带式输送机集控系统设计与应用_高博.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：为了提高煤矿带式输送机的自动化程度，监视其正常运行，将集控系统应用于井下带式输送机。控制分站将所有带式输送机的KTC1 0 1控制系统信息集中起来，并且集中了各类传感器的数据，发送到主站，以实现井下带式输送机的集中控制。关键词：带式输送机；集控系统；控制分站；自动控制中图分类号：TD5 2 8+.1；TP2 7 7文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 2 1 4-0 3Design and Practice of Centralized Control System in Belt ConveyorGao Bo(Xiqu Colliery,Xishan Coal&Electricity Group Co.,Ltd.,Gujiao,Shanxi 030200)Abstract:In order to improve the automaticity of mining belt conveyor and monitor its normal operation,the author propose theapplication of centralized control system to underground belt conveyor,in which control substations concentrate the information ofKTC101 control system and the data of various sensors and sends to the main station,to realize the centralized control ofunderground belt conveyor.Key words:belt conveyor;centralized control system;control substation;automatic control带式输送机集控系统设计与应用高 博（西山煤电集团西曲矿，山西古交0 3 0 2 0 0）带式输送机是煤矿井下运输煤炭的主要设备之一，在一个采区往往存在多条带式输送机，且其控制系统和保护装置并不统一1，工作人员为了掌握所有带式输送机的运行状态和进行启停操作，需要到不同现场对不同设备进行操作，增加了作业成本2。为了将井下带式送机的状态监视、保护报警和控制操作等集中起来，将集控系统应用于带式输送机，并配置了各类传感器，完善了带式输送机的综合保护系统，可提高井下煤炭运输效率3-6。1集控系统结构带式输送机集控系统结构简图如图1所示，所有的设备按照功能和所处位置可分为3个层次，第一层是位于地面上的信息管理层，主要设备是工控上位机及工业电视，负责井下皮带运行数据的监控；第二层是数据通信层，主要设备是矿用交换机和工业以太环网，矿用交换机布置在地面监控室，工业以太环网布置在井下，通过10 0 0M网络将所有的现场子站联系起来；第三层是现场控制层，主要设备是以K T C 1 0 1为核心的子站及各类传感器，子站通过模拟量输入模块采集传感器产生的各类数据，并发送到以太网中，通过数字量输入模块接收故障状态、操作按钮等开关量开入信号，获取皮带运输机的工作状态，通过数字量输出模块向电机、洒水装置等设备发出开关量开出信号，完成洒水、电机启停等操作。信息管理层。工控上位机又称为地面操作员工作站，在此主机上可完成对皮带运输机的监视和自动控制，监视内容包括皮带运输机和传感器的故障状态、现场传感器采集的各类参数，自动控制内容包括皮带运输机电机正常启停和故障停机。数据通信层。数据通信层采用了“以太网+现场总线”的网络结构，10 0 0M工业以太网采用了嵌入式技术和链路聚合技术，使得集控系统数据传输可靠性更高、实时性更好。现场各类传感器使用现场总线技术将所有的信息通过4 8 5串口发送至分站，为了使信息传输更加统一开放，将这些现场总线接口统一转换为R J 4 5光口，这样就可以在以太网上传播。现场控制层。皮带运输机的控制系统采用K T C 1 0 1，能通过通讯接口连接集控系统分站，将所有的传感器信息和控制器控制权限集中起来，达到集中监视、集中控制的目的。2 1 4江西煤炭科技2023年第1期图1集控系统结构2系统故障及保护功能带式输送机常出现的故障有：滚筒打滑、皮带堆煤、皮带跑偏、烟雾、温度过高、皮带松弛、皮带撕裂等。针对上述故障，集控系统集成了相应的保护功能，通过安装传感器监测皮带输送机的运行状态，判断是否有故障发生，如果发生了故障，首先判别故障类型，然后发出相应的信号，通过继电器驱动相应的执行机构，进行停机或洒水降温等操作，保护设备的安全。滚筒打滑。带式输送机出线打滑的原因有：物料超载；滚筒和皮带之间落有异物，导致摩擦力下降；皮带跑偏后卡在滚筒上，滚筒空转而皮带不转；张紧装置异常导致皮带张力不够。跑偏保护。带式输送机跑偏的原因有：滚筒上两端粘煤，导致半径差别较大，致使皮带发生倾斜；在煤炭落在皮带上时分布不均匀，在长期的运行后导致皮带两端长度不等；拉紧装置、托辊等机构发生故障导致皮带跑偏。堆煤保护。带式输送机上堆积大量煤料的原因有：启动时机头堆积物料；大块物料阻挡了其它物料；带式输送机已经停机，在惯性的作用下仍然向皮带装载一定量的物料。堆煤会导致皮带打滑、电机堵转甚至电机绕组烧毁。温度保护。带式输送机出线温度过高的原因主要是皮带和滚筒打滑，滑动摩擦积累的热量导致胶带老化，甚至可能点燃粉尘等。因此设置温度保护，在监测到皮带温度超过一定值时发出温度保护信号，并且启动洒水，为皮带降温。撕裂保护。带式输送机发生撕裂的原因有：皮带打滑、皮带跑偏；在水滴长期作用下穿透胶带；胶带老化等。3传感器选型电感式防滑保护器。常见的带式输送机防滑保护器有滚轮式和电感式，电感式防滑保护器价格低廉且稳定性较好，因此防滑传感器选择安装此类保护装置。电感式防滑保护器由磁铁、支架和速度传感器等构成，将此贴安装在滚筒两侧，速度传感器安装在支架上，在皮带输送机运行时，速度传感器切割磁感线，从而得到胶带的运行速度，将此运行速度与电机滚筒的运行速度进行比较，如果出现较大差异则发出胶带打滑信号。跑偏传感器。跑偏传感器的型号为G E J-1 5/3 0，这款传感器由探杆、线嘴、跑偏箱体、旋转机构、行程开关和端子等部件组成，在皮带跑偏时，会触碰到探杆，探杆转动带动凸轮旋转，凸轮带动行程开关动作，输出报警或停车信号。堆煤传感器。堆煤传感器的型号为K G U 3 B，堆煤传感器通过4号线和5号线之间的电阻判断是否出现堆煤，将堆煤传感器悬于皮带正上方，当出线物料堆积时，皮带上物料的高度增加，4号线和5号线之间的电阻减小，发出出堆煤信号。温度传感器。温度传感器有温敏元件、热继电器等，考虑到使用寿命和安装便捷等因素，选用红外温度传感器。烟雾传感器。烟雾传感器采用G Q G 0.1型，这款传感器可以在火灾发生早期准确及时地探测到皮带产生的烟雾，输出信号为标准的开关信号，无烟时继电器接点接通，有烟时继电器接点断开，除了开关信号，还可以输出电流信号，无烟时1.0m A，有烟时为5.0m A。在探测到有烟时可在6 0秒内发出声报警。撕裂传感器。撕裂传感器型号为G V D 1 2 0 0，这种传感器采用压敏原理制成，外形为长方形，外边罩有防水布袋，通过两端的钢丝绳安装在带式输送机上，可以配合带式输送机综保装置，向其输出标准开关量信号。安装撕裂传感器时在胶带下方，在胶带发生撕裂时物料会渗漏到传感器的托盘上，当托盘上的物料质量达到一定值时，托盘上的杠杆转动，带动限位开关发出电信号。4上位机设计西曲矿南翼3条集中皮带和北翼2条集中皮带均使用K T C 1 0 1控制系统。K T C 1 0 1采用的是嵌入式技术，上位机采用嵌入式计算机，并配有两个2 1 5江西煤炭科技2023年第1期标准串口。皮带输送机在运行过程中会由于各种原因发生损坏或者故障，因此集控系统的一大作用就是使运行人员及时发现这些问题，为停机检修争取时间。本集控系统采用力控组网实现网络监控，工作人员可以在力控组态软件中启停I/O站点、启停皮带机、监视运行情况、记录运行数据等。发生故障后，警报信息直接上送到集控中心，在A c c e s s数据库中存储，供远程查阅。K T C 1 0 1中的以太网模块使得监控系统与无线路由器连接，工作人员可以在安卓手机中安装相应的A P P来获取皮带运输机的运行数据，随时完成监控。5保护程序设计向K T C 1 0 1内编写保护程序时采用模块化方式编程。保护程序的流程如图2所示，该程序即为集控系统的保护子程序，被主程序调用。正常运行过程中，主程序不断调用保护程序，以查询的方式依次对是否跑偏、是否打滑、是否急停、是否堆煤、是否温度超限、是否发生烟雾、是否产生撕裂进行访问，如果发生上述任何事件则发出报警信号，然后停机，如果未发生上述事件则继续正常运行，等待下一次查询访问。带式输送机张紧装置和防跑偏程序流程如图3所示，在皮带运输机正常运行之后，通过光电对管监测皮带位置，判断此时皮带张力是否处在正常范围之内，如果皮带张力小于正常范围，则张紧装置的电机正转一定角度，使皮带张力增大，反之皮带张力大于正常范围，则张紧装置的电机反转一定角度，使皮带张力减小，维持张力平衡。皮带张力调节正常之后，通过左右跑偏传感器检测皮带是否发生偏移，在左偏和右偏严重时直接迫使设备急停，如果跑偏传感器未检测到跑偏信号，则皮带正常运行。6应用情况西曲矿对南翼和北翼皮带分别进行集中控制，南翼集中系统覆盖南翼1#皮带、2#皮带、3#皮带，北翼集中系统覆盖北翼1#皮带、2#皮带。自2 0 1 6年起，各皮带机的电流、频率和温度等信号全部上传至控制系统内，实现了对各部皮带的集中启停控制。根据南翼和北翼皮带运行数据统计，在应用集中控制系统后的应用效益体现在三个方面：一是在性能上，在可靠性提高的基础上，还增加了调速功能；二是在经济上，与应用集中控制之前相比，调速功能可以为皮带系统节约1/1 0的电能消耗；三是在人员上，经改造后的皮带输送机可以实现远程操控，减少了2 3名一线作业人员。7结语在西曲矿的现场实践证明，将集控系统应用于井下带式输送机，控制分站将所有带式输送机的K T C 1 0 1控制系统信息集中起来，通过各类传感器的数据，发送到地面主站，提高了煤矿带式输送机的自动化程度，可以大大提高工作效率，减少劳动强度，节省运行成本。参考文献：1 李浩.带式输送机自动化控制技术研究与应用分析J.太原：机械管理开发，2 0 2 2，3 7（9）：1 6 3-1 6 4.2 郭晓丹，闫军.PLC在煤楼带式输送机控制系统中的应用J.洛阳：矿山机械，2 0 0 6（1 1）：8 9-9 0.3 田康.煤矿主煤流运输系统自动化集控设计J.北京：当代化工研究，2 0 2 1（1 3）：1 1 7-1 1 8.4 李荣进，吴呈阳，王茹，等.基于PLC和iFIX的带式输送机集控系统设计J.北京：煤炭工程，2 0 2 0，5 2（1 1）：1 7 5-1 7 9.5 杨星辉.带式输送机自动集控装置的应用研究J.太原：机械管理开发，2 0 2 0，3 5（1 0）：图2保护程序的流程图3张紧装置和防跑偏程序的流程（下转2 1 9页）2 1 6江西煤炭科技2023年第1期2 2 1-2 2 2.6 王连生，李继军，李晓龙.带式输送机集中控制系统开发与应用J.北京：煤炭科学技术，2 0 1 7，4 5（S2）：9 2-9 5.作者简介：高 博（1 9 8 7），男，河北定州人，2 0 2 1年毕业于北京科技大学电气工程及其自动化专业，机电助理工程师，现从事煤矿通风安全和机电管理工作。收稿日期：2 0 2 2-1 1-0 2编辑：许敦昂真，对起动时的速度以及电流进行分析。仿真时设 置 的 电 动 机 参 数 为：PN=2.2k W，UN=3 8 0 V，nN=14 5 0r/m i n，p=2，J=0.0 8 9k g.m2，Rs=3.1 2，Rr=2.6 1，Lm=2 8 4.5 5m H，Ls=2 9 4.8 6m H，Lr=3 0 5.4 8m H。速度给定值及实际值波形，根据波形可以看出：速度响应快、超调小，调节时间短，系统具有较好的速度控制性能，如图5所示。带载启动时A、B相电流的波形。由图可以看出，启动过程平稳，如图6所示。图5带式输送机软起动速度波形图6带式输送机软启动时A、B相电流波形4.2试验测试为验证该智能软起动控制器实际应用效果，在实验室条件下完成应用测试。实际观察发现，带式输送机空载、重载起动过程平稳、启动时间长、输送带张力波传播速度小、起动速度提升缓慢，保证了带式输送机安全、平稳运行。5结论以煤矿带式输送机为研究对象，重点介绍了智能软起动控制器的硬件、软件设计思路和方法，基于S T M 3 2控制器，采用脉冲恒流起动模式实现了带式输送机智能软起动过程并完成系统仿真与试验测试：1）实现了带式输送机脉冲恒流软起动控制器，达到了起动电流小、平稳性好、安全系数高的目的。2）经仿真和应用测试，该带式输送机软起动控制器满足设计要求，提升了带式输送机的智能化水平，有助于增强带式输送机运行安全系数和运行效率。3）后续将用于现场工业试验。参考文献：1 李隆，崔红伟，廉自生，等.不同软启动时间下重型刮板输送机动态特性J.北京：科学技术与工程，2 0 2 0，2 0（8）：3 0 4 2-3 0 4 7.2 李强.选煤厂皮带输送机变频调速系统设计J.广州：机电工程技术，2 0 2 0，4 9（2）：1 7 0-1 7 1，1 8 5.3 赵松，李建华，魏忠斌.基于AMESim的带式输送机起动过程研究J.哈尔滨：煤矿机械，2 0 1 9，4 0（1）：4 9-5 1.4 王中华.矿井煤流输送系统优化控制关键技术研究D.徐州：中国矿业大学，2 0 1 4.5 钱科.矿用大功率带式输送机软起动及功率平衡分析J.哈尔滨：煤矿机械，2 0 1 9，4 0（9）：9 2-9 4.6 王腾，夏护国.重型刮板输送机驱动方式比较分析J.北京：煤炭科学技术，2 0 1 3，4 1（9）：1 5 4-1 5 8，1 6 2.作者简介：徐光泽（1 9 8 9），男，浙江温州人，2 0 1 5年毕业于中北大学电气工程及其自动化专业，电气工程师，电工技师，现从事选煤厂设备电气设计与维护工作。收稿日期：2 0 2 2-0 5-1 9编辑：许敦昂（上接2 1 6页）2 1 9