矿用刮板输送机电气控制系统的应用研究

　　摘要：针对矿用刮板输送机在使用过程中出现的烟雾、跑偏、堆煤、超温等故障问题，分析了矿用刮板输送机电气系统的结构特性和技术要求，说明了电气控制系统优化匹配设计，并对其在神华煤矿进行了现场应用测试，结果表明：装有该电气控制系统的刮板输送机整体运行较为稳定，各项功能运行正常，有效节约了企业的费用支出。

　　关键词：煤矿刮板输送机电气控制系统

　　引言

　　由于矿用刮板输送机工作的特殊性及井下环境的恶劣性，其使用过程中经常出现烟雾、跑偏、堆煤、超温等故障问题，针对这些故障问题，目前主要采用人工故障处理，该方式存在解决效率差、可靠性低、成本高等问题，为此，需对现有刮板输送机电气控制系统开展进一步的应用研究，并从防爆装置、电源模块、各类传感器等方面，对电气控制系统进行优化匹配设计，并在神华煤矿进行了现场应用测试[1]。

　　1电气控制系统结构特性

　　矿用刮板输送机主要由传动滚筒、驱动装置、机架、输送带、给料装置、改向装置、电气控制系统等部件组成，而电气控制系统则主要由控制台、人机界面、各类传感器、保护装置等部分组成，通过电气控制系统，可对输送机使用过程中的设备损坏、温度过高等故障问题进行检测、判断及报警，其原理为：电气控制系统主要通过各类传感器采集的相关数据信号，再将数据发送给主站的控制系统，主站利用RS232总线将控制信号上传至上位机和主操作台，同时由上位机向刮板输送机发出响应命令。

　　在自动控制下，主站PLC通过计算后，发出对应的动作和传达指令，并发送至从站PLC执行进一步的操作和监测。整体系统具有检测精度高、系统运行可靠、检测功能齐全等特点，是刮板输送机中的重要组成部分，目前，通过对其进行了不断的优化升级，已能较好地满足刮板输送机井下作业的生产需要[2-3]。

　　2电气控制系统技术要求

　　根据国家防爆检验部门规定，结合刮板输送机井下作业的特殊环境情况，刮板输送机电气控制系统需满足如下技术要求：1)防爆性能要求。电气控制系统中通讯设备、检测设备、控制设备均需具有一定的防爆性能，且需通过相关的防爆试验，并取得防爆性合格证，保证设备能满足井下恶劣环境的使用要求。2)较强兼容性。由于井下环境的恶劣性，各类设备在使用一段时间后易出现故障或损坏现象，需经常对其进行不同型号、不同性能的零部件维修或更换，故要求电控系统中的设备检验有较强的兼容性，以方便后期的设备维护。

　　3)先进性要求。随着煤矿相关技术的不断发展，要求刮板输送机的各项性能也应随着技术的发展而不断的提升，如智能显示、人机界面、远程监控和控制、智能检测和报警等功能，同时，这些先进技术在使用过程中，必须保证具有较高的稳定性和可靠性，以更好地满足输送机井下作业需求。4)高可靠性和操作方便性。电气控制系统的运行正常与否，直接关系到刮板输送机的生产效率和作业安全，故要求其系统中的设备必须具有较高的可靠性;同时，要求设备在使用维护过程中，具有较好的操作方便性，以减小人员劳动力和企业费用支出。

　　3电气控制系统主要部分设计

　　3.1防爆装置

　　由于刮板输送机中配置有诸多传感器、控制器、检测器等设备，为防止井下发生故障事故时对这些设备产生影响，且避免其他干扰信号对设备运行的影响，故需在电气控制系统中配置防爆装置。因此，选用了万维电子公司生产的与刮板输送机电气系统配套的KZX防爆装置。该设备具有本安型开关量输入、模拟量输入、本安型输出、非本安型输出等接口，具有结构紧凑、防爆性能强等特点。同时，在结构上采用了集隔爆腔和本安型于一体的防爆型式设计，隔爆腔与本安腔之间使用过线电缆连接，可通过独立的喇叭嘴实现与外接信号的连接。由此，通过该KZX防爆装置来实现对输送机中各类设备的隔爆保护。

　　3.2电源的匹配设计

　　该系统中PLC控制模块、继电器模块等模块运行均采用了12V或24V直流电压，故需对控制系统的电压进行匹配设计。考虑到井下环境的特殊性，所配电源模块需具有防爆功能，而目前市场上常见的电源模块包有万维本安矿用防爆变圧器电源、矿用隔爆兼本安型电源等，在综合考虑体积因素和隔爆功能基础上，选用了万维本安矿用防爆变圧器电源系列，该产品可被广泛应用于井下的甲烷、煤尘等危险环境中，具有输入电压可调范围广、超负荷能力强、体积小、质量轻等特点。

　　3.3各类传感器匹配设计

　　3.3.1速度传感器匹配

　　刮板输送机在井下作业过程中，时常会出现皮带巧滑、超速等现象，为实时检测该信号，在电气控制系统中配置了速度传感器，用以检测输送机的运行速度。因此，选用了GSH4型速度传感器。其内部接口包括12V正极、负极、GND接地，在操作过程中，可将其安装在旋转外壳上，当输送机旋转起来时，在传感器和磁钢之间会形成一种脉冲，脉冲信号经处理成数据信号后，可实现对输送机转速的检测。该传感器具有结构简单、操作方便、体积小等特点，可被广泛应用于刮板输送机的速度检测中[4]。

　　3.3.2烟雾传感器

　　烟雾传感器主要用于检测刮板输送机工作过程中与物体之间摩擦产生的燃烧烟雾。该设备可通过显示灯判断故障，红色指示灯为故障报警灯。当刮板输送机出现过热或燃烧时，可通过该传感器采集相关数据信号后传输至PLC控制器，同时，红色指示灯亮起。其内部接口主要包括12V正极、负极及接地，另外，还有一个与PLC控制器连接的I/O接口。该传感器具有检测精度高、设备运行稳定可靠等特点，是针对井下恶劣环境时必不可少的检测设备[5]。

　　4电气控制系统现场应用效果

　　结合前文建立的刮板输送机电气控制系统，将其在神华煤矿进行了3个月的现场应用测试，在测试期间，装有该电气控制系统的刮板输送机整体运行较为稳定，各项功能运行正常，人机界面能将输送机的运行温度、转速、关键部件耗损程度进行实时显示，针对运行过程中出现的危险信号，能及时进行报警提示，并准备显示故障发生原因及故障位置。

　　在此期间，刮板输送机未发生一起故障事故，零部件基本未出现损坏或更换现象。据企业人员介绍，与以往单台输送相比，该电气控制系统三个月的现场应用，为神华煤矿节约了近10万元的费用支出，同时，也提高了输送机的运行安全，得到了企业人员的普遍认可。

　　5结论

　　将电气控制系统在神华煤矿进行现场应用测试后，装有该电气控制系统的刮板输送机整体运行较为稳定，各项功能运行正常，设备故障率和零部件更换率几乎为零，在三个月的现场应用中，有效节约了企业的费用支出。该系统的应用对提高矿用刮板输送机的生产效率和使用安全具有重要意义，可为后期系统的进一步优化升级提供参考。

　　参考文献

　　[1]杨晓凡.基于PLC的矿用输送机控制系统的研究[J].机械管理开发，2019，34(2)：219-220;236.

　　[2]胡俊宏，张晨，王旭东，等.基于有限元的矿用输送机轴承接触问题分析[J].矿山机械，2017，45(4)：61-64.

　　[3]路龙.矿用输送机远程集中控制装置的技术应用[J].河北企业，2015(7)：120.

　　[4]李大伟，刘云.煤矿综采工作面ZQS127矿用输送机驱动监控装置运用研究[J].电子世界，2013(2)：61-62.

　　[5]詹敏华.基于PLC的矿用皮带机电气控制系统应用研究[D].淮南：安徽理工大学，2016.

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