皮帶機(jī)智能化無(wú)人值守順逆煤流自適應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)

　　一、項(xiàng)目背景

　　煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)常由多臺(tái)帶式輸送機(jī)組成，擔(dān)負(fù)著原煤運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù)，多臺(tái)帶式輸送機(jī)一般采用逆起順停的啟停方式。因系統(tǒng)運(yùn)輸距離長(zhǎng)，轉(zhuǎn)接膠帶數(shù)量多，逆煤流啟動(dòng)過(guò)程中，造成前級(jí)多部設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間空載運(yùn)行，當(dāng)皮帶上煤量較少，皮帶正常運(yùn)行，使系統(tǒng)電能浪費(fèi)嚴(yán)重、啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題。

　　二、功能簡(jiǎn)介

　　1. 系統(tǒng)優(yōu)化

　　針對(duì)帶式輸送機(jī)逆煤流啟動(dòng)時(shí)，皮帶空載運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，電能浪費(fèi)多的問(wèn)題，研發(fā)本系統(tǒng)，以優(yōu)化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本、提高效能，達(dá)到煤量平衡。切實(shí)解決長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸中，系統(tǒng)整體啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)、啟動(dòng)時(shí)多部設(shè)備長(zhǎng)期空載運(yùn)行、煤量少皮帶正常運(yùn)行的問(wèn)題。

　　2. 實(shí)現(xiàn)功能

　　(1)實(shí)現(xiàn)主煤流系統(tǒng)就地、集中控制，崗位無(wú)人值守。

　　(2)根據(jù)煤流情況，實(shí)現(xiàn)順逆煤流自適應(yīng)啟、停機(jī)。

　　(3)根據(jù)皮帶機(jī)尾安裝煤量檢測(cè)儀，自動(dòng)控制帶速，實(shí)現(xiàn)煤流平衡。

　　(4)防止人員乘坐皮帶功能，自動(dòng)停機(jī)。

　　(5) 具有系統(tǒng)自檢功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭、機(jī)尾、轉(zhuǎn)載點(diǎn)及轉(zhuǎn)動(dòng)部位視頻監(jiān)控。

　　(6)膠帶鋼絲繩在線監(jiān)測(cè)、激光縱撕保護(hù)自動(dòng)停機(jī)功能。

　　(7)具有煤倉(cāng)煤位與皮帶運(yùn)行閉鎖功能，實(shí)時(shí)顯示煤倉(cāng)煤位，自動(dòng)控制給煤機(jī)與上級(jí)皮帶啟停。

　　三、工作原理

　　在除最前級(jí)皮帶機(jī)外的各部皮帶機(jī)上安裝三個(gè)有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳到主系統(tǒng)控制器。三個(gè)有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)作用：1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到煤流，啟動(dòng)上級(jí)皮帶;2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到有煤，檢查上級(jí)皮帶是否啟動(dòng)，如已啟動(dòng)則正常運(yùn)行，如未啟動(dòng)，則停本級(jí)皮帶;3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)在系統(tǒng)啟動(dòng)初期監(jiān)測(cè)2#與3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間是否有煤，如果有煤，本級(jí)皮帶停車，上級(jí)皮帶啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后，本級(jí)皮帶自動(dòng)啟動(dòng)，防止堆煤。

　　1. 有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

　　順煤流系統(tǒng)啟動(dòng)前先對(duì)所有輔助設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，所有輔助設(shè)備正常后，方可正常啟動(dòng)，否則處理故障之后啟動(dòng)。順煤流系統(tǒng)從最后一級(jí)皮帶開(kāi)始啟動(dòng)，系統(tǒng)啟動(dòng)前，對(duì)所有有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，任一皮帶任一監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到有煤時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)至本級(jí)皮帶時(shí)，本級(jí)皮帶不啟動(dòng)，自動(dòng)啟動(dòng)上級(jí)皮帶，上級(jí)皮帶啟動(dòng)完成后，啟動(dòng)本級(jí)皮帶，本級(jí)之前皮帶順煤流啟動(dòng)，本級(jí)之后皮帶逆煤流啟動(dòng)。

　　2. 邏輯關(guān)系

　　3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)邏輯關(guān)系如下：為保證皮帶順、逆煤流安全可靠啟動(dòng)運(yùn)行，三個(gè)有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置時(shí)間互鎖與順序互鎖， 防止任一檢測(cè)點(diǎn)失靈，前級(jí)皮帶未開(kāi)機(jī)造成皮帶堆煤。即：根據(jù)實(shí)際檢測(cè)點(diǎn)安裝位置及帶速，確定皮帶由1#檢測(cè)點(diǎn)運(yùn)行至2#檢測(cè)點(diǎn)，2#檢測(cè)點(diǎn)運(yùn)行至3#檢測(cè)點(diǎn)時(shí)間，如果檢測(cè)點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間差小于相應(yīng)時(shí)間，則認(rèn)為檢測(cè)點(diǎn)之間有煤，不能安全、可靠啟動(dòng)，停本級(jí)皮帶，啟動(dòng)上級(jí)皮帶,上級(jí)皮帶啟動(dòng)后，本級(jí)皮帶自動(dòng)啟動(dòng)。

　　啟動(dòng)順序?yàn)?#-2#-3#進(jìn)行，如檢測(cè)點(diǎn)未按設(shè)定的順序動(dòng)作，則停本級(jí)皮帶，啟動(dòng)上級(jí)皮帶,上級(jí)皮帶啟動(dòng)后，本級(jí)皮帶自動(dòng)啟動(dòng)。順煤流啟動(dòng)方式下，本級(jí)皮帶不受上級(jí)皮帶連鎖保護(hù)控制(也可以模擬上級(jí)皮帶運(yùn)行信號(hào)或連鎖信號(hào))，1#檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到煤流后，經(jīng)過(guò)特定時(shí)間(煤流由1#檢測(cè)點(diǎn)運(yùn)行至2#檢測(cè)點(diǎn)時(shí)間)，則自動(dòng)投入本級(jí)皮帶與上級(jí)皮帶連鎖保護(hù)(取消模擬的上級(jí)皮帶運(yùn)行信號(hào)或連鎖信號(hào)，監(jiān)測(cè)真實(shí)連鎖信號(hào))，與2#檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)上級(jí)皮帶是否運(yùn)行形成雙重保護(hù)，防止因上級(jí)皮帶未及時(shí)啟動(dòng)造成堆煤。

　　3. 煤流平衡

　　如系統(tǒng)皮帶上無(wú)煤，最后一級(jí)皮帶低速運(yùn)轉(zhuǎn)，前級(jí)皮帶均停機(jī)，檢測(cè)到煤流，最后一級(jí)皮帶自動(dòng)加速至正常速度運(yùn)轉(zhuǎn)，按順煤流啟動(dòng)系統(tǒng)。在每部皮帶機(jī)尾安裝煤量檢測(cè)儀，根據(jù)煤量自動(dòng)控制上級(jí)皮帶轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)煤流平衡。

　　4. 煤倉(cāng)控制

　　如系統(tǒng)中有煤倉(cāng)，煤倉(cāng)內(nèi)安裝物位儀，時(shí)時(shí)檢測(cè)倉(cāng)位，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)滿自動(dòng)停止上級(jí)皮帶，空倉(cāng)允許開(kāi)機(jī)。煤倉(cāng)給煤機(jī)根據(jù)上級(jí)皮帶運(yùn)行情況自動(dòng)實(shí)現(xiàn)啟停及調(diào)整轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、平衡運(yùn)行。

　　四、實(shí)施方案簡(jiǎn)介

　　有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)可選用超聲波、攝像頭成像及行程開(kāi)關(guān)點(diǎn)三種方式，優(yōu)缺點(diǎn)如下：行程開(kāi)關(guān)點(diǎn)式檢測(cè)點(diǎn)成本低、運(yùn)行不夠穩(wěn)定、可靠;超聲波檢測(cè)點(diǎn)不受環(huán)境中水及煤塵等雜物影響，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，成本較高;攝像頭成像原理式檢測(cè)點(diǎn)容易受環(huán)境中水和煤泥等影響，造成誤動(dòng)作， 價(jià)格位于行程開(kāi)關(guān)式和超聲波式檢測(cè)點(diǎn)之間，可根據(jù)自身情況選用相應(yīng)方式檢測(cè)點(diǎn)。

　　1. 有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

　　在每級(jí)皮帶合理位置安裝3個(gè)有煤檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)位置按以下要求確定：1#檢測(cè)點(diǎn)安裝位置根據(jù)上級(jí)皮帶啟動(dòng)時(shí)間及帶速確定;安裝位置應(yīng)確保本級(jí)皮帶在2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到上級(jí)皮帶未啟動(dòng)情況下，系統(tǒng)發(fā)出停車指令至本級(jí)皮帶停機(jī)，2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)煤流不會(huì)輸送到機(jī)頭，根據(jù)本級(jí)皮帶帶速及停機(jī)時(shí)間確定;3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝位置在距離皮帶機(jī)頭0-10m位置。

　　2. 子系統(tǒng)設(shè)置

　　各條皮帶上的有煤監(jiān)測(cè)點(diǎn)通過(guò)通訊電纜連接至相應(yīng)轉(zhuǎn)換機(jī)，每條皮帶合理位置設(shè)置本級(jí)皮帶子系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)換機(jī)通過(guò)并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)方式接入主系統(tǒng)，每條皮帶機(jī)頭、機(jī)尾位置各設(shè)置一部攝像頭，通過(guò)轉(zhuǎn)換機(jī)將畫面時(shí)時(shí)傳送到主系統(tǒng)控制室大屏。

　　3. 煤量檢測(cè)儀設(shè)置

　　在每級(jí)皮帶機(jī)尾位置安裝煤量檢測(cè)儀，可采用超聲波式、三維立體成像式或電子秤，數(shù)據(jù)通過(guò)皮帶子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器，傳入主系統(tǒng)控制器，根據(jù)煤量大小，自動(dòng)控制上級(jí)皮帶轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)煤流平衡。

　　五、經(jīng)濟(jì)效益(實(shí)例)

　　1. 實(shí)例企業(yè)簡(jiǎn)介

　　某礦主運(yùn)系統(tǒng)如下：

　　逆煤流啟動(dòng)順序：上倉(cāng)皮帶→主井皮帶→西膠運(yùn)皮→北大巷皮帶→6煤北翼大巷皮帶→6112膠順皮帶、4108膠順皮帶。

　　年產(chǎn)量：1800萬(wàn)噸/年

　　上倉(cāng)皮帶：功率：2×560kW;主井皮帶：功率：4×1400kW;西膠運(yùn)皮帶：功率：3×500kW;北大巷皮帶：功率：2×400kW;6煤北翼大巷皮帶：功率：4×560kW;6112順槽皮帶：功率：4×400kW。

　　經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)各皮帶機(jī)單機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)間如下：

　　上倉(cāng)皮帶空載運(yùn)行時(shí)間=

　　168+150+102.59+144.68+175=740.27s;

　　主井皮帶空載運(yùn)行時(shí)間=

　　168+150+102.59+144.68=565.27s;

　　西膠運(yùn)皮帶空載運(yùn)行時(shí)間=

　　168+150+102.59=420.59s;

　　北大巷皮帶空載運(yùn)行時(shí)間=168+150=318s;

　　6煤北翼大巷皮帶空載運(yùn)行時(shí)間=168s。

　　順煤流啟動(dòng)順序同逆煤流啟動(dòng)順序相反，皮帶跟隨煤流一級(jí)一級(jí)啟動(dòng)，空載運(yùn)行時(shí)間可忽略不計(jì)，因此除順槽皮帶外，其他皮帶空載運(yùn)行時(shí)間均可節(jié)省。

　　2. 經(jīng)濟(jì)效益

　　按每天開(kāi)機(jī)一次算，每天可節(jié)省電能：=47+323+73+32+58+7.2=540.2kW·h，每年可節(jié)省電費(fèi)約19.45萬(wàn)kW·h，電費(fèi)1元/kW·h算，可節(jié)省19.45萬(wàn)元/年。按每班開(kāi)機(jī)一次，每天開(kāi)機(jī)三次算，可節(jié)省58.35萬(wàn)元/年。

　　傳統(tǒng)逆煤流啟動(dòng)，從上倉(cāng)皮帶到6112順槽皮帶啟動(dòng)，需要724.27s，按每天檢修4小時(shí)，生產(chǎn)20小時(shí)，每年360天，年產(chǎn)量1800萬(wàn)t計(jì)算，每小時(shí)產(chǎn)量2500t，每天停機(jī)1次，每天可提高原煤產(chǎn)量502.97t，每年可提高原煤產(chǎn)量約181069.2t，按400元/t計(jì)算，每年可提高效益約7242.77萬(wàn)元。

　　采用順煤流啟動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)崗位無(wú)人值守，上倉(cāng)皮帶、主井皮帶、西膠運(yùn)皮帶、北大巷皮帶、6煤北翼大巷皮帶分別可節(jié)省1人/班，每班節(jié)省5人，一天三班可節(jié)省15人，人工工資按8萬(wàn)元/年，一年大約可節(jié)省人工費(fèi)用120萬(wàn)元。

　　本系統(tǒng)適用于多部長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)作為主運(yùn)輸系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)輸?shù)牡V山生產(chǎn)、洗選等其它使用帶式輸送機(jī)的企業(yè)，應(yīng)用前景廣泛，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　在煤礦智能化發(fā)展的今天，具有自主感知、自主決策和自動(dòng)控制運(yùn)行的智能運(yùn)輸系統(tǒng)顯得尤為重要，本系統(tǒng)可與開(kāi)拓、采掘、通風(fēng)、安全保障等智能化系統(tǒng)結(jié)合，形成智能煤礦控制系統(tǒng)，達(dá)到“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人”的目的，少人則安、無(wú)人則安，踐行總書記“以人為本”的安全理念。