引言：煤矿井下皮带运输机是现代化矿井高产高效的主要运输设备。它采用无速度传感器矢量控制的防爆变频器与交流异步电动机构成交流变频拖动，是符合井下皮带机拖动要求且价格适中的最佳拖动设备。但是，由于特殊生产条件，皮带机运煤量是不均匀的。在负载较轻或无负载时，系统高速运行对机械传动的磨损较为严重，同时电能消耗也比低速时大，因生产的需要系统又不能随时停车。结合皮带机运输系统的具体情况和要求，研制智能控制系统就很有必要。
1.井下皮带机智能控制的关键技术和原理
井下皮带机智能控制的关键技术主要包括传感器技术、数据采集与处理技术、智能诊断与监测技术以及智能控制策略。通过传感器技术实现对皮带机运行状态、温度、振动等参数的实时监测，采集到的数据经过处理分析，实现对皮带机运行状态的智能识别与判断，为后续的智能控制决策提供依据。智能控制策略则包括了基于人工智能的智能优化控制、智能故障预警与诊断、智能化的运维决策等，通过对数据的分析和学习，不断优化控制算法和策略，实现对皮带机系统的智能化管理与控制。这些关键技术共同构成了井下皮带机智能控制的基础，为系统的智能化运行提供了技术支撑和保障。
2.皮带机控制系统应用的问题分析
很多煤矿在皮带机运输作业中，开始采用自动化控制，加装监控设备。但因工作环境复杂，区域布置范围长，负载变化范围大等特点，导致了皮带机自动化控制和监测难度较大。问题集中在：①自动控制装置。皮机的自动控制装置，通常只能用于遥控。发生超负荷运转、外部冲击、皮带磨损等故障，自动化系统就不能实时了解现场的情况。异常振动和其它不正常状况，系统也不能对现场情况实时监控。②以太网。很多使用以太网通讯，通讯效率低、形式单一，容易受到外界干扰，对皮带机操作和控制不利；处理数据速度慢，无法保证高效运行。③打滑控制。不能实现对皮带打滑的实时监测。运行时由于传动滚筒与传动带的摩擦而产生驱动力，之间接触松动时，很容易造成胶带滑动。若滑动，会引起局部温度上升，严重时会引起燃烧，对运行安全有限制。④监控系统关键模块未能及时更新。以前的功能模块，随使用年限的增长和监测技术的发展，原有的安全监测模块功能逐渐显得低（响应速度慢、功能不完善、线路老化等）。长期使用会故障误报等，严重时会紧急停机。⑤监控系统人机交互接口单一。其监测指标显示和故障预警等都有缺陷。
3.皮带机智能控制系统方案设计
现介绍一种常用基于网络的皮带机智能化控制系统。该控制系统由上位机、控制分站、控制主机组成。系统中各个模块间信息传递的方式为以太网（见图2）。
3.1系统主要硬件组成。皮带机智能控制系统由控制装置、变频器、执行电动机等组成。控制装置由可编程序控制器PLC、A/D及D/A转换模块等组成，变频器由隔爆壳腔、变频调速控制系统、程序参数控制器（键盘或CCS操作台）等组成。而负载电流信号来源于各驱动皮带机变频器的电流反馈信号。皮带机多使用双滚筒或多滚筒驱动，每个驱动滚筒都由一台电动机拖动。控制器PLC可实现功率平衡、起动信号给定、速度控制和给定、与其他控制器通讯、数据采集和集控等。变频器具有故障自诊断与多种反馈（运行状态、电流馈）、无速度传感器矢量控制、加减速时间、S形曲线任意可调等功能与特点。同时，变频器还具有过载、过流、漏电、断相、欠压、过压等保护功能及PID控制器选件和工/变频转换。
3.2硬件结构。该系统硬件的功能是实现对皮带机运行状态的实时监控和远程控制。具体结构包括有PLC控制器、控制分站、监测传感器、视频监控系统等。①PLC控制器：选用S7-300型PLC作为控制器，其具有较高的计算性能，稳定性好，数据处理速度快，比较适用于各种复杂环境下的应用。②井下监控分站设计：为满足连续作业，并与智能化控制系统功能相配合，需要相应的主站和子站设计。主站负责对各监测站的数据接收和处理，并将处理后的数据传送到中央控制器，由此对传输数据进行解析并显示在上位机上。子站的功能是实现皮带机的控制，分站上的传感器采集信号传输到总站，对信息收集和处理后再向子站发出控制指令，由子站进行速度调节。依靠子站上布置的传感器，系统能及时获得温度、速度、电流、煤流量等多项参数。③监测传感器：在皮带机上设置各种传感器，是监测和远程控制运行参数的基础。传感器的选择、安装位置等也会对监测精度产生影响。根据其他矿的安装实践，在此选择GSC6-SC型传感器，安装位置在皮带回车侧。速度传感器用于检测皮带的运转速度，并将监控转速与滚筒运转线的转速进行比较，通过滑移率计算判断有无打滑现象。温度传感器选用KUW200H型，安装位置在距离滚筒200mm的皮带机架上。功能是监测滚筒、皮带、电机等位置的温度，避免因温度过高而造成设备安全的隐患。采用UQL0.1型烟雾报警器感应器，安装位置在滚筒的下风口，以检测区域烟雾浓度。选用GEJ-15型传送机，沿皮带机线路各部位放置多个跑偏监控传感器。④视频监控：选用一种新型基于视频的自动监测系统，能实现实时监控，提升了智能化水平。选择KBA116A型防爆摄像头，能在潮湿的环境中长期工作。另外，增加异常识别和警报功能，可对皮带上的锚杆、大块煤矸石等进行辨识，并给出相应的警示，防止发生堆煤、皮带撕裂等故障；内置煤累积监测，煤量达到某数值后，系统向主机发送控制命令。监控设备具有影像联动能力，发生异常时，能将故障影像在上位机显示，就可根据指示处理。
3.3软件结构。①控制主程序：系统具有故障诊断、初始化、主程序运行功能等，以保证安全、平稳运行，并利用主程序对皮带机的运行状态进行实时监控。通过对各个子程序的调用，保证控制系统能进行数据的采集，并向监控中心发送有关监控参数。通过监控，有关控制人员可根据监控情况下达相应的控制命令，实现遥控的目的。②运行速度控制程序：考虑皮带负载不均衡、负载大等各种复杂工况，并根据步进式调速的基本原理，依据不同的负载来实现转速控制。在工作状态下，对皮带机负载测量，计算出转速范围；在设定工作转速后，对变频调速器的输出电流进行调节，以达到调节带转速的效果。
4.应用实例效果分析
在此提出的皮带机智能化控制系统，类似煤矿实际应用很有效，它具有良好的工作性能，能对井下皮带机进行智能化的控制，效果很好。运行过程中的平稳性能和总体可靠性也都很好。运行消耗能量与之前相比，减少12%。皮带机可以远程控制，可由监测中心对工作状况进行实时监测，现场只要派维修工进行巡视即可。
结束语：井下皮带机智能化控制系统的设计，使得智能化控制体系的功能得到了较好的完善。故障检测、报警控制的融入，安全可靠性也更高了；多项检测技术的设计，能够实现了皮带机的遥控操作。在运转期只要派人巡视就可，可大量减少现场维护人员；摩擦、跑偏检测监控，能耗减少了，运行成本降低了。
参考文献：
[1]武栋栋.煤矿带式输送机智能调速控制系统设计与应用研究[J].机械管理开发，2022(6)：60-63.
[2]郑阳平.皮带机智能控制系统的研究[J].制造业自动化，2014 (01)：112-113.
