煤矿井下带式输送机智能控制系统研究_袁德鹏.pdf

煤矿井下带式输送机智能控制系统研究袁德鹏（晋能控股煤业集团同发东周窑煤业有限公司，山西大同037100）摘要：在实际的煤矿运输中，带式输送机发挥着主要作用，极大地满足了煤矿企业的生产需要。由于带式输送机在高负荷运转和长期处于恶劣环境的影响下，会出现不同程度的故障和能源浪费，制约了煤矿运输工作的质量和效率。结合时代的发展，可以将带式输送机和智能化控制系统结合，不断优化输送机的运行速度，使其达到降低能耗和磨耗的目的，在充分发挥变频器的功能下，帮助煤矿企业实现可持续发展。关键词：煤矿运输带式输送机智能控制系统中图分类号：TD634.1文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0227-03引言目前在煤矿企业的生产中，带式输送机由于具有运输效率高、运输量大和可控制运输距离的特点，在煤矿生产中被广泛应用。不过受到井下生产环境的影响，输送机会体现出不均匀性，进而出现轻载、空载等现象，井下带式输送机仍然保持一定的速度运行时，不仅会出现电能的浪费，而且还会加剧设备的磨损。为此，需要结合带式输送机的运载量，完成对运行速度的智能化控制调节，进而保障带式输送机的运行效率和质量，促进煤矿企业的可持续发展。1煤量识别控制在井下带式输送机进行煤炭运输时，带式输送机的煤炭运量 Q、带速 v 和实际功率 P 三者成正比关系，具体关系如图 1 所示。结合图 1 发现，功率会随着带速的提高而提高，且带速不变时功率随着运量的增加而增加，不过在实际输送机的运行中，运量处于变化中，带速却处于匀速中，所以无法提高输送机的功率，造成能源浪费。需要通过煤量识别来完成对带速的控制，提高设备运行功率。1.1煤量识别流程在针对输送机进行智能化控制研究时，需要先对煤量识别功能进行完善，这也是智能化控制系统的重要组成部分。图 2 为带式输送机的智能控制系统简图。为了使井下带式输送机精准识别煤炭量及智能化控制，需要利用好视频识别技术，目前视频识别技术在煤矿企业中被广泛使用，有着整体识别度高的优势。在视频识别技术的具体应用中，是通过计算机设备完成对视频中图像的分析，再通过一定的处理和加工后，实现对图像视频的有效识别，帮助煤矿企业掌握带式输送机上煤量的运输量。通过对视频图像进行预处理，会将感兴区域进行特征提取和面积计算，最终得出精确的瞬时煤量。下页图 3 为具体的视频识别流程。1.2视频识别要点分析在实际输送机的视频识别运行中，感兴趣区域和煤流区域是最为关键的两个方面。首先针对感兴趣区域而言，是视频识别中对带式输送机的位置和宽度进行的精确定位，能结合降低图像背景的方式，对相关区域进行精确的识别，以确保对煤炭运输量的有效识别。其次，将感兴趣的区域作为识别基础，利用能量、运输特征和煤流颜色等方面，作为时域和频域的特点。最后在相关人员对图像区域进行具体化的交集运算后，完成对整个煤流区域面积精准把控1-2。2输送机梯度调速智能控制2.1井下带式输送机的梯度调速上面叙述结合煤量进行带式输送机运转速度调整的方法，虽然可以起到降低输送机能耗的目的，不收稿日期：2022-03-21作者简介：袁德鹏（1993），男，山西大同人，本科，毕业于河北农业大学现代科技学院电气工程及其自动化专业，助理工程师，主井皮带队技术员。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.091图 1带式输送机功率、运速和运量的关系PQ1Q2Q3v图 2带式输送机智能控制系统简图带式输送机监控总站带式输送机智能控制冗余站地面控制总站井上井下防爆交换机防爆交换机防爆交换机煤流智能控制系统煤流智能控制系统自动化系统设计机械管理开发第 38 卷过在降低输送机磨损问题上的效果并不明显，且煤量识别过程中，数据传感器容易受到外界各种因素的干扰，从而容易出现输送机速度调节滞后的问题，当煤量增大时带式输送机的运转速度没有发生变化，会出现不同程度的溢煤和堆煤的问题，这也会加剧输送机的磨损，降低其使用寿命。为此，下面将提出一种新的调速控制方式，在煤流量处于 A 区域时，如果输送机的运转速度平稳且恒定，在煤炭进入 B 区域时，需要将 B 区域的输送机运转速度调至适合本区域的运转速度3。要结合煤流量识别结果和单位长度煤流量来确定输送机的运行速度，具体煤流量和带式输送机的运行速度关系如表 1 所示。2.2优化模糊控制为了实现对调速控制流程进行简化，需要在智能控制系统中利用模糊控制策略，将获得的信息通过模糊处理后转变为模糊控制量，在利用模糊规则和模糊量下实现对模糊推理的完成，模糊控制的流程如图 5所示。为了确保带式输送机实现平稳调速，需要将单位长度的煤量 Q、输送机张紧力变化率 DF作为模糊输入量，通过模糊处理器处理后，可以将运行速度 v作为输出量。通过试验单位长度煤量的变化范围在0390 kg/m、张紧力变化率的变化范围在-144145N/s、输送机运行速度的变化范围在 04.8 m/s。2.3智能调速控制系统智能输送机的调速控制系统如图 6 所示，利用输送传感器可以对输送带的运转速度进行实时监控，结合视频识别技术对输送带上的煤流量情况进行掌握。同时要将输送带上的煤流量信息和输送机的运转速度输入到力学模型中，利用模糊控制器实现模糊决策，这样可以输出和煤流量运行对等的速度命令，然后在变频器的频率调整下，完成对带式输送机电机转速的控制，最终完成输送机的职能阶梯调速。3工程应用分析结合某煤矿企业应用带式输送机智能控制系统的 效 果 分 析，该 煤 矿 企 业 选 择 的 设 备 型 号DTL-1200，具体参数如表 2 所示。在对输送机煤流量和运行速度的数据进行采集后，可以发现带式输送机运行速度会结合煤流量的进行阶梯调速，在煤流量变化小时输送机运行速度基本保持不变，在煤流量增加时则阶梯增加或者降低设备的运行速度。其次，在进行试验检测中发现带式输送机的单位输送煤量最大值可达到额定值的 80%，且在利用智能控制系统后，并未出现溢煤和堆煤等问题，在结合输送带的运输煤量进行梯形调整运行速度后，可以满足煤矿企业的发展需要。最后，通过数据统计，带式输送机的高速和低速累积运行时间为 12 min，而图 3运输煤量的视频识别流程单位长度煤量/（kg m-1）煤流量/（t h-1）带速/（m s-1）3503916 0706 7504.83143505 4326 0704.32733144 7235 4323.82322733 9724 7233.31902323 2823 9722.81471902 5553 2822.31472 5551.8表 1煤流量与运行速度的关系图 5模糊控制流程图 6输送机智能调速控制原理设备型号 运输距离/m带强/（N m-1）额定运行速度/（m s-1）电动机功率/kWDTL-12001 0002 5004.83400表 2设备参数输入视频图像预处理感兴趣区域获取获取时域特征提取频域特征分割时域煤流分割频域煤流取交集煤流区域面积感兴趣区域面积计算瞬时煤量煤量发送输入信息输出结果计算控制变量非模糊化处理模糊量化处理模糊控制规则模糊决策动力学模型动力学模型速度传感器煤量视频识别模糊控制器变频控制系统带式输送机额定负荷满载运行2282023 年第 2 期中速运行的累积时间能达到 98 min，这说明智能控制系统在应用中主要保持中速运转，另一方面，通过中速运转既可以实现煤炭的运输要求，也可以降低输送带和变频机的设备磨损，同时也能提高设备的寿命和减低能耗，在积极应用智能控制系统后后，促进了煤矿企业的健康发展。4井下带式输送机智能控制系统的优势及应用前景首先，在应用智能控制系统的优势中，既可以提高煤炭输送的效率，也可以降低能耗和设备的磨损，有效落实可持续的发展理念。从设备故障率和生产问题上看，在利用智能控制系统后，故障发生率明显降低，需要煤矿企业重视智能控制系统的应用。其次，在智能化控制系统的应用前景上，目前各行各业的竞争压力都十分巨大，对于煤矿企业而言，国家在能耗上的要求较高，积极使用智能控制系统可以降低能源的浪费，有利于满足国家构架生态中国的要求下，实现可持续的发展，是未来带式输送机的主要升级方向。参考文献1米迎春.煤矿井下带式输送机智能控制系统应用要点探析J.科学技术创新，2022（4）：53-56.2王飞.煤矿井下带式输送机智能控制系统研究J.煤矿现代化，2021，30（4）：46-48.3宋俊斌.煤矿井下带式输送机智能控制系统研究J.煤矿现代化，2021，30（2）：184-186.（编辑：王慧芳）Research on Intelligent Control System of Underground Belt Conveyor in Coal MineYuan Depeng（Jinneng Holding Coal Group Tongfa Dongchuyao Coal Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037100）Abstract:In practical coal mine transportation,belt conveyors play a major role and greatly meet the production needs of coal miningenterprises.As belt conveyors operate under high loads and under the influence of a harsh environment for a long time,different degrees offailure and energy wastage can occur,which restricts the quality and efficiency of coal mine transportation work.Combined with thedevelopment of the times,the belt conveyor and intelligent control system can be combined to continuously optimise the operating speed ofthe conveyor,so that it can achieve the purpose of reducing energy consumption and wear and tear,and help coal mining enterprises toachieve sustainable development with the full use of the function of the frequency converter.Key words:coal mine transportation;belt conveyor;intelligent control systemApplication of Inertial Navigation in Coal Mining Machine Positioning and AttitudeMeasurementYu Hui（Shanxi Coking Coal Xishan Coal and Power Xiegou Mine,Xingxian Shanxi 033699）Abstract:In order to improve the level of coal mining machine memory cut-off technology and promote the development of comprehensivemining working face equipment in the direction of wisdom and unmanned,the application of inertial navigation system in coal miningmachine positioning and attitude measurement system is studied.Firstly,it analyzes the working mode of three machines in cooperation,which makes the trajectory of coal miner including S-type and linear-type,etc.Secondly,it analyzes the principle of Jetlink inertialguidance,and finally gives the hardware structure and selection basis of Jetlink inertial guidance system,and analyzes the workflow of thesoftware of positioning and attitude measurement system.Key words:Jetlink inertial guidance;coal mining machine;cooperative positioning（上接第 226 页）的提升机系统进行恒减速制动试验，实验验证新系统速度制动稳定，提升效率提高 15%，速度波动较小。参考文献1海玉虎.煤矿皮带机安装调试过程中的常见故障的分析J.中小企业管理与科技，2020（9）：156-157.2王翼飞.水轮发电机组调速机常见故障分析及处理J.科技创新与应用，2014（18）：98.3赵晋.煤矿提升机制动系统的优化J.缔客世界，2019（6）：273-274.（编辑：王慧芳）Research on Constant Deceleration Control System of a Mine HoistGao Binxue（Large Equipment Team,Meiyukou Mines,Jinneng Holding Coal Group,Datong Shanxi 037041）Abstract:In order to improve the efficiency of mine hoist,i.e.safety performance,and reduce the occurrence of safety accidents such asrope breakage and overcoiling during the use of mine hoist,a constant deceleration control system for mine hoist was designed andoptimized,and the optimized mine hoist was applied to a large coal mine for testing.The test showed that the optimised mine hoist wasable to complete the deceleration to 0 within 5 s.The hoisting efficiency was increased by 15%,and the mine hoist had stable braking andless fluctuation,which met the working requirements of the mine.Key words:mine hoist;constant deceleration;control system（上接第 224 页）袁德鹏：煤矿井下带式输送机智能控制系统研究229