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1 系統(tǒng)研究與應(yīng)用的意義
徐州礦務(wù)集團(tuán)是一個百年老礦, 開采深度多達(dá)一千多米。長期以來, 井下開采的煤炭主要依靠立井箕斗設(shè)備提升到地面進(jìn)入儲煤倉, 然后通過火車或汽車銷往全國各地。
在提升煤炭過程中, 由于立井箕斗沒有安裝稱重系統(tǒng), 箕斗中的煤炭裝多或裝少無法知道。如果裝多了, 造成箕斗超負(fù)荷運行, 加快鋼絲繩磨損老化, 時常有掉罐, 出現(xiàn)罐毀人亡事故, 嚴(yán)重影響了煤礦的安全生產(chǎn); 如果每罐煤炭裝少了,就會造成工作效率降低, 浪費能耗, 不利于節(jié)能減排; 更重要的是, 井下每天、每月甚至每年實際生產(chǎn)的原煤產(chǎn)量無法計量, 只能依靠收尺量方和數(shù)礦車來推算產(chǎn)量, 計量嚴(yán)重失準(zhǔn), 無法對采區(qū)實行定額考核, 造成了產(chǎn)銷量不一致, 常常出現(xiàn)虧噸或漲噸現(xiàn)象, 嚴(yán)重地影響煤炭企業(yè)經(jīng)營生產(chǎn)。因此, 開展智能型礦井提升定量稱重系統(tǒng)的研究和應(yīng)用, 對于加強(qiáng)井下生產(chǎn)原煤計量, 實現(xiàn)對采區(qū)的定額管理, 做到產(chǎn)銷一致, 確保礦井提升系統(tǒng)的安全, 節(jié)能減排和高產(chǎn)高效, 都有著重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。
2 系統(tǒng)的組成原理與設(shè)計
智能型定量稱重控制系統(tǒng)是一種按照事先設(shè)計好的稱重程序和定量值將大批散狀物料 ( 如 8t 煤炭)自動分成質(zhì)量組相等的小份額載荷的自動稱重控制系統(tǒng), 國際建議 ( OIML)稱之為“重力式自動裝料秤” ( Automatic Gravimetric FillingInstruments) 。
2.1 工作原理
智能型定量稱重控制系統(tǒng)的基本工作原理是由秤體將被稱散料的重量傳遞給稱重傳感器,稱重傳感器將輸出的毫伏信號由稱重顯示控制器進(jìn)行放大、濾波、數(shù)模 ( A/D)轉(zhuǎn)換之后, 送到微型計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)字處理, 通過顯示器進(jìn)行重量顯示和打印輸出, 同時再反過來對秤體進(jìn)行控制, 從而形成一個閉環(huán)測控系統(tǒng), 以實現(xiàn)完整的計量控制過程。
2.2.1 秤體
智能型定量稱重控制系統(tǒng)的秤體一般由貯料斗、稱量斗和氣動閥 ( 電磁閥)組成。貯料斗通常以粗、細(xì)二級喂料方式給稱量斗喂料, 稱量斗在稱完指定物料重量以后, 以開料斗斗底門方式排放物料, 其中粗、細(xì)喂料和開底門排料的信號均由稱重顯示控制器通過氣動電磁閥予以控制。使用時,在微機(jī)控制下皮帶喂料機(jī)以正常速度進(jìn)行粗喂料,貯料斗①中的料進(jìn)入稱量斗③進(jìn)行計量,稱重顯示控制器即采集重量數(shù)據(jù), 當(dāng)細(xì)喂料設(shè)定值時, 皮帶喂料機(jī)②改為慢速運行, 同時控制氣動喂料閘門④下降, 物料料層隨之減薄, 使流量變小,減小了物料對稱量斗的沖擊, 使稱重幾乎在靜態(tài)下進(jìn)行。當(dāng)達(dá)到預(yù)置設(shè)定值時, 皮帶喂料機(jī)②停止運行, 由氣動控制的斷料斗⑤下降, 于是因慣性而離開了皮帶喂料機(jī)②的物料被截留在斗內(nèi),稱量斗③開始計量, 再由氣動排料門汽缸⑦打開排料門⑥, 排料完畢則自動關(guān)閉排料門⑧, 進(jìn)入下一次稱重, 重復(fù)以上過程。
2.2.2 稱重傳感器
稱重傳感器是智能型定量稱重控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件, 其作用是把被稱量的物料轉(zhuǎn)換成電信號送稱重控制器進(jìn)行處理。在使用稱重傳感器時,要遵守傳感器的量程和類型的選擇原則和方法。
2.2.3 稱重顯示控制器
(1) 工作原理
當(dāng)傳感器承受到物料的重量時, 將重量信息轉(zhuǎn)變?yōu)楹练壍碾妷盒盘? 并輸出給儀表, 經(jīng)放大器放大后再通過 A/D 交換器轉(zhuǎn)換成供計算機(jī)用的數(shù)字量, 計算機(jī)讀到數(shù)據(jù)后進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理及分析, 然后發(fā)出各種控制信號, 這些信號經(jīng)過多級驅(qū)動, 最后控制電磁閥, 由此實現(xiàn)了控制過程。
(2) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
( 3) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計與功能
從功能上考慮, 智能型定量稱重系統(tǒng)的軟件設(shè)計應(yīng)包括監(jiān)控程序、初始化及功能判斷程序、自校程序和計量程序四個部分。其中監(jiān)控為調(diào)試用程序, 它不參與儀表的控制。其它三部分程序應(yīng)考慮如下幾個方面:
①初始化及功能判斷程序, 該程序的目的是完成輸入、輸出口的設(shè)置、中斷向量的設(shè)置以及特定內(nèi)存的設(shè)置, 并通過此程序決定下一步工作是執(zhí)行自校還是計量。
②自校程序, 其功能是不斷對標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行采樣并顯示, 以便調(diào)整儀表和稱重傳感器的零點及靈敏度。
③計量程序。
2.2.4 智能型礦井提升定量稱重控制系統(tǒng)實例
智能型礦井提升定量稱重控制系統(tǒng)由立井箕斗裝載設(shè)備 ( 定量稱重系統(tǒng)的秤體部分)和立井提升裝卸載定量稱重控制系統(tǒng)組成。實現(xiàn)對井下生產(chǎn)的煤炭進(jìn)行定量裝載、提升的自動控制。
2.2.4.1立井箕斗裝載設(shè)備
立井箕斗裝載設(shè)備 ( 簡稱裝載設(shè)備)是煤礦立井從井下煤倉向多繩或單繩提升箕斗裝載原煤的中間儲裝與計量裝置。按照中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT- 21- 90 《立井箕斗計量裝載設(shè)備》( 簡稱 MT- 21- 90)的要求, 該裝載設(shè)備應(yīng)制成帶上開式扇形閘門, 直立計量斗結(jié)構(gòu)形式,計量方式采用定重或定容式。該裝置的組成原理與前面介紹的典型秤體機(jī)械結(jié)構(gòu)原理基本相同,在此不再累述。
2.2.4.2立井提升裝卸載定量控制系統(tǒng)
( 1)系統(tǒng)的組成
該系統(tǒng)主要由定重傳感器, 皮帶機(jī)、給煤機(jī)、油泵運行檢測裝置, 到位傳感器、煤位傳感器,裝卸載站、絞車房編碼電話, 上井口檢修信號箱,裝卸載站 PLC 隔爆控制箱和信號控制柜, 絞車房中心控制計算機(jī)和信號控制柜組成。
( 2) 主要功能
① 裝卸載控制柜上有自動、手動連鎖、檢修點動三種模式,有對應(yīng)控制對象的模擬顯示功能;
② 絞車房有 LED 裝卸載全過程的模擬顯示和計算機(jī)畫面顯示;
③ 裝載站對定量斗有定重、定容、定時三種控制及顯示, 在定重方面有產(chǎn)量的日、月報表輸出功能;
④ 有提升次數(shù)自動累計功能, 有緊急狀態(tài)下提醒人信號功能;
⑤ 系統(tǒng)軟件有防止二次重復(fù)裝載功能, 操作控制系統(tǒng)有雙套備用功能, 能對多個工作傳感器的工作狀態(tài)實時監(jiān)視;
⑥ 系統(tǒng)有對當(dāng)前故障原因的顯示并記錄在歷史檔案內(nèi)的功能;
⑦ 能與絞車電控實現(xiàn)全自動運行, 系統(tǒng)有自檢故障功能;
⑧ 系統(tǒng)信號發(fā)送方式有轉(zhuǎn)發(fā)式和直發(fā)式兩種功能, 系統(tǒng)采用通訊模塊實現(xiàn)了遠(yuǎn)程通訊功能。
 3 結(jié)束語
通過對智能型礦井提升定量稱重系統(tǒng)的研究與應(yīng)用, 在煤礦井下原煤產(chǎn)量計量、安全生產(chǎn)、節(jié)能減排等方面取得了初步的成效。但還存在不足, 比如在系統(tǒng)零漂、氣動電磁閥工作時震動的影響等方面, 還需要進(jìn)一步的研究。但是我們堅信, 隨著稱重科技的不斷發(fā)展, 該系統(tǒng)的計量和控制性能一定會有較大的提高。

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