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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(gè)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(chǔ)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(yùn)行, 加快鋼絲繩磨損老化, 時(shí)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(huì)造成工作效率降低, 浪費(fèi)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(shí)際生產(chǎn)的原煤產(chǎn)量無法計(jì)量, 只能依靠收尺量方和數(shù)礦車來推算產(chǎn)量, 計(jì)量嚴(yán)重失準(zhǔn), 無法對(duì)采區(qū)實(shí)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(duì)于加強(qiáng)井下生產(chǎn)原煤計(jì)量, 實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。
2 系統(tǒng)的組成原理與設(shè)計(jì)
智能型定量稱重控制系統(tǒng)是一種按照事先設(shè)計(jì)好的稱重程序和定量值將大批散狀物料 ( 如 8t 煤炭)自動(dòng)分成質(zhì)量組相等的小份額載荷的自動(dòng)稱重控制系統(tǒng), 國際建議 ( OIML)稱之為“重力式自動(dòng)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(hào)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(jì)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(shí)再反過來對(duì)秤體進(jìn)行控制, 從而形成一個(gè)閉環(huán)測控系統(tǒng), 以實(shí)現(xiàn)完整的計(jì)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(dòng)閥 ( 電磁閥)組成。貯料斗通常以粗、細(xì)二級(jí)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(hào)均由稱重顯示控制器通過氣動(dòng)電磁閥予以控制。使用時(shí),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(jì)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(shí), 皮帶喂料機(jī)②改為慢速運(yùn)行, 同時(shí)控制氣動(dòng)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(duì)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(shí), 皮帶喂料機(jī)②停止運(yùn)行, 由氣動(dòng)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(jì)量, 再由氣動(dòng)排料門汽缸⑦打開排料門⑥, 排料完畢則自動(dòng)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(hào)送稱重控制器進(jìn)行處理。在使用稱重傳感器時(shí),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(shí), 將重量信息轉(zhuǎn)變?yōu)楹练?jí)的電壓信號(hào), 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(jì)算機(jī)用的數(shù)字量, 計(jì)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(hào), 這些信號(hào)經(jīng)過多級(jí)驅(qū)動(dòng), 最后控制電磁閥, 由此實(shí)現(xiàn)了控制過程。
(2) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
( 3) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)量程序四個(gè)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(gè)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(jì)量。
②自校程序, 其功能是不斷對(duì)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(diǎn)及靈敏度。
③計(jì)量程序。
2.2.4 智能型礦井提升定量稱重控制系統(tǒng)實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)井下生產(chǎn)的煤炭進(jìn)行定量裝載、提升的自動(dòng)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(chǔ)裝與計(jì)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(jì)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(jì)量斗結(jié)構(gòu)形式,計(jì)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(yùn)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(hào)箱,裝卸載站 PLC 隔爆控制箱和信號(hào)控制柜, 絞車房中心控制計(jì)算機(jī)和信號(hào)控制柜組成。
( 2) 主要功能
① 裝卸載控制柜上有自動(dòng)、手動(dòng)連鎖、檢修點(diǎn)動(dòng)三種模式,有對(duì)應(yīng)控制對(duì)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(jì)算機(jī)畫面顯示;
③ 裝載站對(duì)定量斗有定重、定容、定時(shí)三種控制及顯示, 在定重方面有產(chǎn)量的日、月報(bào)表輸出功能;
④ 有提升次數(shù)自動(dòng)累計(jì)功能, 有緊急狀態(tài)下提醒人信號(hào)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(duì)多個(gè)工作傳感器的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視;
⑥ 系統(tǒng)有對(duì)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(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行, 系統(tǒng)有自檢故障功能;
⑧ 系統(tǒng)信號(hào)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(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程通訊功能。
 3 結(jié)束語
通過對(duì)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(jì)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(dòng)電磁閥工作時(shí)震動(dòng)的影響等方面, 還需要進(jìn)一步的研究。但是我們堅(jiān)信, 隨著稱重科技的不斷發(fā)展, 該系統(tǒng)的計(jì)量和控制性能一定會(huì)有較大的提高。

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