井下皮带机集中控制系统的设计及应用

2022-03-24张利强

机械管理开发 2022年1期

张利强

（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿，山西古交 030299）

引言

皮带机为综采工作面的主要运输设备，其主要承担物料、原煤以及矸石的运输任务。随着工作面开采距离的不断深入，皮带机朝着大运量、高运速以及大功率方向发展。经统计，皮带机耗能在工作面所有设备的耗能中占比较高，实现皮带机的节能运输尤为重要。目前，综采工作面皮带机运行控制遵循逆煤流启动、顺煤流停车的控制原则，导致皮带机启动时间过长，处于空转状态时间也较长，进而导致无功能耗增加，效率低下[1]。为解决上述问题，本文拟基于皮带机集中控制系统实现对其集中控制和监测管理，达到提升设备可靠性、减小能耗、提高运输效率的目的。

1 井下皮带机控制系统现状分析

张家峁煤矿的生产能力设计为100 万t/年，皮带机的运输距离为4.89 km。目前，工作面的原煤运输系统包括有104/105 配仓的输送机、101 上仓的皮带机、工作面巷道的主皮带机以及5-2 煤大巷的胶带机。工作面所有的皮带机控制方式采用逆煤流启动、顺煤流停车的原则控制。

目前，工作面所配置的破碎机系统与皮带机相对独立，二者的运行状态不能实时共享。对于皮带机而言，5-2 煤大巷的胶带机与其他皮带机处于隔绝状态，仅能够通过井下电话了解其运行状态，并缺乏保护措施；虽然其他皮带机操作系统共同集成于上位机，但是所集成的功能仅仅包括皮带机的联机启动和停车[2]。

结合井下皮带机的配置及相互关系，经分析和实践总结，可将井下皮带机控制系统所面临的问题归纳如下：

1）主要依靠人工启动，对应的启动时间过长，继而导致无功能耗严重。

目前，井下皮带机系统的启动顺序为104/105 配仓的输送机—101 上仓的皮带机—工作面巷道的主皮带机再到5-2 煤大巷的胶带机。由于5-2 煤大巷胶带机与其他皮带机处于隔绝状态，仅能够通过电话指挥现场人员通过人工方式完成5-2 煤大巷胶带机的启动。据统计，当前工作面的所有皮带系统完全启动耗时为30 min，皮带机空转时间较长，从而加剧了皮带电机及传动部件的磨损。

2）井下皮带机控制系统未达到集中控制的目标，各设备的运行状态无法实时共享。

由于井下皮带机控制系统无法实时共享各自的运行状态，导致其中一台皮带机出现故障时其他设备无法及时得出对应性的控制指令，导致井下运输的安全性降低，故障无法快速准确地定位提升维护周期和成本。

2 井下皮带机集中控制系统的设计

本文拟通过搭建皮带机的集中控制系统解决当前启动过长、信息不能实时共享的问题。同时，逆煤流启动方式极易导致上层皮带机出现空载运行的情况，进而导致无功损耗的增加。鉴于此，本文所设计皮带集中控制系统基于顺煤流启动原则进行控制[3]。井下皮带机集中控制系统的工作原理如下：采用现场传感器对皮带机的工作状态（包括撕裂、跑偏、堆煤、电机温度以及运行速度等）进行监测；将所监测的数据基于工业总线技术上传至PLC 控制器得出相应的控制指令。同时，所监测的数据基于工业以太网上传至上位机显示、记录并报警等。

2.1 井下皮带集中控制系统的硬件设计

结合井下皮带机的组成及工作需求，设计如下页图1 所示的井下皮带机集中控制系统。

图1 井下皮带机集中控制系统结构示意图

如图1 所示，根据运输需求现场需配置6 台PLC 控制站包括5-2 煤大巷CST-PLC 控制站、皮带称重PLC 控制站、顺槽皮带PLC 控制站、破碎机PLC 控制站、1 号和2 号PLC 控制主站和从站。同时，根据不同区域皮带机的运输需求对应采取不同的控制方式，具体如下：

1）104/105 配仓的输送机采用高压柜的直接启动方式进行控制；

2）101 上仓的皮带机采用变频启动方式进行控制；

3）工作面巷道的主皮带机采用ABB 的变频启动方式进行控制；

4）5-2 煤大巷的胶带机采用CST 的启动方式进行控制。

整个井下皮带机集中控制系统的网络及硬件结构如图2 所示。

图2 井下皮带机集中控制系统网络结构及硬件框图

如图2 所示，集中控制系统网络中基于以太网、RS485 以及Profibus 等不同的通信协议完成，为此为其配置1756-ENBT 的通讯模块；整个系统的所有PLC 控制器均选择S7-300 系列的产品，并为期配置1756-L63 的CPU 控制器；结合所配置的通讯模块，为其配置相互匹配的1756-A13PLC 机架，并且对应的供电模块为1756-PA75。除此之外，为集中控制系统配置相应功能的检测传感器对皮带机及其电机的运行状态进行检测。