输送机智能化控制系统设计研究

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随着各个矿井主运带式输送机智能化控制的逐步完善，掘进巷带式输送机的智能化控制也逐步成为各矿井彻底实现运输系统智能化控制和进一步实现矿井减人提效的有效方式。赵庄矿2＃井目前有2个综采工作面和1个掘进工作面，通过6条带式输送机与主运带式输送机搭接，其中主运带式输送机已实现智能调速和远程集控，而井下上仓、西郊一部、西郊二部、2101、2013、2105等6条带式输送机除使用了KHJ1-127带式输送机保护系统外，仅利用变频器实现了软启动，还不具有根据负载实时调整带速的智能调速功能。为此，以这6条带式输送机为研究对象，通过增加智能化控制系统，使其具备煤流自动调速和自动化均衡控制功能，进一步保障带式输送机运输系统安全。

1智能化控制系统总体设计方案

掘进巷带式输送机智能化控制系统由地面带式输送机集控室和井下带式输送机智能化控制分站组成。其中地面带式输送机集控室主要由控制计算机、交换机和麦克风组成，具有各个带式输送机相关参数的显示及系统预警功能，此外还可对带式输送机进行远程监视及操作。井下带式输送机智能化控制分站以KXH18（A）矿用本安型可编程控制器为基础控制核心，使用DXJ660/18隔爆兼本安型电源箱作为电源，外接GSH6矿用本安型速度传感器、GL3-18矿用本安型煤流量传感器等设备，并与已安装的KHJ1-127带式输送机保护系统进行数据共享，读取各条带式输送机的相关运行参数，再通过工业环网上传地面机房服务器。地面带式输送机集控室内的控制电脑通过组态软件WinCC与已建立的主运带式输送机集控系统进行融合，显示矿井所有带式输送机的实时运行状态和参数，实现了矿井所有在用带式输送机的地面远程集中控制和单机就地控制。带式输送机智能化控制系统可准确测量并显示各带式输送机的运行速度、运煤量等参数，并根据可编程控制器内部的程序合理调整带式输送机运行速度，达到节能降耗的目的。系统总体架构如图1所示。

2带式输送机智能化控制分站设计及原理

带式输送机智能化控制分站是整个智能化控制系统的决策者，用于现场数据采集、处理及上传。带式输送机智能化控制分站是在原有KHJ1-127带式输送机保护系统的基础上，以KXH18（A）矿用本安型可编程控制器为决策核心，在不同控制模式下根据采集到的带式输送机的运煤量、速度、电机电流等各项数据，通过内部的逻辑运算输出相应信号，使外接设备做出相应动作，达到根据煤量对带式输送机进行智能调速的目的。带式输送机智能化控制分站硬件连接图如图2所示。带式输送机智能化控制分站主要由KXH18（A）矿用本安型可编程控制器、GSH6矿用本安型速度传感器、GL3-18矿用本安型煤流量传感器、DXJ660/18隔爆兼本安型电源箱等设备组成。煤流量传感器将瞬时接收到的煤流量信号传输给矿用本安型可编程控制器。矿用本安型可编程控制器通过电流信号输出控制带式输送机变频器的速度，并采集变频器的实际速度和电流，形成电流反馈和速度反馈。利用已安装的带式输送机保护系统输出信号给矿用本安型可编程控制器，矿用本安型可编程控制器则输出启动预警和运行信号给带式输送机保护系统，用于沿线启车预警和打滑保护。带式输送机智能化控制分站采用PID进行速度调节，设置带式输送机调速窗口时间T，当带式输送机当前运行速度高于调速控制器计算速度，且预计时间大于T时，才进行降速，可有效防止变频器频繁进行加减速导致机械结构或输送带损伤。同时智能化控制分站还可实现：（1）当上级带式输送机出现短暂的大煤量，下级带式输送机将在煤流到达搭接处前进行加速；（2）可编程控制器除了监控带式输送机煤量外，还可通过KHJ1-127带式输送机保护系统监控变频器的速度与电流，当带式输送机的速度与电流异常时，可编程控制器将发出报警；（3）为了避免重载启动，带式输送机控制器将在输送带拉空后才进行停车；（4）当煤流量传感器损坏或通信故障时，系统自动屏蔽调速功能，带式输送机恢复到无调速状态，同时利用原带式输送机保护系统进行报警，并同步上传到地面服务器，显示报警故障位置和状态。带式输送机智能化控制流程如图3所示。为保证煤量监测的准确性，本文使用的煤流量传感器采用超声波和激光传感器相结合的方式进行监测。超声波传感器稳定性好，不受煤尘和水的限制，温漂小，但采用面反射，只能测出最近距离，无法精确地检测出输送带上煤的包络曲线，响应速度慢。激光传感器采用时间飞跃法进行测距，具有响应速度快、点状测距的优点，但是玻璃容易受煤尘污染，维护不方便。煤流量传感器采用超声波作为校验和后备检测，采用激光传感器对输送带端面曲线进行检测、拟合，精确描述输送带上的煤量。带式输送机智能化控制系统还可以利用上位机进行煤流预测控制，在多盘区同时向大巷主运带式输送机进行输煤的情况下，当各盘区带式输送机煤流总和将要到达大巷主运带式输送机最大运能时，上位机将提前给出加速信号，让大巷主运带式输送机加速。如此时大巷主运带式输送机已达到最大速度后仍无法满足运量需求，此时上位机将根据运行策略中各条大巷主运带式输送机的优先级，从低到高对相应盘区的带式输送机进行限速运行，保证煤运系统煤量均匀。

3掘进巷带式输送机智能化控制系统特点

掘进巷带式输送机智能化控制系统具有自动控制模式和单机控制模式。自动控制模式可以选择顺煤流启动模式，也可以选择系统自动调速模式。单机控制模式又可分为单机定速运行模式和单机自动调速运行模式。在系统自动调速模式下，系统所有带式输送机进行联动自动运行，当带式输送机的某个料流传感器损坏时，该带式输送机调速控制器将自动切换到额定速度运行；在单机控制模式下，系统失去对该带式输送机的控制权，带式输送机调速控制器与料流传感器形成封闭的单机调速子系统。此外，带式输送机智能化控制系统还具有以下特点：（1）采用双重冗余法对煤流进行检测，保证系统安全；（2）可动态显示带式输送机上的煤流分布；（3）可实现带式输送机的集中控制，显示带式输送机保护状态、变频器状态、煤量状态，对整个煤流系统进行一键启停和单机启停；（4）采用参数化设置，煤流控制投切简便；（5）采用全网络传输，系统架构简单；（6）采用超前监测与超前控制方法，可以将主运输带式输送机过载的可能性降到最低；（7）可以根据现场的实际情况设置生产的优先级，最大限度地保证优先级高的工作面生产连续。

4上位机软件设计与集成

带式输送机智能化控制系统地面上位机一方面负责对加载过程进行实时监控，把现场信号实时采集到上位机；另一方面根据现场情况给下位机下达控制命令。为保证掘进巷带式输送机智能化控制系统与原主运带式输送机自动化系统完美兼容，以原主运监测系统上位机为主，通过软件兼容实现煤运监控一体化。利用WinCC组态软件设计上位机监控画面。WinCC组态软件作为西门子PLC的组态首选，其内置丰富的库函数，可无缝对接众多ActiveX控件，其多样的兼容性在系统融合中具有巨大优势，同时模块化的编程方式方便后期系统程序的调试，是快速构建具有通用层次功能监控软件的首选。监控上位机软件结构图如图4所示。图4上位机软件结构图从图4可以看出，该系统地面监控中心功能可以划分为三部分：（1）系统管理系统管理由系统设置与用户登录构成。系统设置可以对带式输送机智能化控制系统的各项基本参数进行设置、修改等操作，同时还可对不同的用户设置不同的用户权限，在保证系统数据安全的前提下，方便不同人员使用。（2）监控画面监控画面包括煤流监控主界面、历史曲线、历史报警查询、操作记录、故障统计五部分。①煤流监控主界面主要显示系统内各条带式输送机的运行情况，包括带式输送机的控制模式、运行状态、运行速度、实时运煤流量等；②历史曲线显示每条带式输送机的煤流量，显示最小周期为1h，可以直观地反映出每条带式输送机每天的煤运效率；③历史报警查询和故障统计可方便查询各条带式输送机的故障报警情况，维修人员可根据故障报警记录有针对性地制定检修维护计划，提高维保效率，保证带式输送机的高效稳定运行；④操作记录可逐次记录每条带式输送机每一次操作，为后期设备运行情况查询提供数据支持。（3）数据管理数据管理主要有数据库管理和报表打印。数据库可以进行数据的导出，方便各单位之间信息共享；报表打印功能是该系统的一个重要功能，将现场信息以电子表格形式存储，数据最终以Excel的格式长久保存。

5结语

掘进巷带式输送机智能化控制系统与原主运带式输送机自动控制系统成功融合后，赵庄矿2＃井井下煤运系统从盘区到主运形成了一张网、一个平台、一个协议，高度集成化、智能化的系统可根据煤量有效控制带式输送机运行速度，解决了带式输送机负载率低及长时间全速运行耗能、磨损的问题，达到了节能降耗的目的，同时其自动控制和远程监控可降低带式输送机运行的人工成本。该系统的成功应用为保障矿井煤运系统的安全高效运行、实现矿井减员增效提供了先决条件。

参考文献：

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作者：陈明明 单位：山西晋煤集团技术研究院有限责任公司