多条搭接运输带式输送机集控系统研究_谢辉.pdf

多条搭接运输带式输送机集控系统研究谢辉（汾西矿业集团灵北煤矿，山西灵石031302）摘要：为提高井下原煤运输系统工作效率、降低设备磨损及能耗，对带式输送机集中控制系统进行研究，提出集中控制系统集成顺煤流一键启动、运行速度自动调节功能，可提高多条搭接带式输送机启动效率，并降低启动、运行过程中能耗。现场工业实践表明，提出的集中控制系统运行平稳，可满足井下原煤运输需求。关键词：带式输送机集中控制顺煤流启动速度调节多条搭接中图分类号：TD528文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0205-02引言带式输送机是将井下采掘作业面生产的煤炭运送至地面或者井下煤仓等位置的主要设备，具有连续运输、运量大以及运输距离长等优点1-2。由于煤矿井下巷道布置复杂，为满足井下运输需要，原煤运输多采用搭接方式，在井下主要运输巷道内均布置有带式输送机3。以往带式输送机运行多采用单机控制方式，当需要原煤运输时需要安排作业人员分别开启采面（掘进迎头）、采区运输巷、运输大巷的带式输送机等，存在启动过程繁琐、自动化程度低、能耗高、运行效率不高以及运输辅助人员使用量大等问题4-7。为此，部分研究学者对带式输送机集中控制系统展开研究，虽然可实现沿线带式输送机集中控制以及集中监控，但是也存在可靠性差、效率低以及后期维护成本高等问题，同时集中控制系统功能有限，仅能实现启动控制，无法有效降低带式输送机运行能耗8。为此，本文提出一种带式输送机集中控制系统，其在提高自动化程度的同时能降低运输系统整体能耗。1控制系统结构框架文中所提的多条搭接带式输送机控制系统综合PLC 控制、分级控制以及主控制，具体结构框架如图1 所示。集中控制系统主要组成部分包括安全防护、变频控制以及煤流量监测、集中控制等。主控制台用以实现多级带式输送机集中控制，具体通过分级控制台接收各带式输送机运行参数，向带式输送机下放控制指令。各级带式输送机机头位置的PLC 通过变频器控制带式输送机运行，并接收沿线布置的安全监测传感器、带速传感器等监测参数，并通过分级控制台将监测参数传输给主控制台。2集中控制策略矿井多级搭接带式输送机布置示意图如图 2 所示，为了提高集中控制效率，具体需要解决带式输送机初期启动以及运行控制两个方面问题。2.1启动控制以往带式输送机启动控制采用逆煤流方式，虽然可满足井下原煤运输需求，但是由于靠近采面或者掘进迎头位置带式输送机最后启动，会导致前面多条带式输送机空转时间增加，增加设备运输能耗及磨损。为此，在文中提出的集中控制系统中采用顺煤流启动方式，即靠近采面或者掘进迎头位置带式输送机最先启动。由图 2 可看出，第 n-1 级带式输送机先第 n 级带式输送机启动，在启动时需要避免第 n-1 级带式输送机物料落入第 n 级带式输送机时，该输送机未启动或者运行速度未达到设定值。具体控制启动控制策略为：1）第 n-1 级带式输送机上 C、D 点间距离 LCD设定为停止距离；B、D 点间距离 LBD设定为启动距离。具体两种距离计算公式为：LCD=TsVn-1.（1）LBD=LCD+TkVn-1.（2）式中：Vn-1为第 n-1 级带式输送机带速，m/s；Ts为输送收稿日期：2022-01-05作者简介：谢辉（1988），男，山西大同人，本科，毕业于东北大学电气工程及其自动化专业，现为工程师。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.081图 1集中控制系统架构图 2多级搭接带式输送机布置示意图主控制台分级控制台PLC控制系统变频器电机带式输送机输送带速度传感器输送带煤量检测装置打滑堆料超温烟雾撕裂跑偏安全保护传感器煤流方向第 1 级第 n-1 级第 n 级nADCB自动化系统设计机械管理开发第 38 卷机停机耗时，s；Tk为输送机启动耗时，s。2）第 n-1 级带式输送机正常启动条件为：带式输送机 B、D 点区间范围内输送带上无煤炭、矸石等，带式输送机各系统均平稳运行。3）带式输送机启动顺序为：当第 n-1 级带式输送机满足驱动条件时正常启动，当输送带上物料运输至B 点时第 n 级带式输送机启动。4）若第 n-1 级带式输送机输送带物料达到 C 点时第 n 级带式输送机未启动或者带速未达到设定速度时，则第 n-1 级带式输送机停止运行，集中控制系统会同时发出报警提醒，从而有效避免输送带上出现原煤、矸石等堆积情况。2.2运行控制带速输送机顺煤流启动后若始终保持恒速运行，虽然可满足井下原煤、矸石等运输需要，但是却不同程度存在能耗高、设备磨损严重等问题。为此，文中提出在集中控制系统中集成 PID模糊控制系统，从而实现带式输送机运行速度与负载间匹配，在满足井下运输的同时降低设备能耗及磨损。为降低正常运行控制难度，仅在运输系统入料带式输送机运行采用 PID 模糊控制系统，实现带式输送机运行速度与负载的匹配，其余的带式输送机运行速度则与入料带式输送机速度保持一致。运行控制采用的 PID 控制系统运行模型如图 3所示，模糊控制系统以带式输送机负载为输入量，通过模糊处理输出控制指令，并调整变频器输出实现驱动电机运转速度调节目的，使得带式输送机负载与带速平衡。为了避免频繁调速带来影响，采用阶梯调速方式控制带式输送机运行，即将输送带负载划分成若干区段，每个区段对应一个带速，负载在区段范围内时带速保持不变。3工程应用分析3.1工程概况山西某矿为设计生产能力 280 万 t/年的现代化矿井，现开采 9 号煤层，煤层厚度 4.5 m，采面可生产原煤平均约 6 800 t/d，9 号煤层 30902 综采工作面煤炭运输路线为 30902 运输巷南翼 3 采区运输巷运输石门集中运输巷主斜井选煤厂。采面生产的原煤需要经过 5 部带式输送机搭接运输，总运输长度达到 6 980 m，带式输送机型号以 DTL-1200 为主，就地控制。为此，将文中所提集中控制系统在矿井30902 综采工作面原煤运输系统中应用，以期提高原煤运输效率。3.2现场应用效果集中控制系统具备有顺煤流启动功能，在采面生产过程中通过集中控制系统即可实现依次启动带式输送机。现场应用后，带式输送机启动效率得以明显提升，运输系统可实现自动启动；同时沿线带式输送机启动均较为平稳，未出现启动不及时问题。带式输送机运行过程中采用模糊控制实现负载与带速平衡，具体部分时间输送机带速监测结果如图4 所示。从图 4 中可看出，带式输送机带速基本保持在 3.5 m/s 附近，仅有部分时间处于 4.0 m/s 或者 3.0m/s，由于带式输送机长时间处于中等载荷状态，保持 3.5 m/s 中高速运行可满足煤炭外运需求并降低运行能耗。通过采用集中控制系统后，带式输送机启动效率明显提升，同时运行能耗也有所降低，运行效率以及自动化程度等更高。4结论1）现阶段矿井煤炭运输多采用多级带式输送机搭接方式实现，采用的控制方式多为就地控制，不同程度存在自动化程度低、启动效率不高、设备能耗高以及辅助运输人员多等问题。为此，文中在以往研究成果基础上，提出一种带式输送机集中控制系统，该系统可实现带式输送机顺煤流启动，并在运行期间可依据负载对带速进行自动调整。2）对带式输送机顺煤流启动以及运行控制策略等进行具体分析。后将集中控制系统应用到山西某矿30902 综采工作面原煤运输系统中，现场应用后，运输系统多条带式输送机均可平稳启动、运行，同时带速始终保持在中高速，可与带式输送机负载相匹配，既可满足运输需要，又可降低能耗。参考文献1李东.寺河二号井井下皮带集控系统的研究与应用J.山东煤炭科技，2021，39（6）：189-190；201.2宋连喜，刘波.煤矿主运输智能集中控制系统设计J.工矿自动化，2021，47（1）：58-63.3李荣进，吴呈阳，王茹，等.基于 PLC 和 iFIX的带式输送机集控系统设计J.煤炭工程，2020，52（11）：175-179.4王连生，李继军，李晓龙.带式输送机集中控制系统开发与应用J.煤炭科学技术，2017，45（2）：92-95.图 3PID 控制系统运行模型图 4输送机运行速度监测结果给定值控制电压输出频率电机转速比例处理模糊 PID控制器变频器电机输送带带速543202468时间/h速度/（m s-1）（下转第 209 页）2062023 年第 2 期3昌垚晖，陈建，鲍明，等.基于正交试验的非对称垂直轴水轮机数值模拟J.热能动力工程，2020，35（6）：61-68.4中国长江电力股份有限公司.一种调速器接力器分段关闭自适应控制装置及方法：CN109139351AP.2019-01-045长江三峡能事达电气股份有限公司.一种水轮机调速器分段关闭阀：CN211038900UP.2020-07-176占小涛，张晓宏，张俊发.水轮机导叶开启和关闭规律探讨J.人民长江，2017，48（9）：89-93.7徐利君，杨桀彬，王康生，等.水轮机导叶关闭规律对蜗壳末端压力的影响J.水电能源科学，2017，35（9）：131-134.8朱利民.ZYWL-4500D低开孔全方位定向钻机设计J.煤矿机械，2020，41（8）：22-24.9芦月，屈波，何中伟.抽水蓄能电站不同水头下导叶关闭规律研究J.水力发电，2016，42（12）：85-89.（编辑：王慧芳）Application of Hydraulic Turbine Segment Shutdown Automatic Control SystemYang Zhanxing（Peoples Government of Xiaojiazhuang Town,Chiping District,Liaocheng Shandong 252100）Abstract:In order to solve the shortcomings of complex structure,poor reliability and large closing impact of hydraulic turbine governorusing reversing valve-driven guide vane closing control,a new hydraulic turbine sectional closing automatic control system is proposed torealize the automatic sectional control of hydraulic turbine guide vane closing based on proportional throttle valve as the core and adaptivecontrol logic.According to the practical application,the control system can realize the sectional closure of the guide vane according to thewater flow in the pipe,reduce the water hammer effect during closure by 77.4%,and increase the closing speed of the guide vane by41.6%,which is of great significance to improve the stability and safety of hydraulic turbine operation.Key words:hydraulic turbine;guide vane segmental closure;proportional throttle valve;adaptive control5谭林.基于 PLC矿井带式输送机的集控系统设