張利強

（山西焦煤集團有限責(zé)任公司屯蘭礦，山西 太原 030200）

引言

皮帶輸送機是煤礦生產(chǎn)的主要運輸設(shè)備，其安全性和運輸效率直接決定工作面的生產(chǎn)能力。尤其對于皮帶輸送機的控制系統(tǒng)而言，更加要求其高效運行。煤礦存在多個工作面，每個工作面包含多條皮帶輸送機，而且皮帶輸送機的種類繁多。當(dāng)前，針對工作面的所有皮帶輸送機采取獨立控制方式，由于其運行距離長涉及操作人員多，導(dǎo)致人工成本高、故障定位不準(zhǔn)確以及控制效率低等問題，進而制約整個工作面的運輸效率[1]。為解決上述問題，實現(xiàn)皮帶輸送機的集中控制尤為重要。本文重點對某煤礦工作面各采區(qū)的皮帶輸送機進行集中控制改造。具體闡述如下：

1 東灘煤礦皮帶輸送機運行現(xiàn)狀

東灘煤礦目前開采的采區(qū)包括東翼、西翼以及北翼三個，三個采區(qū)可工作的皮帶輸送機共有6 條。其中，東翼采區(qū)對應(yīng)的東一采區(qū)的皮帶輸送機為下運式，其余采區(qū)皮帶輸送機的運輸方式為平巷運輸。目前，所有采區(qū)的皮帶輸送機采取相互獨立的方式控制，并未與煤礦其他設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運行。該煤礦所有采區(qū)皮帶輸送機的關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

表1 采區(qū)皮帶輸送機關(guān)鍵參數(shù)

目前，北翼和西翼采區(qū)的所有皮帶輸送機采用繼電器進行邏輯控制，現(xiàn)在由于使用年代較長，在繼電器接觸點已經(jīng)出現(xiàn)氧化的情況。該情況是導(dǎo)致皮帶輸送機無法實現(xiàn)自動化、信息化控制的主要障礙。

東翼采區(qū)的皮帶輸送機采用PLC 控制器進行控制，但是其功能不全，具體表現(xiàn)為：無法實現(xiàn)現(xiàn)場與控制臺數(shù)據(jù)的傳輸和交換；程序改動步驟復(fù)雜且對故障信息的查詢也不方便。

同時，工作面皮帶輸送機對應(yīng)的啟動方式均以限矩型液力耦合器為主，該種啟動方式無法適應(yīng)于長距離皮帶機的輸送。此外，當(dāng)現(xiàn)場皮帶輸送機出現(xiàn)故障時目前采用拉線急?？刂品绞竭M行停機保護操作，且由人工完成，該種方式不僅響應(yīng)速度慢、可靠性低且無法對發(fā)生故障的位置進行準(zhǔn)確定位[2]。

綜上，急需對煤礦皮帶輸送機的啟動、停機以及常規(guī)運行的控制方式進行改造。根據(jù)現(xiàn)狀分析，現(xiàn)階段北翼和西翼采區(qū)的皮帶輸送機情況類似；東翼皮帶輸送機和東翼東一采區(qū)皮帶輸送機控制存在差異。故后續(xù)分別對各種情況進行分析改造。

2 北翼與西翼皮帶輸送機的改造

北翼與西翼皮帶輸送機的主要問題在于其采用繼電器進行控制。為保證北翼和西翼皮帶輸送機改造設(shè)計后能夠?qū)崿F(xiàn)整個煤礦的集中控制，要求其改造后的控制系統(tǒng)滿足如下功能：

1）改造后，控制系統(tǒng)可對皮帶輸送機進行速度、跑偏、撕裂、煙霧、急停以及堆煤保護；

2）當(dāng)皮帶輸送機運行存在異?；虺霈F(xiàn)故障時發(fā)出報警，并將異常和故障信息上傳并顯示于上位機，以便及時查看、分析和存儲；

3）皮帶輸送機應(yīng)與其他設(shè)備實現(xiàn)急停聯(lián)動閉鎖控制功能[3]。

綜合上述皮帶輸送機控制系統(tǒng)應(yīng)滿足的功能和現(xiàn)階段市面上控制器的產(chǎn)品，最終確定采用天津華寧公司生產(chǎn)的KTC101 控制器對北翼和西翼的皮帶輸送機進行控制，該控制器的系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 KTC101 控制器結(jié)構(gòu)框圖

以北翼皮帶輸送機為例，其具體改造方案如下：

在北翼采區(qū)A 皮帶輸送機的硐室內(nèi)安裝一臺KTC101 主控制器，主控制器共包含20 個輸入點和24 個輸出點。輸入點與現(xiàn)場的各類傳感器相連接，接收各類開關(guān)量和模擬量的信號；輸出點輸出的信號主要是對皮帶輸送機的電機進行控制，實現(xiàn)啟?？刂啤Ｍ瑫r，在皮帶輸送機沿途每間隔100 m 的位置安裝一臺擴音電話，以便現(xiàn)場人員巡檢時對發(fā)現(xiàn)的隱患故障進行及時報備[4]。

此外，在北翼A 皮帶輸送機尾部加裝跑偏保護、縱向撕裂保護等裝置。同時，在C 皮帶輸送機安裝一臺KTC101-A 主控制器，將A 皮帶和C 皮帶耦合成為一個系統(tǒng)，實現(xiàn)集中控制。

北翼皮帶輸送機的集中控制改造如圖2 所示。

圖2 北翼皮帶輸送機改造后示意圖

3 東翼皮帶輸送機的改造

對于東翼皮帶輸送機，其主要面臨的問題除了無法實現(xiàn)集中控制功能外，最關(guān)鍵的是該采區(qū)工作面的延伸使得對應(yīng)的皮帶輸送機運輸距離增加，導(dǎo)致當(dāng)前所配置的液力耦合器啟動方式無法滿足要求。因此，針對東翼皮帶輸送機集中控制改造的基礎(chǔ)上，還需對其進行變頻軟啟動改造，改造后東翼皮帶機的控制如圖3 所示。

圖3 東翼采區(qū)皮帶輸送機改造后示意圖（單位：mm）

具體改造實施方案如下：

改造前東翼采區(qū)皮帶輸送機共包含四個驅(qū)動滾筒，且每個滾筒采用一個電機進行驅(qū)動。改造后，分別在第二個和機尾驅(qū)動滾筒增加一個驅(qū)動電機，對應(yīng)四個驅(qū)動滾筒的功率配比為2∶2∶1∶1，每個驅(qū)動電機的功率為250 kW。為其配置的軟啟動程序控制流程如圖4 所示。

圖4 東翼采區(qū)皮帶輸送機軟啟動程序流程圖

4 改造效果評估

對該煤礦東翼、西翼和北翼皮帶輸送機控制系統(tǒng)進行改造后，整體上提升了皮帶輸送機運行的自動化程度，現(xiàn)場的工作效率也明顯提升，所取得的經(jīng)濟效益也顯著提升。具體總結(jié)如下：

1）改造后，現(xiàn)場各個采區(qū)皮帶輸送機的運行狀態(tài)通過以太網(wǎng)上傳至地面的上位機顯示屏，供工作人員及時查看，方便運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲。

2）改造后，當(dāng)皮帶輸送機運行出現(xiàn)故障后現(xiàn)場可發(fā)出聲光報警，并可對故障位置及信息告知工作人員，避免故障的進一步升級，實現(xiàn)故障的高效排除[5]。

3）改造后，采用變頻軟啟動方式對皮帶輸送機進行啟動，當(dāng)工作面延伸時也可滿足更長距離輸送帶的控制。

4）改造后，各個采區(qū)皮帶輸送機均以PLC 控制為核心進行控制，方便運行狀態(tài)及參數(shù)的監(jiān)測和上傳，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制。

5 結(jié)論

皮帶輸送機作為綜采工作面的關(guān)鍵運輸設(shè)備，實現(xiàn)其集中控制對于保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運行相當(dāng)重要。本文針對東翼、北翼和西翼的皮帶輸送機控制系統(tǒng)進行變頻軟啟動、KTC101 主控制器的改造。經(jīng)實踐表明，對皮帶輸送機控制系統(tǒng)進行改造后可減少現(xiàn)場工作人員的數(shù)量、降低工作人員的勞動強度，避免工作人員的誤操作，提高設(shè)備運行的可靠性和安全性，最終顯著提升了煤礦的經(jīng)濟效益。