关键词：自动化控制；煤矿；井下皮带运输系统
引言
新义煤矿井下12030工作面胶带顺槽长度约1000米，由于地质等原因，巷道坡道角度变化较大，巷道存在多处转弯，主煤流运输系统由3条皮带机组成。每条皮带长度从几十米到几百米不等，正常情况下，主煤流运输系统每班需要安排三个人，加上皮带机维护人员则需要更多。每次开启停止皮带需要电话通知每个皮带机司机，存在工作效率低和占用大量劳动力等等弊端。因此自动化改造势在必行。
煤矿井下皮带运输系统的自动化改造便是实现煤矿井下皮带集中控制和监管的一种技术。该系统在矿产采掘以及运输过程中有着十分普遍的运用，是效率和稳定性都较为优异的自动化系统。煤矿井下皮带运输系统通过融合信息技术及通讯技术，进一步提高运作稳定性，并保证煤矿的生产及运输的质量，促进煤矿采掘的经济效益。除此之外，自动化控制在煤矿井下皮带运输系统中的应用，能够最大程度上保证生产的安全，并提高生产管理效力，进而为矿产采掘的稳定性提供保障。
1.皮带自动化控制系统的特点
1.1运作成本不高
煤矿井下皮带控制系统利用远程分布模式，能够降低机组布线数量，也可以作为矿井未来自动化系统的一个组成部分，以此来减少其运作成本，并不影响运作效率。皮带自动化控制系统的稳定性较高，并且还能够进行软件系统的调整，实现功能性的转换，降低重新设计繁琐的流程。同时，皮带自动化控制系统还具备运行状态在线监控和一定的故障自检性能，能够有效降低系统出现故障的概率，降低后期维修及维护的成本，并在发生故障后能够及时检测故障，为之后的故障维修提供便利。由于该系统还具有一定的系统拓展性，节点增设也不会被时间因素所影响，自动化控制中心程序也能够进行调整，进而简化维护工作流程，提高整体便利性。
1.2全分布式系统结构
煤矿井下皮带自动化控制系统主要是全分布式结构，不仅可以实现井下的自动化控制，同时也能够成为未来即将建设的地面自动化控制中心的一个组成环节，在主机以及其他分机中，有着较强的关联性，地面自动化中心能够对井下皮带组实现远程集中控制，但却又不会相互影响，在自动化中心发生故障或其他重大异常事件时，比如，若是地上机组出现异常导致停止运行，井下集控系统能够独立运行避免整个自动化系统的整体瘫痪，因此也具有较高的安全性。
1.3自动化控制
在开展信息管理工作时，操作人员能够做到远程的信息接收与处理，以及设备监管等工作。自动化系统能够利用网络来实现动态化监管，并进一步改进生产监控的各项内容。在各生产过程中，系统能够实现数据的收集和处理，具备一定实时性，而远程控制井下皮带运输系统和监控系统进行结合，则能够进行图像及视频监控，确保各生产流程的稳定进行，以及监控各流程的安全等，并实时共享控制系统与生产管理系统中的信息。
1.4自动化故障检测及诊断
皮带自动化控制系统具备自动故障检测及诊断性能，比如系统传感设备以及PLC。若是系统在运作时出现信号干扰或其他方面的故障现象，那么系统则会即刻进行自动化检测，在检测到故障位置、故障起因、故障情况后，进行警报的发动。
2.皮带运输系统中自动化控制的具体运用
2.1运输流程的控制
针对皮带运输的自动化控制而言，新义煤矿井下环境比较复杂，存在的多种危害也有可能会导致皮带运输的故障。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为自动化控制系统中设计传感器和保护开关，所以若是皮带运输系统出现异常时，可以经过故障识别技术来确定实现闭锁以及跑偏等保护开关动作，之后其中的相关数据便会利用传感器来向控制系统中进行反馈，控制器根据这些反馈数据进行处理并下达指令，使设备停运，同时再次将信息传达到控制系统中进行处理。当系统故障解决完毕后，控制器则可以下达启动命令，使设备再次进行运作，如此便可以避免安全事故的出现。同时，皮带运输系统若在正常的运作情况下，工作人员也可以通过手动的操作模式，按动开关便可以根据预定设计程序来控制皮带运输系统的运作，利用控制中心实现全面性控制。除此之外，在皮带运输系统运作过程中，常常也会出现温度过高的现象，若是运输系统长久运作，那么运载负荷便会提高电机温度，若是温度过高，则会导致运输系统受到影响，甚至是发生故障。而通过自动化控制系统的热电阻则可以进行动态化监视，若温度过高，则进行自动停运，对电机起到很好的保护作用。
2.2引进变频及全数字控制技术
安全高效节能运行是机电运输的发展主流方向和追求的目标，针对新义煤矿井下在用皮带机的一些缺点，如启动系统落后，各巷道头面大部分皮带仍在使用液力耦合器，技术比较落后，存在以下缺点：始终存在转差率，有转差功率损失；输出转速始终低于输入转速，且输出转速不能像齿轮传动那样准确不变；调速型液力耦合器需要附加冷却系统，增加投资费用和运行费用；占地面积较大，需要在动力机与工作机之间占有一定空间；调速范围相对较窄，与离心机械匹配调速范围为1~1/5，与恒力矩机械匹配调速范围为1~1/3；无变矩功能；传递功率的能力与其输入转速的平方成正比，输入转速过低时，耦合器规格增大，性能价格比降低。就此进行全面升级改造，将原控制电路改造为以矢量控制技术为核心的变频调速系统，技术成熟以后也可以升级为电动滚筒，新增加PLC电控系统控制变频装置，运行效果良好，完成了皮带机信号PLC智能化改造，信号系统运行稳定。为皮带机高效运行创造有利保障。以实现节约设备电能损耗，从而达到运行安全可靠，设备操控简单、通用效果好的目标。转换为交直交高压交流变频调速控制系统，使用智能型电机，采用恒转矩控制，调速精度高、范围宽，平滑稳定性好，投入设备较少，设备事故率低，维护费用低，使用安全，启动时对电网的压降很小，无污染，功率因数高、能量回馈100%。变频控制系统的静态恒转矩启动很平稳，输出转矩大，调速精度高，动态响应快等优点，网络化使皮带机组实现运行自动控制及诊断，无人值守既可自动完成加速、等速、减速操作，达到全程自动化控制。
2.3 皮带输送机改造方法及效果分析
1）对皮带输送机的前梁和张紧小车进行加固处理。在该矿井下 3 台皮带输送机上，前梁是薄弱部位，常发生扭曲导致张紧小车损坏，因此考虑对前梁进行加固处理。具体方案 ：在前梁处左右各立一个矿用工字钢，工字钢与巷道底板、顶板进行锚杆固定，后再与前梁用卡子固定，这样就可以起到保护作用了。同时针对张紧小车的开焊问题，采用加设筋板、支撑的方式进行加固，提高小车强度。2 ）调整为变频器控制系统。井下 3 台皮带输送机均采用软启动器，但是在输送机满载运输时启动非常困难，同时对机电设备的冲击载荷大。经研究决定采用矿用交流防爆变频器进行替代。该变频器的使用，有效保障了皮带输送机的启动安全，同时还具有软停车（制动）功能。3 )调整好保护装置的安装。井下 3 台皮带输送机的保护设置不合理，试验不规范。煤矿技术人员对保护装置进行了重新的安装。将烟雾保护探头变形安设在驱动滚筒的下风流方向的侧上方，保证该区域为烟雾流经的路径上，可以实现有效保护，防止火灾的发生。
结语
煤矿井下皮带运输系统是煤矿生产中至关重要的部分，能够保证生产的稳定安全。现阶段，由于我国煤炭行业规模的拓展，针对煤矿井下运作的要求也越来越严苛。所以，需要针对井下皮带运输系统进行改进与优化，而自动化控制技术的应用则能够很好地满足这些要求，在保证煤矿稳定生产的基础上，又能够提高生产和运输的效率。
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论文作者:李毛毛
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/8