带式输送机智能控制系统的改造设计及应用分析.pdf

2023年第8期西部探矿工程*收稿日期：2022-09-01作者简介：李超（1995-），男（汉族），山西大同人，助理工程师，现从事煤矿机电工作。带式输送机智能控制系统的改造设计及应用分析李超*（晋能控股煤业集团挖金湾煤业有限责任公司，山西 大同 037000）摘要：针对晋能控股煤业集团某矿主运输大巷带式输送机存在运输效率低、安全性差以及智能化水平低等不足，对该运输大巷带式输送机运行控制方案进行了智能化改造设计，介绍了新智能控制系统的结构，分析了其功能，探讨了这些功能的具体实现方式，并分析了具体应用效果，应用结果表明：该智能控制系统可实现对带式输送机的远程智能控制，且系统运行安全稳定，进一步提高了带式输送机运行的安全效益与经济效益。关键词：带式输送机；智能控制系统；结构；功能；效果中图分类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)08-00131-03在当前的煤矿产业发展中，既要运输机具备远距离、大运量的运输能力，并且需要由人工操作的模式向逐渐转变成为智能自动化控制。当前皮带输送机的研制与应用，其核心技术包括：广泛地采用动态分析技术、机电一体化和计算机监控等高新技术；电机驱动技术，可以实现电机运行功率和转向的快速调节；大量的运用了一些具有高性能和高可靠性的元部件，如变频控制、调速耦合等；控制系统采用高档可编程控制器PLC，通过编程技术和各种继电器，能够实现系统的工作状态监测、工作指令的传输、工作故障的诊断；带式输送机具有多种保护装置，可以在打滑、温度异常等多种工况下保护运输机的安全。经过实践调查，煤矿带式运输机在使用过程中存在一些弊端。例如在实际操作中还需要大量的人员操作，自动化水平较低，不仅生产效率得不到保证，并且还威胁到工人的生命安全，煤矿的智能化升级趋势已不可阻挡，需要及时进行升级。1改造前带式输送机状况分析晋能控股煤矿在矿井的西南侧设置了主要输送带大巷，其巷道位于20210回风联络巷和主要输送带运输巷的交汇点。DTL 100/100/22805(A)带式输送机是矿井中运煤的主要设备，输送带采用了强力阻燃材料，B表示带宽，其取值范围在8001400之间，单位：mm；L表示长度，其取值范围在1003000之间，单位：m；Q表示输送量，其取值范围在1008000之间，单位：t/h；P表示功率，其取值范围在301000之间，单位：kW。改造前该DTL 100/100/22805(A)带式输送机各项运行性能的状态包括：开启及停止状况。主运输皮带大巷DTL100/100/2280S(A)带式输送机需要专门的控制人员，始终保持在工作岗位上控制设备的工作状态。在实际的工作中采用人工操作，工作人员在机尾向机头位置的司机传递指令信号。从实际效果来看，改造前对工作人员的需求量较大，且劳动强度大，效率低。保护系统状况。DTL100/100/2280S(A)带式输送机在运行中，在安全系统的设置中存在较大的监控漏洞，各个系统是相互独立的，不能通过中央控制单元实现各系统的控制，实现远程控制难度较大，面临较大的安全风险。例如在出现参数异常时，无法及时获取到故障信息，无法及时地进行停机操作，导致故障发生的概率较高，生效效率大大降低。2带式输送机智能化控制系统方案的设计2.1智能化控制系统结构设计针对主运输皮带大巷DTL100/100/2280S(A)在运行过程中存在的系统缺陷，对该系统实施全面的智能化升级。升级完成以后，该智能控制装置的关键部分是 PLC。本控制系统的关键部分是 PLC控制，它包括操作界面、PLC控制器和各种保护传感器。该体系共包括如下三个结构层：第一，顶层为监控信息层；第二，中间层为控制执行层；第三，底层为收集信息的执行器层。通过主站控制，可以在监控平台上监测运行参数，并发出操作指令，对运输机进行远程控制；井下通信系统采用了一种以工业环形网交换器为核心的通信系1312023年第8期西部探矿工程统，通过光纤连接来实现数据的实时交互；矿井下的控制区，通过监控系统实时地将数据上载，并按照这些数据发送操作命令；井下感应执行器层，通过各种不同类型的感应器对皮带运输车的速度、温度、跑偏进行检测，同时可以将相关指标参数上传至中央控制器。2.2智能化系统功能分析（1）系统控制功能:智能化系统具备完整的功能模块，可以在手动模式和自动模式之间进行便捷的切换，同时具有自动锁止和自动停车等保护功能。远程控制:通过控制主站发送控制指令，远程改变皮带主机的工作模式；就地自动控制:在自动控制装置发生失效时，由自动操作变为人工操作；手动控制:当需要对设备进行日常的检修时，工作人员可以通过手动模式对保护功能进行控制；闭锁控制:用于控制工作时各模块的工作顺序，例如在系统开始时主皮带先开始工作，然后开始给煤设备。在系统关闭时，应该先关闭给煤设备，然后再关闭主皮带；紧急停车:在装置操作中发生故障时，可以对装置进行紧急关闭，并对与其相关的装置进行控制。（2）连锁控制功能:与 MST控制柜、给煤机和其它输送带进行联动控制。实现不同设备工作状态的先后控制，在皮带输送机起动后，送煤装置的安全锁定控制可以解除，否则不能独立起动。且主皮带的工作状态受到受煤皮带的控制，只有受煤皮带启动了，带式运输机才能开始输煤。该系统是否能够工作，依赖于保护系统运行状况，只有在其运行正常时，它才能够正常地运行。当系统出现故障时，能够随时对系统进行停机控制。（3）带式输送机在线检测的参数:6个电机上的温度监测点、4个轴承上的温度监测点、6个电机电流检测点、2个电机电压监测点、电机的系统工作状态、电控柜、MST控制柜监控等。监控功能的实现是保障系统功能实现的重要手段。3主要功能的实现3.1地面监控系统监控系统是大巷DTL100/100/2280S(A)带式输送机的核心模块之一，该模块的组成包括底层的信号监测装置、通讯接口、显示操作界面和中央控制中心等。以中心站点为核心，通过中心主站发出相应的控制指令可以实现带式运输机的运行；在运输机的驱动模块加装监控模块，可以实时采集系统工作的参数，并进行驱动控制；主控从控之间有电气连接接口，功能是实现主站和分站之间的即时通讯。SCADA的显示页面可以实时监控并显示出运输机的工作参数，图1描述了运输机在工作过程中的各参数指标变化情况。SCADA的主要作用是根据计算机的操作界面来调节运输设备的运行参数。3.2带式输送机PLC控制系统主要输送带大巷 DTL 100/100/22805（A）型输送带智能PLC，可实现各种控制。该智能化控制系统采用57-1500型PLC控制柜，该控制柜作为系统的信息处理中心，将经计算得到的控制指令及时发出，保证设备按照预期进行工作。4应用效果分析在 2021 年 89 月，该矿完成了主运输皮带大巷DTL 100/100/2280S(A)升级改造，添加了智能控制和安全保护模块，并将改造后的系统正式投入到正式的生产活动中。试验结果显示：大巷输送机主要输送带大巷输送机的智能监控系统工作稳定、可靠，使其能够进行智能、集中、遥控地进行主要传送带、大巷输送机的操作，具有良好的稳定性和安全性能。（1）安全效益。更新和优化控制系统的硬件和功能，使得大巷DTL 100/100/2280S(A)运输机增加了智能模块，可以实现远程监控、管理、保护，同时大大提升了系统运行的可靠性和安全性。（2）经济效益。大巷DTL100/100/2280S(A)带式输送机的改造可以极大地减少人力资源的消耗，以一台运输机为例，改造后每台系统需要的人数减少了4人，仅每年节省的人力成本就达到了45万元。（3）社会效益。智能化监控体系的更新和使用，抛弃了传统的手工操作方式，采用智能化、自动化控制技术，对输送带输送机的作业进行了最优控制，是实现智（下转第135页）图1带式输送机运行期间存储的数据曲线变化图1322023年第8期西部探矿工程（2）18102回风顺槽顶板采用的组合锚索主要由一块长度及宽度为0.5m，厚度为6mm的钢板以及三根锚索组成，钢板上布置三个锚索钻孔，钻孔直径为30mm的锚索支护孔；组合锚索配备的三根锚索，两根长度为8.3m，直 径 为 17.8mm，一 根 长 度 为 10.3m，直 径 为17.8mm。（3）首先在指定顶板上采用锚索钻机施工锚索钻孔，钻孔施工后对钻孔内锚注锚索，每根锚索采用三根锚固剂进行锚固，锚索安装后外露长度控制在0.3m范围内，最后对锚索外露端安装托板并采用锁具进行预紧，预紧力不得低于290kN。3.3人工假顶施工为了防止冒漏区出现瓦斯积聚现象，决定对冒漏区处施工人工假顶，具体施工工艺如下：（1）首先在冒漏区下方施工三根锚索吊棚，每架锚索吊棚长度为4.2m，锚索吊棚与巷道垂直布置，吊棚布置间距为2.5m，锚索吊棚主要由一根长度为4.2m工字钢梁以及两根长度为4.5m锚索组成。（2）锚索吊棚施工完后保证三架吊棚位于同一水平面上且与设计顶板布置间距为0.2m；在三架吊棚上方依次铺设金属网以及风筒布，金属网与吊棚之间采用8#铅丝进行捆绑。（3）在金属网上方搭设道木，道木长度为2.0m，道木之间采用“井”字形布置，道木铺设到位后必须与冒漏区顶板接触严实；道木铺设完成后采用张拉千斤对锚索吊棚进行预紧10。（4）为了防止假顶间隙出现瓦斯间距现象，人工假顶施工完后对假顶区采用罗克休进行填充。4结束语截止2021年6月17日王家岭煤矿18102工作面已回采至540m，工作面已过F7断层影响区，通过对回风顺槽应力区顶板采取注浆、人工假顶等联合支护技术后，工作面在后期回采过程中冒漏区范围未出现扩大，冒漏区顶板整体稳定性提高，工作面回采顺利过冒漏区，取得了显著应用成效。参考文献：1李伟.初采工作面过断层注浆加固及回采工艺技术研究J.煤矿现代化，2020(6):34-36.2韩国杰.综采工作面端面冒漏区围岩支护技术J.机械管理开发,2022(4):111-112.3郭旺.综放开采工作面过断层注浆加固研究J.石化技术,2020(9):273-274.4韩鹏.综采工作面过断层顶板控制技术J.山东煤炭科技,2022(4):112-114.5张虎仕.综采工作面破碎顶板冒漏机理及控制研究J.能源与节能,2015(11):87-89.6苏楠.特厚煤层巷道冒漏区顶板控制技术J.江西煤炭科技,2022(2):24-26.7王晓光.掘进巷道高冒区安全支护技术应用J.山东煤炭科技,2021(9):13-15.8王巍.复合型顶板冒顶处置分析J.陕西煤炭,2018(S1):273-274.9顾嵇毓.掘进巷道冒漏区联合支护技术应用探讨J.江西煤炭科技,2022(2):235-237.10 刘彦明.掘进巷道冒落区支护技术应用J.机械管理开发,2021(10):176-177.（上接第132页）能化、智能化矿山的基础。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):12-15.2吕元杰.基于嵌入式技术的煤矿顺槽带式输送机智能控制方法J.煤矿机械,2021,42(12):34-36.3段鑫.基于模糊控制算法的输送机智能控制系统的研究J.机械管理开发,2021,36(3):79-81.4卫晋鹏.基于工作负载变化的带式输送机智能控制系统设计研究J.煤炭与化工,2021,44(1):95-97.5白田红.矿井带式输送机节能优化与智能控制系统的设计与应用J.煤矿现代化,2019(5):60-62.135