CN111963245A - 一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，包括煤仓、设于煤仓出料口上的闸板、设于煤仓出料口下部的给煤机、设于给煤机出料口下部的带式输送机，给煤机由给煤电机驱动；还包括油箱、油泵、电磁换向阀、比例溢流阀、液压油缸、位移传感器和比例放大控制板；油泵、位移传感器、电磁换向阀、比例放大控制板均与PLC控制系统信号连接。本发明设置了视频系统，方便远程观察和沟通；设置了位移传感器、料位传感器、比例溢流阀等元器件并接入PLC控制系统，人员无需现场操作设备，排除了现场操作时的危险，而且放仓采用自动或半自动模式进行，操作简单，减少了传统放仓时的误操作，避免了因误操作导致的设备损坏。

Description

一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统

技术领域：

本发明涉及一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，属于矿山井下仓储放仓技术应用领域。

背景技术：

煤矿生产过程中，由于煤量产出不稳定，一会大，一会小，对带式运输机来说，会产生一系列不良影响。如：煤量小时，带式运输机相当于大马拉小车，浪费电能；煤量大时，煤块会从带式输送机上面溢出，洒在地上，影响人员通行。为解决这一问题，在井下设置了煤仓，工作面出来的煤量暂时存在煤仓内，煤仓下口安装给煤机，煤量按照要求稳定的落到带式输送机上，使带式输送机上的煤始终保持稳定。

但是，目前井下放仓基本上都是人工现场放仓，通过人工启停给煤电机开关，手动粗放式调节闸板开度、粗略控制给煤量。个别煤矿通过单一增加给煤机变频器，通过现场人工手动操作变频器，改变电机频率来简易实现放仓控制煤量。

目前的井下人工现场放仓形式存在的问题是：(1)人工现场操作设备，工作环境差，危险系数高。通过人工现场启停给煤机，人工改变减速机的传动比来实现给煤机调速，操作繁琐，可能会操作失误，导致设备损坏和人员伤害。(2)煤仓内含水量不确定，当放仓时遇到“水炭”(含水量高)，由于操作繁琐，无法及时调节闸板开度，且给煤机电机无法调速，容易造成“水炭”从带式输送机上溢出，洒在地上，影响正常工作。(3)设备控制精度低，相关检测信号不全。给煤机电机为直接启动，不可调速，闸板开关是通过人工手动启动油泵、操作阀体，实现粗放式开关，闸板油缸无行程检测、闸板无到位检测。(4)统一协调性差。工人放仓之前需多处沟通确认，看是否可以放仓、放哪处仓。给煤机与仓下带式输送机无联锁功能，放仓过程中要时刻关注仓下带式输送机运行状态，带式输送机停车需立即人工停止给煤机，否则可能会导致仓下堆煤现象发生。

发明内容：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统。

本发明由如下技术方案实施：一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其包括煤仓、设于所述煤仓出料口上的闸板、设于所述煤仓出料口下部的给煤机、以及设于所述给煤机出料口下部的带式输送机，所述给煤机由给煤电机驱动；

其还包括油箱、油泵、电磁换向阀、比例溢流阀、液压油缸、位移传感器和比例放大控制板；所述油泵的进油口置于所述油箱内腔，所述油泵的出油口分别与所述电磁换向阀的进油口以及比例溢流阀的进油口通过管道连通，所述电磁换向阀的两个出油口分别与所述液压油缸的前腔和后腔通过管道连通，所述电磁换向阀的回油口和所述比例溢流阀的出油口均与所述油箱连通；

所述液压油缸水平设于所述煤仓上，所述液压油缸的缸体与所述煤仓固定连接，所述液压油缸的活塞杆与所述闸板固定连接，所述位移传感器固定设于所述液压油缸上；

所述油泵、所述位移传感器、所述电磁换向阀、所述比例放大控制板均与PLC控制系统信号连接。

进一步的，所述位移传感器为拉绳式GUD2000/3500位移传感器，所述拉绳位移传感器的传感器与所述液压油缸的缸体固定，所述拉绳位移传感器的拉绳与液压油缸的活塞杆固定。

进一步的，其还包括料位传感器，所述料位传感器设于所述煤仓仓口，所述料位传感器与所述PLC控制系统信号连接。

进一步的，其还包括视频系统，所述视频系统包括煤仓周边的摄像机模块和对讲模块，所述摄像机模块和对讲模块均与所述PLC控制系统信号连接。

进一步的，其还包括变频器，所述变频器设于连接所述给煤电机的输入电路上，且所述变频器与所述PLC控制系统信号连接。

该控制系统还具备智能放“水炭”模式，给煤机出料含水量多少本身在这种工况下是无法通过传感器检测的，只能靠增加的视频系统观察，当操作员在值班期间观察发现给煤机给煤含水量较大，在其放仓时可开启放“水炭”模式，根据水量大小设置放“水炭”模式前期运行时间(该时间为闸板缓慢打开、给煤机运行频率缓慢增加的时间)，系统可自动通过控制比例放大板来控制比例溢流阀的开度，缓慢的将闸板打开，通过位移传感器确定闸板开度，将闸板开到几公分甚至更小的开度。接着变频器带动给煤机以较低频率(5～10HZ)启动，待达到设定的放“水炭”模式运行时间后，自动调节比例阀控制闸板，开到正常放仓开度，同时给煤机变频器频率加大，直到增加到正常放料的运行频率，开始正常放仓。在此期间如操作员发现放出的料较干燥，可随时切换至正常放仓模式。

本发明的优点：

(1)本发明公开的煤矿井下智能放仓控制系统设置了视频系统，方便远程观察和沟通；设置了位移传感器、料位传感器、比例溢流阀等元器件并接入PLC控制系统，人员无需现场操作设备，排除了现场操作时的危险，而且放仓采用自动或半自动模式进行，操作简单，减少了传统放仓时的误操作，避免了因误操作导致的设备损坏。

(2)本发明公开的煤矿井下智能放仓控制系统通过PLC控制，避免了传统系统因操作繁琐导致的无法及时调节闸板开度和给煤机电机无法调速，进而造成“水炭”从带式输送机上溢出，洒在地上，影响正常工作的问题。

(3)本发明中通过设置位移传感器、比例溢流阀、视频系统等元器件，设备控制精度高，检测信号全。而且给煤电机通过变频器调节，可调速，闸板开关是通过PLC控制系统和启动油泵并控制比例溢流阀的开度，实现闸板开度的精确控制，并通过位移传感器反馈闸板开启位置，实现了精细化控制。

(4)利用本发明系统进行放仓时，只需通过视频系统观察煤仓周围情况，并通过视频系统的语音模块沟通即可，工人无需多处沟通确认，看是否可以放仓、放哪处仓。给煤机与带式输送机联锁，放仓过程中无需时刻关注带式输送机运行状态，当带式输送机因其他原因突然停机时，给煤机也会同时快速停止，杜绝了下料口堆煤现象的发生。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施方式中煤矿井下智能放仓系统；

图2为图1中闸板和液压油缸的连接关系图；

图3为本实施例方式中煤矿井下智能放仓控制系统示意图；

图4为图3中液压控制单元示意图；

图5为本实施例中比例溢流阀的电路图；

图6为本实施例中位移传感器和比例溢流阀控制示意图；

图7为本实施例中油泵控制电路图。

图中：煤仓1，闸板2，给煤机3，带式输送机4，变频器5，料位传感器6，油箱7，油泵8，电磁换向阀9，比例溢流阀10，液压油缸11，拉绳式GUD2000/3500位移传感器12，视频系统13，PLC控制系统14。

具体实施方式：

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其包括煤仓1、设于煤仓1出料口上的闸板2、设于煤仓1出料口下部的给煤机3、以及设于给煤机3出料口下部的带式输送机4，给煤机3由给煤电机驱动，给煤电机的输入电路上设有变频器5，在煤仓1的仓口设有料位传感器6；

其还包括油箱7、油泵8、电磁换向阀9、比例溢流阀10、液压油缸11、拉绳式GUD2000/3500位移传感器12、比例放大控制板、视频系统13；油泵8的进油口置于油箱7内腔，油泵8的出油口分别与电磁换向阀9的进油口以及比例溢流阀10的进油口通过管道连通，电磁换向阀9的两个出油口分别与液压油缸11的前腔和后腔通过管道连通，电磁换向阀9和回油口和比例溢流阀10的出油口均与油箱7连通；

液压油缸11水平设于煤仓1上，液压油缸11的缸体与煤仓1固定连接，液压油缸11的活塞杆与闸板2固定连接，拉绳式GUD2000/3500位移传感器12的传感器与液压油缸11的缸体固定，拉绳式GUD2000/3500位移传感器12的拉绳与液压油缸11的活塞杆固定；当活塞杆伸出或缩回时带动拉绳动作，拉绳式GUD2000/3500位移传感器12信号接入PLC控制系统14，实现闸板2开度及到位情况的精确检测。

视频系统13包括煤仓1周边的摄像机模块和对讲模块，摄像机模块、对讲模块、油泵8、料位传感器6、位移传感器、电磁换向阀9、比例放大控制板、变频器5均与PLC控制系统14信号连接。

摄像机模块前端采用海康威视摄像机，附加语音对讲模块，控制中心采用海康视频服务器DS-8632及相应海康视频管理软件ivms4200，通过摄像机监视现场状况及设备运行状态，同时还可通过语音对讲功能与现场相关人员语音对讲。

PLC控制系统14核心采用西门子S7-1200系列CPU及相应的I/O、模拟量采集模块，通过继电器等辅助器件来采集与控制现场相关设备。

变频器5选用英威腾CHV系列中低压变频器5，可就地、远程启停及改变输出频率，进而实现连续、可控的调节给煤电机转速。

料位传感器6选用E+H品牌的雷达物位计FMR57系列物位传感器，安装于煤仓1仓口，主要用于煤仓1仓位的测量，现场显示并产生信号传给PLC控制系统14，以达到及时准确的判定和控制煤仓1情况。

比例溢流阀10是一种带位置电反馈的双弹簧结构的直动式溢流阀。它与手调式直动溢流阀的功能完全一样。其主要区别是用比例电磁铁取代了手动弹簧力调节组件。溢流阀可以靠不同刚度的调压弹簧来改变压力等级。由于比例电磁铁的推力是一定的，所以不同的等级要靠改变阀座的孔径来获得。这就使得不同压力等级时，其允许的最大溢流量也不相同。根据压力等级不同，最大过流量为2～35L/min，工作压力：至25Mpa，电路图如图5所示。

比例放大板是一种可进行单路开环控制的比例放大器。本方案中比例放大板采用的是宁波华液机器制造有限公司生产的H-AP-101-0.8A比例放大板，适用于此系统比例溢流阀10控制。

工作原理：

PLC控制系统14中写入现场工况控制逻辑，各煤仓1内安装的料位传感器6的信号接入PLC控制系统14，当主控室控制员开启仓下带式输送机4后，可根据各煤仓1料位自由调配决定放哪个煤仓1。放仓之前通过现场视频系统13再次确认各设备状态及现场周围工况，是否满足设备正常、周围无安全隐患的条件。

在一切正常及安全的前提下开始放仓，放仓时可采用人工边观察边放的半自动模式放仓，也可通过系统控制的自动模式放仓。其中，半自动模式为：PLC控制系统14发出开启闸板2指令，先启动油泵8，液压油缸11油路被电磁换向阀9换到开闸油路上，通过人工控制比例放大板来控制比例溢流阀10的开度，缓慢的将闸板2打开，通过位移传感器确定闸板2开度，可以先开到几公分甚至更小的开度。接着变频器5带动给煤机3以较低频率(5～10HZ)启动，观察放仓情况及出料，出料如果为正常较干燥状态，继续调节比例溢流阀10的开度，控制液压油进入液压油缸11和从比例溢流阀10回流的量来控制闸板2的开度，直到开到正常放仓开度，同时给煤机3的变频器5频率加大，直到增加到正常放料的运行频率，开始正常放仓。如果出料水份较大，为了防止“跑仓”(物料含水量大呈泥浆状，如一次性将闸板2打开，给煤机3无变频控制，泥浆状物料大量迅速流出，将无法控制，对周围人员及设备存在较大的安全隐患)无法控制，就以闸板2较小开度及变频器5较低频率状态继续放仓，待出料是正常较干燥状态后，调节比例溢流阀10控制闸板2，开到正常放仓开度，同时变频器5频率加大，直到增加到正常放料的运行频率，开始正常放仓。

自动模式，即：PLC控制系统14发出开启闸板2指令，先启动油泵8，液压油缸11油路被电磁换向阀9换到开闸油路上，闸板2运行25～30毫米位置，之后比例溢流阀10给电压到7伏，使得比例溢流阀10全开，闸板2在25-30毫米位置停留一定时间进行放仓。放仓时间和放仓位置均由PLC控制系统14和位移传感器联合调定，且其数值可人为提前设定。

半自动和自动模式放仓结束后，PLC控制系统14发出关闭闸板2指令，液压油缸11油路被电磁换向阀9换到关闸油路上，快速一次将闸板2关闭到位；同时比例溢流阀10降电压到0伏使比例溢流阀10关闭，并关闭油泵8。

半自动和自动模式是根据煤仓内煤的质量确定，如确定煤的质量好，如确定煤仓1内煤为干料，可采用自动模式，如不确定，需要采用半自动模式，边观察边调整。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其包括煤仓、设于所述煤仓出料口上的闸板、设于所述煤仓出料口下部的给煤机、以及设于所述给煤机出料口下部的带式输送机，所述给煤机由给煤电机驱动；

其特征在于，其还包括油箱、油泵、电磁换向阀、比例溢流阀、液压油缸、位移传感器和比例放大控制板；所述油泵的进油口置于所述油箱内腔，所述油泵的出油口分别与所述电磁换向阀的进油口以及比例溢流阀的进油口通过管道连通，所述电磁换向阀的两个出油口分别与所述液压油缸的前腔和后腔通过管道连通，所述电磁换向阀的回油口和所述比例溢流阀的出油口均与所述油箱连通；

所述液压油缸水平设于所述煤仓上，所述液压油缸的缸体与所述煤仓固定连接，所述液压油缸的活塞杆与所述闸板固定连接，所述位移传感器固定设于所述液压油缸上；

所述油泵、所述位移传感器、所述电磁换向阀、所述比例放大控制板均与PLC控制系统信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其特征在于，所述位移传感器为拉绳式位移传感器，所述拉绳位移传感器的传感器与所述液压油缸的缸体固定，所述拉绳位移传感器的拉绳与液压油缸的活塞杆固定。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其特征在于，其还包括料位传感器，所述料位传感器设于所述煤仓仓口，所述料位传感器与所述PLC控制系统信号连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其特征在于，其还包括视频系统，所述视频系统包括设于煤仓周边的摄像机模块和对讲模块，所述摄像机模块和对讲模块均与所述PLC控制系统信号连接。

5.根据权利要求3所述的一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其特征在于，其还包括视频系统，所述视频系统包括设于煤仓周边的摄像机模块和对讲模块，所述摄像机模块和对讲模块均与所述PLC控制系统信号连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其特征在于，其还包括变频器，所述变频器设于连接所述给煤电机的输入电路上，且所述变频器与所述PLC控制系统信号连接。

7.根据权利要求3所述的一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其特征在于，其还包括变频器，所述变频器设于连接所述给煤电机的输入电路上，且所述变频器与所述PLC控制系统信号连接。

8.根据权利要求4所述的一种用于煤矿井下智能放仓的控制系统，其特征在于，其还包括变频器，所述变频器设于连接所述给煤电机的输入电路上，且所述变频器与所述PLC控制系统信号连接。

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