煤礦自動化控制技術在皮帶運輸中的應用

劉玉亮

摘 要 現階段，隨著科學技術水平的不斷提升，我國越來越多的行業當中都有了不同程度的自動化技術運用，并取得了良好的應用效果?；谶@種社會發展背景，針對煤礦行業來說，井下運輸方式也必定會發生各種各樣的轉變，其中帶式輸送機這種輸送方式就能夠為井下運輸工作提供許多便利，在實際工作過程中有著較大功率，因此能夠實現高速路、長距離的井下輸送作業。對此，本文針對煤礦自動化控制技術在皮帶運輸當中的具體應用進行分析，集合皮帶機系統的控制方式，提出了具體的優化策略與應用方向，旨在為相關人員提供參考。

關鍵詞 煤礦生產 自動化控制 皮帶運輸 皮帶機性能

中圖分類號：TD5;TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0028-03

盡管在當前的發展過程中，我國社會對于煤炭的需求量越來越大，但是伴隨著綠色環保低碳理念的深入人心，煤炭需求在未來的發展過程中必定會逐漸轉型。而在這一時期我們需要做好的就是在力求實現煤炭生產與利用節能環保的同時，提升煤礦生產運輸的自動化水平。以煤礦井下運輸為例，在當前的皮帶運輸過程中，應用自動化控制技術主要有三種系統控制方式，分別為PID控制技術、模糊控制技術與智能控制技術，而在皮帶運輸過程中，自動化控制技術將主要應用在保護運輸過程、控制運輸過程以及皮帶的自動化控制改造當中。

1 煤礦皮帶運輸自動化控制探析

從煤礦自動化控制技術來看，主要是以PLC為基礎，可分為井下皮帶運輸站與地面控制中心這兩大部分。首先，地面控制中心主要負責針對整個系統的控制與操作，控制方式有手動與自動兩種。其中自動控制就是借助于操作臺將控制信號傳輸到控制器當中，而后由控制器將對應指令發出，再借助于皮帶運輸機進行具體操作，比如運行操作與開關機操作等。同時這種方式還可以針對煤礦井下裝置發生的各種變化情況進行監控，比如常見的瓦斯濃度、三相電流等等，另外，還可以將不同設備在運行過程中所產生的各類資料信息及時輸送到控制中心，從而更精準且快速地找出故障，確保煤礦生產作業的安全性。

2 煤礦井下皮帶運輸自動化控制的重要性分析

現如今，我國的煤炭行業已經進入了一個發展的瓶頸期，煤炭生產企業正面臨著越來越大的生產壓力。因此，為保持傳統煤炭行業的活力，必須加大先進自動化控制技術的應用，從而對現有生產方式進行不斷優化改造，以求從根本上提升生產質量與生產效率，降低企業運營成本，為企業謀求更多經濟與社會效益。在煤礦生產過程中，皮帶運輸裝置往往是不可或缺的一種設備。目前，有部分年限較為久遠的皮帶運輸裝置在運行過程中存在嚴重的質量問題，比如功率不穩、效率低下、電流過大等，嚴重影響著煤礦運輸工作質量。對此，在其中加大自動化控制技術的應用力度，能夠從根本上解決這些問題，為傳統煤炭行業注入新鮮的血液與活力[1]。

3 皮帶機性能研究現狀分析

當前的皮帶機性能正在不斷優化，主要體現出了以下幾個特征：（1）自動化程度不斷提升。目前在皮帶運輸過程中能夠針對各種參數信息開展實時監控工作，根據自動控制裝置與大功率的軟啟動裝置，針對皮帶運輸過程中的不同參數信息開展實時動態化監測與遠程控制，能夠有效減少啟動時因電流過大所產生的不必要電網沖擊影響，從而降低斷帶、撕裂等問題的發生概率;（2）設備趨向于大型化。目前皮帶運輸機設備當中的主要技術指標都正在向著大型化方向轉變，發展至今已經能夠實現年平均煤炭生產量千萬噸以上的大量運輸需求;（3）驅動技術不斷完善。目前可以通過先進控制理論來完善驅動模式，控制功能也越來越多樣化，因此能夠確保皮帶機運輸過程中的穩定性;（4）設備技術不斷完善。在全新的皮帶機設備當中，大多配置有各種先進裝置，包括變頻裝置、自動清理裝置、保護裝置等等，工作效率與質量得到了顯著提升[2]。

4 皮帶機系統控制方式

4.1 PID控制技術

自二十世紀三十年代以來，PID控制就依靠于自身簡單的工作原理、方便的應用特性以及適應性較強的應用能力，在工業控制領域當中受到了廣泛運用。在當前的許多礦井當中，依舊存在這種技術的運用，但是PID控制設備需要結合預先規劃好的具體控制參數針對被控制系統開展有效控制工作，在工作過程中經常會受到種種因素的影響，包括系統非線性以及耦合性等等，所以針對一些較為復雜的井下工況來說，運用PID控制技術時經常會出現皮帶機負載變化不穩定等情況，因此起不到良好的控制效果[3]。

4.2 模糊控制技術

井下煤炭運輸系統作為一種十分復雜的系統，其主要組成為非線性結構，因此往往不易建立起精確的數學模型。因為具有較多的系統干擾，再加上控制變量具有隨機性特點，所以導致皮帶機控制工作具有一定的不確定性，也就是模糊性?；谶@種問題，上述PID控制技術便無法更好地滿足實際需求，因此可以采取模糊控制技術，只需要建立一個模糊的數學模型就可以解決這些問題。模糊控制技術主要具有以下優勢：（1）需要建立更為精確的系統數學模型，適用于各類復雜系統當中;（2）具有較強的魯棒性，更加適用在對時變、非線性以及滯后等系統的控制當中;（3）以專家經驗與知識為基礎，還可以借助于學習進行不斷更新，具有極強的智能性與自主學習性優勢[4]。

4.3 智能控制技術

目前，伴隨著科技水平的提升，計算機在運算能力、存儲能力以及處理能力等方面得到了全面提升，從而大大推動了我們在智能控制領域當中的研究與發展。部分智能算法主要包括遺傳算法、人工神經網絡以及蟻群算法等，并且集中表現在對人類的基因、大腦和各種生物生活的自然規律進行模擬，從而起到對受控制對象進行調整的目的。從功能、微觀結構這兩方面來看，主要是針對自然生物與人腦等具象物體進行了抽象與簡化，這也是在自動化控制當中的未來主要發展方向。

5 皮帶輸送機的具體優化策略40FD3F09-BDE3-4BBD-A00E-4B8210CE6395

5.1 皮帶機軟啟動

皮帶輸送機啟動時往往會出現較大電流，具體數值往往能夠達到額定電流數值的6倍左右，進而對電網、設備造成不良損害，嚴重時還可能發生燒毀電機的現象，對企業生產的安全性與穩定性產生不良影響。另外，在皮帶機啟動過程中，張力還會隨之增大，對皮帶產生較大沖擊，這將直接對皮帶壽命造成不良影響。而在啟動時如果沒有足夠大的驅動摩擦，就有可能導致皮帶打滑情況的發生?；谶@些問題，就可以采取軟啟動的方式，有效控制皮帶機轉速與力矩，同時在針對一些傾角較大的情況時，也可以借助于軟啟動的方式，能夠有效避免物料下滑的情況發生，從而防止對皮帶機造成一定的傷害[5]。

5.2 變頻調速優化

通過上述分析不難發現，當前皮帶機在運行模式上還有待完善，特別是需要針對現有運輸系統進行完善，從而提升運輸效率。為科學地調控皮帶機，可以借助于對電機數目進行增加或者對電機轉速進行調整的方式實現，且主要以調速控制為主。具體的電機調速主要可分為以下幾種方式：轉子串電阻、變極以及變頻調速等等，其中變頻調速的優勢將會更加明顯。這種調速方式是通過使電機頻率更高，而后起到調節電機速度的效果。借助于變頻調速的合理運用，既能夠有效改善啟動沖擊問題，達到軟啟動的目的，同時也能夠有效解決多臺電機功率不穩定的問題，有效增加整體收益[6]。

6 煤礦自動化控制技術在皮帶運輸中的應用

6.1 保護運輸過程

自動化控制技術的合理運用能夠有效地對皮帶運輸裝置起到保護作用。通常，在皮帶運輸距離較長時，由于井下環境的影響，有可能出現嚴重故障。針對自動控制系統來說，包括保護開關和傳感器，需要保護開關動作，對閉鎖與跑偏進行識別，而后將這些信息反饋到控制中心，從而以故障信息為基礎進行有效處理。另外，在皮帶運輸過程中，最常見的一種問題就是溫度問題，由于運輸設備長時間運轉，產生的熱量也會讓電機溫度越來越高，當溫度過高時，就會影響到傳輸系統的正常工作。而借助于自動化控制技術，則能夠在運輸過程中針對溫度進行實時監控，當發現溫度異常時，可以及時上傳到控制中心，并由控制中心作出反應，避免溫度問題的發生。

6.2 控制運輸過程

在皮帶運輸過程中，自動化控制技術的合理運用主要包括手動控制與自動控制兩種。一旦皮帶運輸裝置能夠始終保持穩定，此時只需要工作人員啟動電控開關，受自動化控制技術的推動，系統就能夠按照預先設定的程序控制皮帶運輸裝置，從而實現自動控制。當皮帶運輸裝置發生故障時，傳感器會及時將故障信息輸送到系統內部，在控制器分析完成之后，能夠及時發送反饋指令，停止設備運轉，此時故障信息也會輸送到控制中心當中。在故障完全排除之后，控制器會將運轉指令重新發送到設備當中，避免設備“帶病運作”，確保生產過程的安全性與穩定性[7]。

6.3 皮帶自動化控制改造狀況

一方面，我們需要基于現有設備開展自動化控制改造，合理地運用原有平臺資源，并在改造過程中結合具體的工作環境，致力于與工作實際相符合。具體來說，可以在煤礦生產過程中，在生產調度室當中設置集控中心，從而更有利于監控皮帶運輸裝置，對現場數據進行系統化的統計與分析。另一方面，可以在煤礦作業區域設置超聲波煤位儀，保障可以在超出預警數值的情況下，實現及時的自動化報警，從而有效避免煤礦塌方等嚴重事故的發生，確保作業區域內工作人員的人身安全[8]。

7 結語

綜上所述，在煤礦皮帶運輸作業當中，自動化控制技術的應用能夠大大提升工作效率與質量，因此不論是現在還是未來，自動化控制技術在煤礦生產領域都將發揮至關重要的作用，這需要相關工作人員加強對這種技術的認識，進一步提升這種技術的應用效果。

參考文獻：

[1] 張安.論煤礦自動化控制技術在皮帶運輸中的應用[J].科學大眾：科技創新，2021（07）：2.

[2] 段憲琛.煤礦自動化控制技術在皮帶運輸中的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（14）：191，194.

[3] 蘇茂良.自動化控制在煤礦井下皮帶運輸系統中的應用[J].商品與質量，2019（33）：77.

[4] 吳清平.煤礦皮帶運輸控制系統自動化建設研究[J].今日自動化，2020（09）：10-11，22.

[5] 孟建偉.自動化控制在煤礦井下皮帶運輸系統中的應用探究[J].化工中間體，2020（04）：66-67.

[6] 白宏鵬.煤礦井下皮帶自動化控制系統及其應用[J].有色金屬文摘，2019，34（01）：79-80.

[7] 白宏鵬.煤礦井下皮帶自動化控制系統及其應用[J].資源信息與工程，2019，34（01）：79-80.

[8] 胡青英.PLC控制技術在皮帶運輸機中的應用分析[J].機電工程技術，2019，48（06）：176-178.40FD3F09-BDE3-4BBD-A00E-4B8210CE6395