专利名称：一种矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统和自动控制方法
技术领域：
本发明涉及煤流转载自动控制领域，特别涉及一种矿井两级煤仓煤流转载自动控 制系统和自动控制方法。
背景技术：
块煤率高低直接影响商品煤的售价，目前国内市场块煤售价较同类末煤高出近一 倍多，因此提高块煤率是提高企业经济效益的有效途径。块煤损失与运输转载过程中的落 煤方式和转载点落差有直接关系。煤仓作为井下煤炭运输过程中必需的转载和缓冲环节， 落差大，块煤损失严重，特别在空仓时块煤损失最为严重。为提高入仓过程中的块煤率，各 煤业集团不仅引进了螺旋煤仓技术，还设计了两级煤仓进行缓冲，通过降低转载点落差进 一步提高块煤率。两级煤仓煤流的转载采用上下两级功率不同的板式输送机，上级大功率板式输送 机将煤从上级缓冲煤仓转载到螺旋煤仓，下级小功率板式输送机用来清刮漏煤。为确保块 煤率，板式输送机和缓冲煤仓间门需配合两级煤仓中的超声波煤位传感器的状态协调工 作。目前，煤矿使用组合开关，采用人工观察、手动控制的方式来控制两部板式输送机及上 煤仓间门，工作随机性大，主观性强，预期块煤率得不到有效保障。国内块煤转载点防破碎控制装置，例如公开号为CN2576681的“块煤转载运输防 破碎自控装置”和公开号为CN201080371的“输送转载点块煤防破碎装置”两实用新型专利， 都是应用在洗煤厂给煤机的入仓控制上，不能应用在井下两级煤仓煤流转载自动控制系统 中。为此，研发适用于两级煤仓煤流转载的控制系统具有非常重要的现实意义，不仅 可对转载设备及上煤仓间门实现灵活的控制、完善的保护、丰富的状态显示，还可提高块煤 率，降低工人劳动强度、提高生产效率。
发明内容
本发明是一种矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统合自动控制方法，以提供两级 煤仓煤流转载自动控制系统的硬件结构和控制策略为目的，解决现有两级煤仓煤流人工控 制随机性大、无法自动转载的问题，以提高块煤率和生产效率。为实现上述发明目的，本发明的技术方案是一种矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，它包括上级缓冲煤仓Bi、下级螺旋煤 仓B2和位于上级缓冲煤仓Bi、下级螺旋煤仓B2之间的两个板式输送机Ml、M2 ；其特征在 于所述的上级缓冲煤仓Bl设置高、低煤位超声波传感器Si、S2，所述的下级螺旋煤仓B2 也设置高、低煤位传感器S3、S4 ；所述的上级缓冲煤仓Bi、下级螺旋煤仓B2分别具有可控闸 门VI、V2，所述的上级缓冲煤仓Bl的可控闸门Vl上具有位置传感器S5 ；所述的第一板式输送机Ml用来将煤从上级缓冲煤仓转载到螺旋煤仓，所述的第 二板式输送机M2用来清刮漏煤；所述的上级缓冲煤仓Bl的高煤位超声波传感器Sl开关量信号接在给煤机的控制系统中，所述的上级缓冲煤仓Bl的低煤位超声波传感器S2和下级 螺旋煤仓B2的高、低煤位传感器S3、S4的开关量信号与PLC模块的三个入端相连，控制煤 流自动转载；所述的下级螺旋煤仓B2的低煤位传感器S4开关量信号同时也接在提升控制 系统中；所述的上级缓冲煤仓Bl的可控闸门Vl由两位四通直流电磁阀El控制的双动汽缸 Cy驱动连杆Co来控制启闭；所述的位置传感器S5的开关量信号与PLC的输入端相连，用 于判别闸门Vl关闭是否到位。所述的矿井两级煤仓煤流转载控制系统，其特征在于所述的两位四通直流电磁 阀E1、连杆Co、双动汽缸Cy用来驱动上级缓冲煤仓Bl可控闸门Vl的启闭；当两位四通直 流电磁阀El与+IlOV接通时，两位四通直流电磁阀El的进风口 P和第一出风口 A接通，第 二出风口 B和排气口 R接通，双动汽缸Cy带动连杆Co将可控间门Vl打开；当两位四通直 流电磁阀El与-110V接通时，两位四通直流电磁阀El的进风口 P和第二出风口 B接通，第 一出风口 A和排气口 R接通，双动汽缸Cy带动连杆Co将可控间门Vl关闭。所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的PLC模块是控 制系统的核心，用于信息的采集、处理和控制；它由直流输入继电器输出的CPU2^5模块、数 字量I/O 口模块EM223、A/D转换模块EM231和通讯模块EM277组成，各模块通过内嵌的总 线交互信息；其中CPU模块下载了包括初始化子程序、按键响应子程序、整定判别子程序、 起停控制子程序、分时采样子程序、故障保护子程序、显示子程序及通讯子程序等的控制程 序。所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的控制系统还包 括一信号处理单元，它由漏电闭锁电路、交流小信号处理电路、电流型电压信号处理电路组 成；调理后的信号与EM231A/D模块相连。所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的控制系统还包 括一显示单元，该显示单元用于显示转载设备运行状态、故障状态、运行参数及故障参数； 该显示单元通过RS485总线与CPU的自由口相连。所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的控制系统还包 括一整定单元，该整定单元为4 X 4矩阵键盘，矩阵键盘的4条行线与EM223的输出口相连， 4条列线与EM223的输入口相连。所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的自动控制装置 还包括直流电源单元，该直流电源单元包括给信号处理单元中的芯片供电的士 12V开关电 源和给两位四通直流电磁阀El线圈供电的士 IlOV电源。一种矿井两级煤仓煤流转载自动控制方法，其特征在于通过如上所述的自动控 制系统来实现；具体是当PLC模块通过上级缓冲煤仓的低煤位超声波传感器S2检测到低煤位信号到来 时，控制上级缓冲煤仓的可控闸门Vl立即关闭并延时停下板式输送机M1，停止转载；当PLC 模块通过下级螺旋煤仓的低煤位传感器S4检测到低煤位信号到来，且上级缓冲煤仓低煤 位超声波传感器S2的低煤位信号解锁时，控制板式输送机Ml自动开启、上级缓冲煤仓的可 控闸门Vl延时打开，进行转载；当PLC模块通过下级螺旋煤仓的高煤位传感器S3检测高煤 位信号到来时，控制上级缓冲煤仓的可控间门Vl即刻关闭、板式输送机Ml延时停车；板式 输送机M2根据漏煤量手动控制其起停。
所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制方法，其特征在于运行时，若板式输送机Ml故障停车，则缓冲煤仓的可控闸门Vl立即自动关闭；当 PLC中央控制单元发出缓冲煤仓可控闸门Vl的关闭信号后，若可控闸门Vl上的位置传感器 S5提示闸门关闭不到位，应延时关停板式输送机M1，直至手动控制电磁阀使闸门完全关闭 到位。本发明两级煤仓煤流转载自动控制系统所具有的积极效果在于转载系统自动控 制解决了人工操作观测不便、衔接不畅、误动率高、实时性差等难题；缓冲煤仓煤位优先的 控制原则及系统灵活的控制方式提高了块煤率和生产效率；以PLC为中央控制单元使系统 的抗干扰能力和故障率降至最低；小信号处理电路确保了信号相对误差低于0. 02%，为其 他小信号的处理提供了有益的参考；板式输送机完善的保护功能降低了各类事故发生的概 率，具有显著的经济效益；灵活的整定方式提高了控制系统的使用范围；丰富的显示内容 缩短了故障诊断和排除时间。
图1是本发明的系统图。图2是本发明的系统结构框图。图3是本发明的主回路控制图。图4是本发明的漏电闭锁电路图。图5是本发明的交流小信号处理电路图。图6是本发明的电流型电压信号处理电路图。
具体实施例方式下面结合附图通过具体实施例进一步详细描述本发明所述的一种矿井两级煤仓 煤流转载自动控制系统，本领域的普通技术人员在阅读了本实施例后，能够理解和实施本 发明，同时也能够实现本发明所述目标。两级煤仓煤流转载系统图如图1所示。两级煤仓煤流转载系统包括控制对象和微 控制MCS。所述的被控对象包括位于上级缓冲煤仓Bl和下级螺旋煤仓B2之间的两部板式输 送机Ml、M2，上级缓冲煤仓Bl的可控闸门VI。所述的第一板式输送机Ml用来将煤从上级缓冲煤仓Bl转载到螺旋煤仓B2，所述 的第二板式输送机M2用来清刮漏煤。所述的上级缓冲煤仓Bl的可控闸门Vl由两位四通 直流电磁阀El控制的双动汽缸Cy驱动连杆Co来控制启闭；当两位四通直流电磁阀El与 +IlOV接通时，两位四通直流电磁阀El的进风口 P和第一出风口 A接通，第二出风口 B和 排气口 R接通，双动汽缸Cy带动连杆Co将可控间门Vl打开；当两位四通直流电磁阀El 与-110V接通时，两位四通直流电磁阀El的进风口 P和第二出风口 B接通，第一出风口 A 和排气口 R接通，双动汽缸Cy带动连杆Co将可控间门Vl关闭。所述的微控制MCS的结构框图如图2所示。它包括传感器单元、PLC模块单元、信 号处理单元、整定单元、显示单元和直流电源单元。所述的传感器单元包括3个煤位传感器S2/S3/S4、1个位置传感器S5、2个6线制电压型电流传感器CT1/CT2和1个电压传感器VTl。所述的高、低煤位超声波传感器Si、S2位于上级缓冲煤仓Bl ；所述的高、低煤位 传感器S3、S4位于下级螺旋煤仓B2。所述的上级缓冲煤仓Bl的高煤位超声波传感器Sl 开关量信号接在给煤机的控制系统中；所述的上级缓冲煤仓Bl的低煤位超声波传感器S2 和下级螺旋煤仓B2的高、低煤位传感器S3、S4的开关量信号与CPU2^5模块的三个入端 II. 0-11. 2相连，控制煤流自动转载；所述的下级螺旋煤仓B2的低煤位传感器S4开关量信 号同时也接在提升控制系统中。所述的煤位传感器型号为BXS16-KGU5B-30矿用智能超声 物位仪。所述的位置传感器S5位于上级缓冲煤仓Bl的可控间门Vl上。所述的位置传感 器S5的开关量信号与CPU2^5的输入端II. 3相连，用于判别闸门Vl关闭是否到位。所述 的位置传感器型号为SG1000A位置监测器。所述的电流传感器CT1、CT2和电压传感器VTl 与信号处理单元相连，用于采集两个板式输送机M1、M2的工作电流和系统电压。所述的PLC模块是控制系统的核心，用于信息的采集、处理和控制。它由直流输 入继电器输出的CPU2^模块、数字量I/O 口模块EM223、A/D转换模块EM231和通讯模块 EM277组成，各模块通过内嵌的总线交互信息。其中CPU模块下载了包括初始化子程序、按 键响应子程序、整定判别子程序、起停控制子程序、分时采样子程序、故障保护子程序、显示 子程序及通讯子程序等的控制程序。所述的信号处理单元用于对系统信号进行调理，以适应PLC A/D转换模块的要求， 完成转载设备的保护功能，它主要由漏电闭锁电路、交流小信号处理电路、电流型电压信号 处理电路组成。(1)漏电闭锁保护电路如图4所示。电路通过变压器Tl将工频1140V交 流降压至27V，经整流桥Bl整流，电容Cl、C2、C3、C4滤波，电源调整器Ul、Rl、R2稳压后变 成+24VDC。该附加直流电源通过由线路绝缘电阻和调压电阻R4、R5构成的分压网络，将反 映绝缘状况的LO信号限流稳压R6、D3后送至EM231模块，进行采样处理。(2)过载保护、 对称短路保护、不对短路称保护是将电压型电流传感器CT1、CT2的信号，送至如图5所示 小电流信号处理电路。该电路配合运算放大器，将采样信号跟随U2A，整流R7、R8、R9、R10、 D4、D5、D6、D7、U2C、U2D,滤波放大 Rll、R12、R13、R14、C7、C8、U2B，失调补偿 R15、R16、R17、 R18、R19、D8、D9后变成0-10V的直流信号，送至EM231处理，CPU根据三相电流采样值判别 故障类型。( 欠过压保护是将电压互感器VTl的信号通过如图6所示的电流型二次电压 互感器T2变成ImA左右的电流信号，通过运放U3A转换成电压信号，然后采用如电流信号 相同的处理方法将其变成直流信号，送至EM231处理判别。所述的整定单元为4X4矩阵键盘，包括“0-9” 10个数字键和6个功能键。矩阵 键盘的4条行线与EM223的输出口 Q2. 0-Q2. 3相连，4条列线与EM223的输入口 13. 0-13. 3相连。所述的显示单元为西门子TP177B液晶触摸屏，用于显示转载设备运行状态、故障 状态、运行参数及故障参数。显示器通过RS485总线与CPU的自由口相连。所述的直流电源单元包括给信号处理电路中的芯片供电的士 12V开关电源给和 给电磁阀线圈供电的士Iiov电源。本发明两级煤仓煤流转载控制方法通过上述控制系统和如图3所示的主回路控 制图来实现，具体包括“缓冲煤仓煤位优先、螺旋煤仓煤位为辅”的自动控制方式、便于维修 的正反转控制方式、可根据现场情况操作的手动控制方式以及紧急控制方式。
将运行方式转换开关拨到自动控制方式时，CPU实时检测与之输入口相连的3 煤位传感器S2、S3、S4的开关量信号以及闸门上的位置传感器开关量信号S5，当缓冲煤 仓低煤位信号到来时，CPU发指令使接触器K31断开、接触器K32闭合，电磁阀线圈电压 为-110VDC，上煤仓闸门关闭，闸门关闭到位后，延时5-20s断开接触器K11，大功率板式输 送机停车。当缓冲煤仓低煤位信号解锁，若螺旋煤仓低煤位信号到来，则接触器Kll闭合， 大功率板式输送机运行，延时0-20s，接触器K31闭合、接触器K32断开，电磁阀线圈电压为 110VDC，上煤仓闸门打开，直到螺旋煤仓高煤位信号到来，CPU控制接触器K31断开、接触器 K32闭合，缓冲煤仓闸门关闭，延时5-20s断开接触器K11，关停大功率板式输送机。运行中，若大功率板式输送机故障停车，则CPU立即断开接触器K31、闭合接触器 K32，煤仓闸门自动关闭；CPU发出关闭煤仓闸门信号1 后，若CPU2^的II. 3提示缓冲煤 仓闸门关闭仍不到位，延时断开接触器K11，让大功率板式输送机继续运行，直至手动控制 电磁阀使煤仓闸门关闭到位。系统运行过程中，CPU实时检测并显示自动控制系统的工作状态和工作参数，若设 备故障停车，则显示故障类型和故障参数，并报警警示工作人员处理。将运行方式转换开关拨到手动控制方式时，自动控制方式被屏蔽，两板式输送机 及电磁阀可根据现场情况，通过门板上的起动、停止按钮手动控制。按下大功率刮板起动按 钮，接触器Kll闭合，进行转载；按下停止按钮，接触器Kll断开，大功率刮板停止转载。按 下小功率刮板起动按钮，接触器K21闭合，小刮板输送漏煤；按下停止按钮，接触器K21断 开，小刮板停止运行。此种控制方式下，电磁阀也是通过人工操作进行控制。将运行方式转换开关拨到检修控制方式时，按下大小功率刮板的正转起动按钮， 接触器K11、K21闭合，刮板正转，延时10-40s后自动断开或按停止按钮停车；按下大小功率 刮板的反转起动按钮，接触器Κ12、Κ22闭合，刮板反转，延时10-40s后自动断开或按停止按 钮停车，以便换链、紧链操作。板式输送机的正反转通过硬件和软件双重互锁，若输送机处 于正转状态，CPU接收到反转启动信号时，先断开正转接触线圈回路，再接通反转接触器线 圈回路，而且正反转启动按钮只有在检修控制方式才起作用，其他控制方式下即便按下正 反转启动按钮CPU也不响应。在紧急情况下，按下急停按钮，CPU控制接触器K11、K12、K21、K22、K31断开，接触 器K32闭合，板式输送机停车，上级缓冲闸门关闭。综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡 依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
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权利要求
1.一种矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，它包括上级缓冲煤仓(Bi)、下级螺旋煤 仓(B》和位于上级缓冲煤仓(Bi)、下级螺旋煤仓(B》之间的两个板式输送机(M1、M2)；其 特征在于所述的上级缓冲煤仓(Bi)设置高、低煤位超声波传感器(S1、S2)，所述的下级螺 旋煤仓(B》也设置高、低煤位传感器(S3、S4)；所述的上级缓冲煤仓(Bi)、下级螺旋煤仓 (B2)分别具有可控闸门(VI、V2)，所述的上级缓冲煤仓(Bi)的可控闸门(Vl)上具有位置 传感器(S5)；所述的第一板式输送机(Ml)用来将煤从上级缓冲煤仓转载到螺旋煤仓，所述的第二 板式输送机(M》用来清刮漏煤；所述的上级缓冲煤仓(Bi)的高煤位超声波传感器(Si) 开关量信号接在给煤机的控制系统中，所述的上级缓冲煤仓(Bi)的低煤位超声波传感器 (S2)和下级螺旋煤仓(B2)的高、低煤位传感器(S3、S4)的开关量信号与PLC模块的三个 入端相连，控制煤流自动转载；所述的下级螺旋煤仓(B》的低煤位传感器(S4)开关量信号 同时也接在提升控制系统中；所述的上级缓冲煤仓(Bi)的可控闸门(Vl)由两位四通直流 电磁阀(El)控制的双动汽缸(Cy)驱动连杆(Co)来控制启闭；所述的位置传感器(S5)的 开关量信号与PLC的输入端相连，用于判别闸门(Vl)关闭是否到位。
2.根据权利要求1所述的矿井两级煤仓煤流转载控制系统，其特征在于所述的两位 四通直流电磁阀(El)、连杆(Co)、双动汽缸(Cy)用来驱动上级缓冲煤仓(Bi)可控闸门 (Vl)的启闭；当两位四通直流电磁阀(El)与+IlOV接通时，两位四通直流电磁阀(El)的 进风口⑵和第一出风口㈧接通，第二出风口⑶和排气口(R)接通，双动汽缸(Cy)带 动连杆(Co)将可控闸门(Vl)打开；当两位四通直流电磁阀(El)与-110V接通时，两位四 通直流电磁阀(El)的进风口⑵和第二出风口⑶接通，第一出风口㈧和排气口(R)接 通，双动汽缸(Cy)带动连杆(Co)将可控闸门(Vl)关闭。
3.根据权利要求1所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述 的PLC模块是控制系统的核心，用于信息的采集、处理和控制；它由直流输入继电器输出的 CPU226模块、数字量I/O 口模块EM223、A/D转换模块EM231和通讯模块EM277组成，各模 块通过内嵌的总线交互信息；其中CPU模块下载了包括初始化子程序、按键响应子程序、整 定判别子程序、起停控制子程序、分时采样子程序、故障保护子程序、显示子程序及通讯子 程序等的控制程序。
4.根据权利要求3所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的 控制系统还包括一信号处理单元，它由漏电闭锁电路、交流小信号处理电路、电流型电压信 号处理电路组成；调理后的信号与EM231A/D模块相连。
5.根据权利要求3所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的 控制系统还包括一显示单元，该显示单元用于显示转载设备运行状态、故障状态、运行参数 及故障参数；该显示单元通过RS485总线与CPU的自由口相连。
6.根据权利要求3所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的 控制系统还包括一整定单元，该整定单元为4X4矩阵键盘，矩阵键盘的4条行线与EM223 的输出口相连，4条列线与EM223的输入口相连。
7.根据权利要求3所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统，其特征在于所述的 自动控制装置还包括直流电源单元，该直流电源单元包括给信号处理单元中的芯片供电的 士 12V开关电源和给两位四通直流电磁阀(El)线圈供电的士 IlOV电源。
8.一种矿井两级煤仓煤流转载自动控制方法，其特征在于通过如权利要求1或2或3 或4或5或6或7所述的自动控制系统来实现；具体是当PLC模块通过上级缓冲煤仓的低煤位超声波传感器(S》检测到低煤位信号到来时， 控制上级缓冲煤仓的可控闸门(Vl)立即关闭并延时停下板式输送机(M1)，停止转载；当 PLC模块通过下级螺旋煤仓的低煤位传感器(S4)检测到低煤位信号到来，且上级缓冲煤仓 低煤位超声波传感器(S》的低煤位信号解锁时，控制板式输送机(Ml)自动开启、上级缓 冲煤仓的可控闸门(Vl)延时打开，进行转载；当PLC模块通过下级螺旋煤仓的高煤位传感 器(S； )检测高煤位信号到来时，控制上级缓冲煤仓的可控闸门(Vl)即刻关闭、板式输送机 (Ml)延时停车；板式输送机(Μ》根据漏煤量手动控制其起停。
9.根据权利要求8所述的矿井两级煤仓煤流转载自动控制方法，其特征在于运行时，若板式输送机(Ml)故障停车，则缓冲煤仓的可控闸门(Vl)立即自动关闭；当 PLC中央控制单元发出缓冲煤仓可控闸门(Vl)的关闭信号后，若可控闸门(Vl)上的位置传 感器(SO提示闸门关闭不到位，应延时关停板式输送机(Ml)，直至手动控制电磁阀使闸门 完全关闭到位。
全文摘要
本发明涉及一种矿井两级煤仓煤流转载自动控制系统和自动控制方法。系统包括上级缓冲煤仓、下级螺旋煤仓和两个板式输送机；二煤仓均设置高、低煤位超声波传感器；二煤仓均具有可控闸门，上级煤仓的可控闸门由两位四通直流电磁阀控制的双动汽缸来控制启闭，上级煤仓可控闸门上具有位置传感器；上级煤仓低煤位超声波传感器和下级煤仓的高、低煤位传感器开关量信号与PLC模块入端相连，两部板式输送机的驱动电机以及电磁阀的控制线圈分别与控制系统的功率驱动单元相连，控制煤流自动转载；位置传感器开关量信号与PLC输入端相连，用于判别闸门关闭是否到位。它以提供两级煤仓煤流转载自动控制系统的硬件结构和控制策略为目的，以提高块煤率和生产效率。
文档编号E21F13/00GK102135013SQ201110037299
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者宋建成, 李海英, 许维东 申请人:上海理工大学