陈 峰

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿， 山西 吕梁 033602）

引言

在煤炭的井下开采中，带式输送机作为重要的输送设备，其输送距离长、运量大，具有广泛的应用，同时，由于矿井的整体布置使得输送线较长[1]，需要多台带式输送机协同作业，构成多级带式输送机系统，完成煤炭的输送作业。在使用过程中，多采用单台输送机进行控制运行的方式，对多级带式输送机的整体运行控制缺少研究，造成矿井整体的能耗较大，不利于矿井的节能持续发展。针对这一问题，采用PLC 分布式控制的方式对多级带式输送机的自动运行控制进行研究，建立多级自动运行控制系统，实现矿井的整体节能运行[2]，提高矿井的经济效益。

1 多级带式输送机自动运行控制系统整体方案设计

在煤矿等矿井的开采中，需要使用多级带式输送机进行煤炭等物料的输送，并要求各带式输送机之间的速度相互匹配，实现系统整体的节能自动运行。多级带式输送机自动运行控制系统的整体结构如图1 所示[3]，主要包括PLC 控制器、变频器、电机及传感装置，整体对多台带式输送机进行控制。系统采用超声波传感器对带式输送机运载的煤量进行多点测量监测，测量装置的安装简单，且计算的精度较高[4]，适合于煤炭的运量监测。

图1 多级带式输送机自动运行控制方案

整个控制系统的传感模块进行煤炭数据的实时采集，并将数据上传至控制器中，PLC 与智能控制系统组成中央控制模块，依据传感器传输的数据进行分析及处理，并将控制指令下发到变频器及驱动电机组成的执行模块，进行带式输送机整体的速度同步调整。在监测过程中，采用第一级带式输送机运载的煤量作为系统的输入，进行模糊控制[5]，依据运载的煤量及带速进行匹配计算，确定带式输送机的运行速度，并对各级带式输送机的速度进行同步调整，最终实现对多级带式输送机的整体自动运行控制。

2 多级带式输送机自动运行控制系统主要模块设计

2.1 传感模块设计

依据多级带式输送机自动运行控制系统的整体方案，对带式输送机进行整体的控制，在对运载煤量进行监测的同时，还要对带式输送机的运行状况进行监测[6]，避免出现运行故障。带式输送机的安全监护主要包括打滑监测、跑偏监测、烟雾监测和温度监测。

当输送带监测的带速低于给定值时，则判定为输送带打滑，向PLC 发出信号，系统接收到响应的指令进行停机操作，避免打滑造成危险。采用接触开关作为跑偏检测的传感器，安装在输送带的两侧，当触发跑偏信号时，则发出报警信号，当偏转角度持续增加时，则系统紧急停机，避免造成进一步的故障。输送带在使用过程中，由于摩擦容易产生烟雾，设置采用烟雾传感器进行安全监测，当有烟雾产生时进行报警停机操作，由操作人员进行故障的恢复后才能进行系统的运行。温度监测与烟雾监测类似，输送带在长期工作过程中温度较高，避免温度的持续上升造成火灾，对输送带的温度进行监测。

对输送带的载煤量及速度进行控制，还要采用速度传感器及超声波传感器进行速度及载煤量的监测[7]，速度传感器紧贴输送带，与输送带同步运行，实时监测速度的大小；超声波传感器进行载煤量的测量计算，载煤量不同时，煤炭的堆积形状有所区别，对超声波传感器的数据测量不会产生影响。传感模块作为系统的感知模块，是监控系统最关键的部分，单台输送机的传感器安装布局如图2 所示，通过传感器进行数据的采集，输入PLC 中进行控制决策。

图2 单台传感器布置

2.2 控制模块设计

采用PLC 对系统进行控制，PLC 要能满足井下使用的恶劣条件，并具有一定数量的I/O 接口，采用西门子S7-2000 型PLC 作为控制器，并采用双电源供电的模式[8]，保证系统的稳定工作。PLC 控制模块的连接如图3 所示。

图3 PLC 控制连接图

2.3 上位机模块设计

上位机模块依据传输的信号进行系统的监控，掌握带式输送机的运行状态。上位机通过组态软件IFIX 及MATLAB 软件组成，上位机与PLC 之间的连接如图4 所示。系统启动后，IFIX 对各传感器进行数据采集监控系统状态，速度及超声波传感器进行载煤量及带速信号的采集经PLC 传输至上位机，MATLAB 对信号进行处理，将实时状态显示在上位机中，PLC 依据控制要求控制变频器的频率输出，从而调节电机转速。

图4 上位机模块连接图

3 控制系统应用及总结

对多级带式输送机进行系统运行的整体控制，可以使不同的输送机之间保持速度的匹配，并和载煤量保持最佳的匹配关系，依据系统的安全监护，保证输送机的稳定运行，并实现节能降耗。以某煤矿系统运行过程中监测7 d 的电能消耗为参考，在完成相同的运输任务时，自动运行控制系统相对传统的恒定速度可节约20%的电能，具有较好的节能效果。

针对煤矿多级带式输送机运行中的问题，设计多级带式输送机自动运行控制系统，利用传感器模块、PLC、变频器及电机进行控制系统的硬件连接，采用组态软件IFIX 及MATLAB 软件进行上位机的运行控制，实现对多级带式输送机自动运行的控制，实现了煤矿的节能降耗，提高了煤矿的经济效益。