根據計算機的操作界面來調節運輸設備的運行參數。

3.2 帶式輸送機PLC控制系統

主要輸送帶大巷DTL 100/100/2×2805（A）型輸送帶智能PLC，可實現各種控制。該智能化控制系統采用57-1500型PLC控制柜，該控制柜作為系統的信息處理中心，將經計算得到的控制指令及時發出，保證設備按照預期進行工作。

4 應用效果分析

在2021 年8～9 月，該礦完成了主運輸皮帶大巷DTL 100/100/2×280S(A)升級改造，添加了智能控制和安全保護模塊，并將改造后的系統正式投入到正式的生產活動中。試驗結果顯示：大巷輸送機主要輸送帶大巷輸送機的智能監控系統工作穩定、可靠，使其能夠進行智能、集中、遙控地進行主要傳送帶、大巷輸送機的操作，具有良好的穩定性和安全性能。

（1）安全效益。更新和優化控制系統的硬件和功能，使得大巷DTL 100/100/2×280S(A)運輸機增加了智能模塊，可以實現遠程監控、管理、保護，同時大大提升了系統運行的可靠性和安全性。

（2）經濟效益。大巷DTL100/100/2×280S(A)帶式輸送機的改造可以極大地減少人力資源的消耗，以一臺運輸機為例，改造后每臺系統需要的人數減少了4人，僅每年節省的人力成本就達到了45萬元。

（3）社會效益。智能化監控體系的更新和使用，拋棄了傳統的手工操作方式，采用智能化、自動化控制技術，對輸送帶輸送機的作業進行了最優控制，是實現智能化、智能化礦山的基礎。