煤矿带式输送机智能控制系统探讨

2022-09-21 16:45:28 来源:写作指导

摘要:针对现阶段我国带式输送机在智能控制系统建设方面存在的问题,总结了适用于智慧矿山信息化建设的带式输送机智能控制系统的设计思路,通过采集数据、分析数据、下达指令、执行动作等操作,实现了带式输送机智能控制,对确保带式输送机安全高效运行和智慧矿山建设具有重要意义。

关键词:煤矿;带式输送机;PLC;智能;控制系统

0引言

随着我国智慧矿山建设工作的稳步推进,煤矿生产设备对智能控制系统的要求也日益提高。其中带式输送机作为煤矿生产的重要运输设备,其智能控制系统的应用水平在一定程度上影响着我国智慧矿山建设的整体水平。现阶段,我国在带式输送机智能控制系统研究方面取得了长足的进步,但其智能控制系统仍然存在着系统可靠性差、存在信息孤岛等问题。

1带式输送机智能控制系统设计方案

带式输送机是一种以柔性输送带作为承料部件和牵引部件输送物料的输送机构,其主要构件包括输送带、驱动装置、张紧装置、机架、托辊、清扫器、安全监测装置、自动保护装置以及装载和卸载装置等,这些机械装置通过协调配合,完成了煤炭的运输。

(1)软启动系统

基于安全生产需要,我国规定煤矿用带式输送机必须配备软启动装置,且煤矿用输送机的软启动加速度必须介于0.1~0.3m/s2。目前较为成熟的软启动技术主要包括调速型液力耦合器、CST可控启动传输设备、变频器调速技术等。这3种软启动技术在系统可控性、调速性能等方面各有优势。因此,在建设带式输送机智能控制系统时,可根据实际需要加以选择。带式输送机常用软启动方式性能对比如表1所示。

(2)智能调速系统

生产中,由于井下开采方式、工作面布置的多样性,煤流运输系统可能存在煤量过多、过少或是空载状态。带式输送机在不同煤量状态下采取相同速度运行,则会造成电能浪费、输送带磨损增大、整机寿命减少等后果。因此,针对煤量的变化采取智能调速控制是十分必要的。智能调速控制系统可由变频传送部分、逻辑控制部分和采样传感器部分构成。变频传送部分采用变频调速装置控制电机,运行时自适应调节速度以及驱动电机速度;逻辑控制部分由PLC和上位机构成,可对设备进行制动、张紧、变频等控制以及对传感器采集来的信号进行分析和处理,实现对输送机进行相应速度调节和输送机故障保护停机等动作。传感器部分可根据现场工况选择超声波煤流传感器、高清摄像头煤流传感器等数据采集设备,配合输送带速度传感器组成智能调速控制系统。该控制系统构成如图1所示。通过煤流传感器对带式输送机煤量进行数据采集并配合数据数字化分析,将分析结果输入到PLC调速功能模块,依据带式输送机上的实时载荷和带速对带式输送机变频器输出功率进行智能调整,通过模糊控制算法构建模糊控制模型,调节带式输送机运行速度,可实现煤量、带速的优化调速运行。

(3)智能监控系统

智能监控系统是带式输送机安全运行的重要保障,基于带式输送机使用过程中的危险点分析,带式输送机需建立一系列监控单元:①带速监控单元用于监控输送带打滑故障;②输送带张紧力监控单元用于监控输送带断带故障;③电机监控单元用于监控电机电压、电流、温度、转速故障;④输送带跑偏角度监控单元用于监控输送带跑偏故障;⑤落煤与输送带接触点监控单元用于监控输送带堆煤故障;⑥瓦斯浓度监控单元用于监控运输巷道瓦斯安全故障;⑦烟雾浓度、空气温度监控单元用于监控火灾风险;⑧托辊承受压力监控单元用于监控输送带纵向撕裂故障。综上所述,带式输送机智能监控系统需根据不同监控单元的监控内容设置相应传感器,并通过基于国家、行业标准框架构建的通信协议进行数据传输。由PLC对输入数据进行数字化分析并发出动作指令,并通过执行机构完成相关指令。安全监控方案如图2所示。

(4)智能保护系统

带式输送机智能保护系统的作用主要是对带式输送机的故障进行保护,并具有语音报警提示和故障显示功能。智能保护系统与智能监控系统联系紧密,是对智能监控系统采集数据进行故障判定后的执行保护动作的智能系统。主要保护动作包括:

①速度保护

在带式输送机运行状态下,根据实际工况设定带式输送机实时带速阈值,当实时带速持续超出阈值时,主机将执行带式输送机终止联动运行指令,并同步发出报警信息;

②张紧保护

张紧力传感器实时检测输送带张紧力数值,并将数值传输至主机进行数据分析。当主机数据分析判定张紧力大于或小于额定值区间时,将发出改变张紧力指令。张紧装置执行主机指令,增大或降低带式输送机张紧力至额定值区间。当张紧系统发生故障时,主机将执行联动停机指令,实现张紧保护;

③电机保护

传感器实时采集电机运转电压、电流、温度、转速等参数,通过主机数据分析,对采集到的异常数据进行判定,并发出相应指令,由执行构件完成相应指令动作;

④跑偏保护

输送带发生跑偏时,控制跑偏调整的执行机构根据主机指令启动,自动纠偏调整带式输送机状态直至恢复正常。如偏转角度超过警戒阈值,主机发出停机指令,实现安全保护。

2智能控制系统平台搭建

(1)硬件平台搭建

系统硬件平台首先采用PLC设计井下控制分站,然后在分站布置软启动装置、调速系统传感器、监控单元传感器、数据传输网络等硬件设施。井下控制分站结构如图3所示。

(2)软件平台搭建

软件平台搭建主要是对带式输送机智能控制系统下位机主程序和子程序进行编程设计及构建系统控制方式。主程序作为系统的管理调度核心,主要用于对子程序进行调用,以此实现集中控制。编程可采用模块化编程思想,对智能控制系统的主程序和子程序进行设计。程序控制结构图如图4所示。带式输送机智能控制系统的控制方式由远程控制和就地控制2种模式组成。在远程控制模式下,煤矿调度中心工作人员可通过上位机实现井下带式输送机智能控制系统的远程操作。在就地控制模式下,可由井下工作人员通过集控操作台对系统进行就地操作。

3结语

带式输送机是煤矿生产的重要运输设备,其工作性能对煤矿安全高效组织原煤生产具有重要影响。随着我国智慧矿山建设的发展,设计优化带式输送机智能控制系统,进一步提升输送机整机性能具有重要的应用意义。

作者:孟繁君 单位:扎赉诺尔煤业有限责任公司