皮帶機智能化無人值守順逆煤流自適應節(jié)能控制系統(tǒng)
一、項目背景
煤礦主運輸系統(tǒng)常由多臺帶式輸送機組成，擔負著原煤運輸?shù)闹匾蝿眨嗯_帶式輸送機一般采用逆起順停的啟停方式。因系統(tǒng)運輸距離長，轉(zhuǎn)接膠帶數(shù)量多，逆煤流啟動過程中，造成前級多部設備長時間空載運行，當皮帶上煤量較少，皮帶正常運行，使系統(tǒng)電能浪費嚴重、啟動時間較長等問題。
二、功能簡介
1. 系統(tǒng)優(yōu)化
針對帶式輸送機逆煤流啟動時，皮帶空載運行時間長，電能浪費多的問題，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，達到煤量平衡。切實解決長距離皮帶運輸中，系統(tǒng)整體啟動時間較長、啟動時多部設備長期空載運行、煤量少皮帶正常運行的問題。
2. 實現(xiàn)功能
(1)實現(xiàn)主煤流系統(tǒng)就地、集中控制，崗位無人值守。
(2)根據(jù)煤流情況，實現(xiàn)順逆煤流自適應啟、停機。
(3)根據(jù)皮帶機尾安裝煤量檢測儀，自動控制帶速，實現(xiàn)煤流平衡。
(4)防止人員乘坐皮帶功能，自動停機。
(5) 具有系統(tǒng)自檢功能，實現(xiàn)機頭、機尾、轉(zhuǎn)載點及轉(zhuǎn)動部位視頻監(jiān)控。
(6)膠帶鋼絲繩在線監(jiān)測、激光縱撕保護自動停機功能。
(7)具有煤倉煤位與皮帶運行閉鎖功能，實時顯示煤倉煤位，自動控制給煤機與上級皮帶啟停。
三、工作原理
在除最前級皮帶機外的各部皮帶機上安裝三個有煤監(jiān)測點，各有煤監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)傳到主系統(tǒng)控制器。三個有煤監(jiān)測點作用：1#監(jiān)測點監(jiān)測到煤流，啟動上級皮帶;2#監(jiān)測點監(jiān)測到有煤，檢查上級皮帶是否啟動，如已啟動則正常運行，如未啟動，則停本級皮帶;3#監(jiān)測點在系統(tǒng)啟動初期監(jiān)測2#與3#監(jiān)測點之間是否有煤，如果有煤，本級皮帶停車，上級皮帶啟動，啟動完成后，本級皮帶自動啟動，防止堆煤。
1. 有煤監(jiān)測點設置
順煤流系統(tǒng)啟動前先對所有輔助設備進行檢測，所有輔助設備正常后，方可正常啟動，否則處理故障之后啟動。順煤流系統(tǒng)從最后一級皮帶開始啟動，系統(tǒng)啟動前，對所有有煤監(jiān)測點進行檢測，任一皮帶任一監(jiān)測點檢測到有煤時，當系統(tǒng)啟動至本級皮帶時，本級皮帶不啟動，自動啟動上級皮帶，上級皮帶啟動完成后，啟動本級皮帶，本級之前皮帶順煤流啟動，本級之后皮帶逆煤流啟動。
2. 邏輯關(guān)系
3個檢測點邏輯關(guān)系如下：為保證皮帶順、逆煤流安全可靠啟動運行，三個有煤監(jiān)測點設置時間互鎖與順序互鎖， 防止任一檢測點失靈，前級皮帶未開機造成皮帶堆煤。即：根據(jù)實際檢測點安裝位置及帶速，確定皮帶由1#檢測點運行至2#檢測點，2#檢測點運行至3#檢測點時間，如果檢測點動作時間差小于相應時間，則認為檢測點之間有煤，不能安全、可靠啟動，停本級皮帶，啟動上級皮帶,上級皮帶啟動后，本級皮帶自動啟動。
啟動順序為1#-2#-3#進行，如檢測點未按設定的順序動作，則停本級皮帶，啟動上級皮帶,上級皮帶啟動后，本級皮帶自動啟動。順煤流啟動方式下，本級皮帶不受上級皮帶連鎖保護控制(也可以模擬上級皮帶運行信號或連鎖信號)，1#檢測點監(jiān)測到煤流后，經(jīng)過特定時間(煤流由1#檢測點運行至2#檢測點時間)，則自動投入本級皮帶與上級皮帶連鎖保護(取消模擬的上級皮帶運行信號或連鎖信號，監(jiān)測真實連鎖信號)，與2#檢測點監(jiān)測上級皮帶是否運行形成雙重保護，防止因上級皮帶未及時啟動造成堆煤。
3. 煤流平衡
如系統(tǒng)皮帶上無煤，最后一級皮帶低速運轉(zhuǎn)，前級皮帶均停機，檢測到煤流，最后一級皮帶自動加速至正常速度運轉(zhuǎn)，按順煤流啟動系統(tǒng)。在每部皮帶機尾安裝煤量檢測儀，根據(jù)煤量自動控制上級皮帶轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)煤流平衡。
4. 煤倉控制
如系統(tǒng)中有煤倉，煤倉內(nèi)安裝物位儀，時時檢測倉位，實現(xiàn)倉滿自動停止上級皮帶，空倉允許開機。煤倉給煤機根據(jù)上級皮帶運行情況自動實現(xiàn)啟停及調(diào)整轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、平衡運行。
四、實施方案簡介
有煤監(jiān)測點可選用超聲波、攝像頭成像及行程開關(guān)點三種方式，優(yōu)缺點如下：行程開關(guān)點式檢測點成本低、運行不夠穩(wěn)定、可靠;超聲波檢測點不受環(huán)境中水及煤塵等雜物影響，運行穩(wěn)定可靠，成本較高;攝像頭成像原理式檢測點容易受環(huán)境中水和煤泥等影響，造成誤動作， 價格位于行程開關(guān)式和超聲波式檢測點之間，可根據(jù)自身情況選用相應方式檢測點。
1. 有煤監(jiān)測點設置
在每級皮帶合理位置安裝3個有煤檢測點，檢測點位置按以下要求確定：1#檢測點安裝位置根據(jù)上級皮帶啟動時間及帶速確定;安裝位置應確保本級皮帶在2#監(jiān)測點檢測到上級皮帶未啟動情況下，系統(tǒng)發(fā)出停車指令至本級皮帶停機，2#監(jiān)測點煤流不會輸送到機頭，根據(jù)本級皮帶帶速及停機時間確定;3#監(jiān)測點安裝位置在距離皮帶機頭0-10m位置。
2. 子系統(tǒng)設置
各條皮帶上的有煤監(jiān)測點通過通訊電纜連接至相應轉(zhuǎn)換機，每條皮帶合理位置設置本級皮帶子系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)換機通過并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)方式接入主系統(tǒng)，每條皮帶機頭、機尾位置各設置一部攝像頭，通過轉(zhuǎn)換機將畫面時時傳送到主系統(tǒng)控制室大屏。
3. 煤量檢測儀設置
在每級皮帶機尾位置安裝煤量檢測儀，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，自動控制上級皮帶轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)煤流平衡。
五、經(jīng)濟效益(實例)
1. 實例企業(yè)簡介
某礦主運系統(tǒng)如下：
逆煤流啟動順序：上倉皮帶→主井皮帶→西膠運皮→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：1800萬噸/年
上倉皮帶：功率：2×560kW;主井皮帶：功率：4×1400kW;西膠運皮帶：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)場實測各皮帶機單機開機時間如下：
上倉皮帶空載運行時間=
168+150+102.59+144.68+175=740.27s;
主井皮帶空載運行時間=
168+150+102.59+144.68=565.27s;
西膠運皮帶空載運行時間=
168+150+102.59=420.59s;
北大巷皮帶空載運行時間=168+150=318s;
6煤北翼大巷皮帶空載運行時間=168s。
順煤流啟動順序同逆煤流啟動順序相反，皮帶跟隨煤流一級一級啟動，空載運行時間可忽略不計，因此除順槽皮帶外，其他皮帶空載運行時間均可節(jié)省。
2. 經(jīng)濟效益
按每天開機一次算，每天可節(jié)省電能：=47+323+73+32+58+7.2=540.2kW·h，每年可節(jié)省電費約19.45萬kW·h，電費1元/kW·h算，可節(jié)省19.45萬元/年。按每班開機一次，每天開機三次算，可節(jié)省58.35萬元/年。
傳統(tǒng)逆煤流啟動，從上倉皮帶到6112順槽皮帶啟動，需要724.27s，按每天檢修4小時，生產(chǎn)20小時，每年360天，年產(chǎn)量1800萬t計算，每小時產(chǎn)量2500t，每天停機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計算，每年可提高效益約7242.77萬元。
采用順煤流啟動，可實現(xiàn)崗位無人值守，上倉皮帶、主井皮帶、西膠運皮帶、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8萬元/年，一年大約可節(jié)省人工費用120萬元。
本系統(tǒng)適用于多部長距離帶式輸送機作為主運輸系統(tǒng)連續(xù)運輸?shù)牡V山生產(chǎn)、洗選等其它使用帶式輸送機的企業(yè)，應用前景廣泛，易實現(xiàn)自動化控制。
結(jié)束語
在煤礦智能化發(fā)展的今天，具有自主感知、自主決策和自動控制運行的智能運輸系統(tǒng)顯得尤為重要，本系統(tǒng)可與開拓、采掘、通風、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)，達到“機械化換人、自動化減人、智能化無人”的目的，少人則安、無人則安，踐行總書記“以人為本”的安全理念。
