一种基于煤流运输的智能控制系统的制作方法

1.本发明涉及控制系统领域，尤其涉及一种基于煤流运输的智能控制系统。


背景技术：

2.胶带运输机在满载的工况下能够按照人们的期望的速度，克服整个胶带运输系统的惯性实现平稳、安全的启动和停车，这就是胶带运输系统的软启停。目前胶带运输系统的控制越来越趋于完善，胶带运输系统的控制釆用非常成熟的现场总线进行组网，通讯在网络上实现。胶带运输系统的集中控制能够实现对胶带运输系统的远程软启动和制动、对驱动装置的自动监控、对胶带运输机带速的监控、对保护装置的远程监控和随载调速的控制等。
3.中国发明专利公开号cn111663959b公开了一种煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速系统及方法，用于控制采煤机的综放工作面运输设备的前部刮板运输机、后部刮板运输机和转载机的运行频率。
4.由此可见，所述煤矿井下综放工作面煤流运输智能调速系统及方法存在以下问题：
5.没有一套成熟完善的煤流监测系统，检测系统不能对故障的具体位置进行判断，且不能对运输机的带速进行实时调节。
6.现有的许多监测输送带实时运量大小的方法中，有电子皮带秤，但其需要安装多组称重传感器，安装步骤繁琐且精度较低；还有非接触式的激光扫描仪，其安装方便，但计算精度受外部因素影响较大，不稳定。
7.在煤矿运输工程中，运输机都是多条输送带递连输送煤炭的。当前，多数的多级运输机启动是从运输机的最后一级开始依次启动所有运输机，等到所有运输机都稳定后，系统才开始往输送带上落料，也称逆序启动。这种方式不仅造成了长时间的空载运行，也伴随不必要的能源浪费。
8.煤炭生产过程中，调度室要实时了解煤仓中煤位的高低。若不进行煤位监测,当煤仓中的煤位超过最高点时，会出现满仓，煤流运输机被迫立即停止运行，影响工作面的生产，发生事故；当煤位低于一定位置时，会出现空仓，有可能会破坏仓下给煤机以及降低块煤率等。


技术实现要素：

9.为此，本发明提供一种基于煤流运输的智能控制系统，用以克服现有技术中不能根据煤流监测系统所检测的数据对皮带的带速进行实时调节的问题。
10.为实现上述目的，本发明提供一种基于煤流运输的智能控制系统,其中，包括：
11.煤流运输单元，包括用以破碎原煤的破碎机、用以输送破碎后原煤的胶带运输机组和用以储存破碎后原煤的原煤仓，其中，胶带运输机组的输入端与破碎机相连、输出端与原煤仓相连，用以将破碎机处理后的破碎后原煤输送至原煤仓；所述胶带运输机组包括若
干个首尾顺次连接的运输机；
12.检测单元，其分别设置在所述煤流运输单元中的对应部件内，包括破碎机检测装置、若干煤流量检测装置、若干带速检测装置以及若干煤仓检测装置；破碎机检测装置设置在所述破碎机内，用以检测破碎机的运行状态是否正常，各所述煤流量检测装置分别设置在各所述运输机的对应位置，用以分别检测各运输机输送的煤流量；各所述带速检测装置分别设置在各所述运输机的对应位置，用以分别检测各运输机中传送带的移动速度；各所述煤仓检测装置分别设置在在各所述原煤仓的对应位置，用以分别检测各原煤仓内的储煤量；
13.中控单元，其分别与各所述胶带运输机组以及所述检测单元中的各装置相连，用以在系统运行时控制检测单元逐级对胶带运输机的煤流量进行检测并逐级根据所述运输机的实际煤流量判定系统是否正常运行并在判定系统发非正常运行时根据各所述运输机的煤流量以及皮带移速确定出现故障的运输机的具体位置，当中控单元完成对出现故障的运输机的具体位置的确定时，中控单元将该运输机的对应工作参数调节至对应值，中控单元在完成对该运输机的对应工作参数的调节时，若该运输机的煤流量仍不符合标准时，中控单元根据运输机的实际运行参数以及运输机周边的环境参数对运输机煤流量不符合标准的具体原因进行进一步判定。
14.对于单个所述煤流量检测装置，其为一设置在对应的所述运输机靠近输出端的超声波传感器；对于设置在所述破碎机输出端的运输机，所述煤流量检测装置设置在该运输机的输入端，当所述破碎机将破碎后的原煤输送至该运输机时，设置在该运输机上的煤流量检测装置将测得的未运输的初始煤流量记为q0，所述中控单元将q0记为预设初始煤流量并根据预设煤流量q0启动接收到破碎后原煤的运输机并将该运输机中其皮带的移速设置为预设初始带速v0，中控单元根据预设初始带速v0以及各所述运输机的全长分别确定原煤经过各运输机所需的预设时长；对于单个并未设置在所述破碎机输出端的运输机，当位于该运输机上一级的运输机启动且运行时长达到对应的预设时长时，所述中控单元启动该运输机以输送位于该运输机上一级运输机输出的原煤并将该运输机中皮带的移动速度设置为v0。
15.对于单个所述运输机，包括：电机，为运输机的提供驱动，带动滚筒转动；所述滚筒，其与所述电机相连，用以接收电机传输的动力并带动皮带运行；所述皮带，其紧密包裹在滚筒外部，滚筒依靠与皮带之间的摩擦力带动其不断运行；
16.当系统运行时，所述中控单元分别控制各所述煤流量检测装置检测各运输机中传送带上的原煤的流量，对于单个运输机，设置在该运输机上的煤流量检测装置将测得的该运输机中皮带上的煤流量记为q，所述中控单元将q和q0进行比对并根据比对结果判定系统运行是否正常并在判定系统非正常运行时对装置中出现故障的原因进行初步判定；
17.若q＝q0，所述中控单元判定系统正常运行；
18.若q＞q0，所述中控单元初步判定该运输机中单位时间内的煤流量过高并根据所述皮带的带速是否超出最大临界值以判定是否调节该皮带的带速进行调节；
19.若q＜q0,所述中控单元初步判定该运输机输出的煤流量不符合标准并根据所述皮带的带速是否超出最大临界带速以判定该运输机输出的煤流量不符合标准的具体原因。
20.所述中控单元中还设有预设最大临界带速vmax，设定vmax＞v0，当所述中控单元
判定所述当前运输机中单位时间内的煤流量过高时中控单元控制位于该运输机中的所述带速检测装置测得该运输机中皮带的实际带速v、将v和v0进行比对并根据比对结果判定该运输机运行是否正常并在判定该运输机非正常运行时对装置中出现故障的位置进行初步判定；
21.若v≤v0，所述中控单元判定位于该运输机上一级的运输机输出的煤流量高于预设煤流量q0；
22.若v＞v0，所述中控单元初步判定该运输机输出的煤流量过高的原因为该运输机中皮带带速过高、将v与vmax进行比对，若v≤vmax，所述中控单元判定该运输机正常运行并判定无需对该运输机中皮带的带速进行调节，若v＞vmax，中控单元判定需要对所述皮带带速进行调节，并计算q0与q的差值
△
q并根据煤流量差值
△
q将所述皮带的带速降低至对应值；调节完成后，中控单元将该运输机输出的煤流量记为q’并将q’与q0进行比对，若q’≥q0，所述中控单元判定当前运输机合格，并对当前运输机的电机温度进行检测以对当前运输机的安全性进行监测，若q’＜q0,所述中控单元初步判定该运输机输出的煤流量不符合标准并根据所述皮带的带速是否超出最大临界带速vmax以判定该运输机输出的煤流量不符合标准的具体原因。
23.所述检测单元中还设有测温传感器，其分别设置在单个所述运输机上，所述中控单元中还设有预设电机温度t0；当所述中控单元完成对所述皮带带速的调节且调节后所述运输机输出的煤流量q’≥q0时，中控单元控制测温传感器测得所述运输机中的电机温度t，所述中控单元分别对t与t0进行比较；
24.若t≤t0，所述中控单元判定所述运输机的运行温度合格，工作状态正常；
25.若t＞t0，所述中控单元判定所述运输机的温度异常，中控单元发送温度异常警报，当中控单元发送异常警报的时长达到预设值时，中控单元控制系统停止运行。
26.当所述中控单元判定所述当前运输机中单位时间内的煤流量过低时，中控单元控制单个所述带速检测装置重新对带速进行检测，分别测得单个所述运输机的实际所述皮带的运行速度v1，中控单元将v1和v0进行比对并根据比对结果判定该运输机运行是否正常并在判定该运输机非正常运行时对装置中出现故障的位置进行初步判定；
27.若v1≥v0，所述中控单元判定所述该运输机非正常运行，该运输机的皮带带速过快，故障原因包括破碎机运行效率低、运输机摩擦力降低导致煤在原地不动以及运输机存在泄露，或连接口出处原煤溢出，中控单元进一步控制所述检测单元中的破碎机检测装置并根据测得的破碎机运行状态判断破碎机是否故障。
28.若v1＜v0，所述中控单元判定所述当前运输机运行异常，中控单元判定所述检测单元测得的煤流量因当前运输机的移速过慢而不合理，中控单元判定需要对所述皮带带速进行调节，并计算q0与q的差值
△
q并根据煤流量差值
△
q将所述皮带的带速升高至对应值；
29.当所述中控单元判定所述运输机的煤流量不符合标准且皮带带速过快时，中控单元控制所述检测单元中的破碎机检测装置并根据测得的破碎机运行状态判断破碎机是否故障，破碎机检测装置测得破碎机效率为η，中控单元中还设有预设破碎机效率η0；
30.若η≥η0，所述中控单元判定所述破碎机运行正常，中控单元判定运输机摩擦力降低导致煤在原地不动或运输机存在泄露，并发送运输机故障警报；
31.若η＜η0，所述中控单元判定所述破碎机运行异常，并发送破碎机故障警报。
32.当所述中控单元判定需要对所述皮带带速进行调节时，中控单元计算煤流量差值
△
q并根据
△
q将带速调节至对应值，设定
△
q＝|q-q0|；
33.所述中控单元中还设有第一预设煤流量差值
△
q1、第二预设煤流量差值
△
q2、第三预设煤流量差值
△
q3、第一预设电机转速调节系数α1、第二预设电机转速调节系数α2以及第三预设电机转速调节系数α3，其中，
△
q1＜
△
q2＜
△
q3，1＜α1＜α2＜α3＜1.5；
34.若
△
q≤
△
q1，所述中控单元判定所述i级运输机的皮带磨损在可允许误差范围内，中控单元不对所述电机的转速进行调节；
35.若
△
q1＜
△
q≤
△
q2，所述中控单元使用α1对所述电机的转速进行调节；
36.若
△
q2＜
△
q≤
△
q3，所述中控单元使用α2对所述电机的转速进行调节；
37.若
△
q≥
△
q3，所述中控单元使用α3对所述电机的转速进行调节；
38.当所述中控单元使用αj增加所述皮带的带速时，设定j＝1，2，3，增加后的皮带带速记为v’，设定v’＝v
×
αj；当所述中控单元使用αj降低所述皮带的带速时，降低后的皮带带速记为v’，设定v’＝v
×
(2-αj)；
39.当所述中控单元完成对所述电机转速的调节时，中控单元控制所述带速检测装置重新检测所述皮带的运行速度v’，若v’≥v，中控单元判定针对电机转速的调节完成，若v’＜v，中控单元重新将对电机的转速进行调节。
40.所述煤流运输单元中的原煤仓包括第一原煤仓和第二原煤仓，煤流运输单元中的所述胶带运输机中还包括第一配仓运输机和第二配仓运输机，所述中控单元中还设有与所述胶带运输机输出端和配仓运输机相连的分流器，用以控制胶带运输机传输到第一配仓运输机和第二配仓运输机的比例；
41.所述中控装置控制所述煤仓监测装置测得第一原煤仓的储煤量百分比为b1以及第二原煤仓的储煤量百分比为b2，所述中控单元中设有预设最高储煤百分比bmax和预设最低储煤百分比bmin，
42.当b1＞bmax时，所述中控单元判定第一原煤仓煤位超过最高点，控制分流器改变第一配仓运输机和第二配仓运输机的比例，停止对第一配仓运输机分配原煤，当b2＞bmax时，所述中控单元判定第二原煤仓煤位超过最高点，控制分流器改变第一配仓运输机和第二配仓运输机的比例，停止对第二配仓运输机分配原煤；
43.当b1＜bmin时，所述中控单元判定第一原煤仓煤位低于空仓警戒线，有可能会破坏仓下给煤机以及降低块煤率，中控单元控制分流器改变第一配仓运输机和第二配仓运输机的比例，提高第一配仓运输机分配原煤比例，当b2＜bmin时，所述中控单元判定第二原煤仓煤位低于空仓警戒线，有可能会破坏仓下给煤机以及降低块煤率，中控单元控制分流器改变第一配仓运输机和第二配仓运输机的比例，提高第二配仓运输机分配原煤比例。
44.所述煤仓检测装置为基于多源数据融合分析煤仓存煤煤位估计方法，包括雷达料位计和电容料位计；
45.雷达料位计通过天线发射一组探测脉冲，探测脉冲以光速在空间传播,遇到原煤位表面后，部分能量被反射回来，由天线接收，通过计算发射探测脉冲与接收反射脉冲的时间间隔即可推导出料位计与原煤位之间的距离，雷达料位计控制电路将发射脉冲与接收脉冲进行滤波处理和计算后得到实际距离值，并将距离值转换为电流信号后输出至所述中控单元；
46.电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容的线路组成，通过电容式物位传感器把物位转换为电容量的变化，然后再用测量电容量的方法求知物位数值，并将结果输出至所述中控单元。
47.与现有技术相比，本发明的有益效果在于对煤流系统运输过程复杂、设备多等复杂特点，提出在主运皮带、给煤机、煤仓仓储和视频监控应用在煤流运输系统，通过研究智能控制技术、传感器技术、信息化技术应用在五条主运皮带、两处给煤机，实现了主运皮带和给煤机地面远程一键启停无人值守。
48.本发明通过中控单元在系统运行时控制检测单元逐级对胶带运输机的煤流量进行检测并逐级根据所述运输机的实际煤流量判定系统是否正常运行并在判定系统发非正常运行时根据各所述运输机的煤流量以及皮带移速确定出现故障的运输机的具体位置，并且在完成对出现故障的运输机的具体位置的确定时，将该运输机的对应工作参数调节至对应值，实现了煤流运输系统的无人值守。
49.进一步地，所述皮带检测装置包括增量式光栅编码器，本发明通过基于增量式光栅编码器、位置校正传感器的煤流系统皮带硫化接头的精确定位技术，可实时精确测量、显示皮带硫化接头瞬时位置和皮带机运行里程及累积运行里程，自动进行零点校准，确保测量的准确性，同时还具备破口追踪、定点停带等功能，极大地节约了检修时间，给出一种四倍频细分结合a/d转换计算反正切的方法，测量编码器转过的角位移，进一步提高增量式光栅编码器的分辨率，从而得到较高的角位移测量精度。
50.进一步地，在煤矿运输工程中，带式运输机都是多条输送带递连输送煤炭的。当前，多数的多级带式运输机启动是从运输机的最后一级开始依次启动所有运输机，等到所有运输机都稳定后，系统才开始往输送带上落料，也称逆序启动。这种方式不仅造成了长时间的空载运行，也伴随不必要的能源浪费。本发明采用了智能速度控制多级带式运输机顺序启动方法，大大降低系统的空载运行率，减少纯粹的空载运行损耗。
51.进一步地，本发明所述运输机采用带式运输机，带式运输机是煤矿最理想的高效连接运输设备，具有运距长、运量大、连续运输等优点。随着我国高产高效矿井要求的提高，带式运输机已成为煤炭高效开釆机电一体化技术与装备的关键设备。
52.进一步地，本发明所述中控单元中设有预设最大临界带速vmax，本发明将v和vmax进行比对并根据比对结果判定运输机运行是否正常并在判定该运输机非正常运行时对装置中出现故障的位置进行初步判定，有效的考虑到惯性对带速的影响，提高了智能控制系统对故障的判断精度，进一步保障了煤流运输系统的运行安全。
53.进一步地，本发明通过神经网络和遗传算法实现带式运输机自适应节能控制，计算出带式运输机煤流量与带速最优匹配，然后根据现场实验数据应用matlab软件建立带式运输机煤流量，皮带速度和电动机功耗的bp神经网络模型，结合遗传算法对已建立的bp模型参数进行优化,得出煤流量与带速的最优匹配关系图，最后应用模糊控制算法，根据得出的最优匹配结果设计模糊控制器，由plc实现模糊控制，完成带式运输机自适应节能控制。
54.进一步地，本发明通过超声波传感器计算出皮带上实时准确的煤流量，为了精准计算出煤流量，现有的许多监测输送带实时煤流量大小的方法中，有电子皮带秤，但其需要安装多组称重传感器，安装步骤繁琐且精度较低；还有非接触式的激光扫描仪，其安装方便，但计算精度受外部因素影响较大，不稳定。本文釆用的是基于超声波的多点式测量技
术，进一步提高了监测精度，而且操作简单易行。
55.进一步地，所述检测单元中还设有测温传感器，本发明通过测温传感器实时对所述运输机的电机温度进行监测，当因电机超负荷运行或电机转轴故障产生超过预设温度时，所述中控单元自动停止煤流运输系统的运行，进一步保障了煤流运输系统的运行安全。
56.进一步地，所述检测单元中还设有破碎机检测装置，本发明通过对破碎机的破碎效率进行监测，考虑到了从源头上故障的情况，不单单只监测运输机的运行情况，从而更加精确的判断出所述煤流运输系统的故障位置，进一步保障了煤流运输系统的运行安全。
57.进一步地，煤炭生产过程中，调度室要实时了解煤仓中煤位的高低。若不进行煤位监测,当煤仓中的煤位超过最高点时，会出现满仓，煤流运输机被迫立即停止运行，影响工作面的生产，发生事故；当煤位低于一定位置时，会出现空仓，有可能会破坏仓下给煤机以及降低块煤率等。为此，本发明通过多源数据融合分析煤仓存煤煤位估计方法，多数数据指在煤仓口安装进口雷达料位计实时测量的煤仓煤位数据、安装电容料位计收集数据和通过煤仓储煤量、皮带运煤量和给煤机放煤量测算煤仓存煤煤位数据。
58.进一步地，由于雷达料位计在煤炭行业的应用几乎是空白，本发明通过实验并结合煤炭行业自身特点,选择应用在地面工控行业的雷达料位计作为该雷达料位计的探头组件，并对所选的雷达料位计进行了矿用化改造，目前该雷达料位计样机已经进行了井下和选煤厂煤仓试验，取得了预期效果，可快速准确地实现煤仓煤位的测量，有一定的应用。
59.进一步地，电容式煤位检测系统是利用物料介电常数恒定时，极间电容正比于料位的原理进行工作的，通常以煤仓仓壁作为电容的一极，传感器探头固定在被测对象中作为另一极，通过测量极间电容可以获得煤位的深度信，但其探头要接触煤仓中的煤块，容易黏着和损坏，测量范围也较小。本发明采用了一种新型的釆用环壁式结构的电容煤仓物位计，在煤仓仓壁的左右两侧各布置2个电容极板，并在极板与仓壁内表面间装设保护层。随着煤量的改变，极间介电常数会发生变化，通过检测电路，把变化的电容量转化为变化的电流量输岀，从而得到煤位深度。这种方法能够抗冲击，保证设备的稳定安全，而且不受粉尘和噪声干扰，对物料各种状态也无苛刻要求，抗干扰能力很强。
60.进一步地，本发明提出了煤流系统中给煤机闸板精准控制方法，将给煤机液压站手动换向阀进行更换，改为电磁换向阀，预留就地控制旋钮、按钮，使用比例调节阀对液压油路进行流量控制，可进行0.5％精度的微调，以便控制下料口油缸的动作速度，同时配合闸板位移检测传感器，实现了给煤机闸板缓慢、精准控制，为实现给煤机无人值守提供了保障。
61.进一步地，本发明取得了良好的社会效益，基于该项目的研究，实现了：煤流运输系统智能化水平提高，响应国家技术代替人的号召；增加各个设备的智能化控制，大幅缩减人员投入；减少了故障发生的概率；进一步提高我国煤流运输系统智能化，为智慧矿山建设打好基础。此外，该项目已实现可视化操作，实现地面一键启停、远程集中控制，现场实现无人值守有人巡视。智能型煤流运输系统是当前煤矿高效管理和运行发展的主要方向之一，对企业的节能降耗、成本控制，更好的保障工作人员人身安全有着重要意义，是企业提高竞争力的有效途径，将产生较大的社会效益。
62.进一步地，本发明取得了良好的经济效益，可节省操作人员的工资开支费用；并且本发明应用后，实现了煤流运输系统的顺煤流启动，实现了一键启动设备，有效降低主煤流
运输系统的轻载运行率，大大降低设备磨损，延长设备使用寿命。
附图说明
63.图1为本发明所述基于煤流运输的智能控制系统的结构示意图；
64.图2为本发明所述超声波传感器的结构示意图；
65.图3为本发明所述胶带运输机的结构示意图。
具体实施方式
66.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
67.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
68.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
69.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
70.请参阅图1所示，其为本发明所述基于煤流运输的智能控制系统的结构示意图，本发明提供一种基于煤流运输的智能控制系统，包括：
71.煤流运输单元，包括用以破碎原煤的破碎机1、用以输送破碎后原煤的胶带运输机2组和用以储存破碎后原煤的原煤仓，其中，胶带运输机2组的输入端与破碎机1相连、输出端与原煤仓相连，用以将破碎机1处理后的破碎后原煤输送至原煤仓；所述胶带运输机2组包括若干个首尾顺次连接的运输机；
72.检测单元，其分别设置在所述煤流运输单元中的对应部件内，包括破碎机检测装置、若干煤流量检测装置、若干带速检测装置以及若干煤仓检测装置；破碎机检测装置设置在所述破碎机1内，用以检测破碎机1的运行状态是否正常，各所述煤流量检测装置分别设置在各所述运输机的对应位置，用以分别检测各运输机输送的煤流量；各所述带速检测装置分别设置在各所述运输机的对应位置，用以分别检测各运输机中传送带的移动速度；各所述煤仓检测装置分别设置在在各所述原煤仓的对应位置，用以分别检测各原煤仓内的储煤量；
73.中控单元，其分别与各所述胶带运输机2组以及所述检测单元中的各装置相连，用以在系统运行时控制检测单元逐级对胶带运输机2的煤流量进行检测并逐级根据所述运输机的实际煤流量判定系统是否正常运行并在判定系统发非正常运行时根据各所述运输机的煤流量以及皮带23移速确定出现故障的运输机的具体位置，当中控单元完成对出现故障的运输机的具体位置的确定时，中控单元将该运输机的对应工作参数调节至对应值，中控
单元在完成对该运输机的对应工作参数的调节时，若该运输机的煤流量仍不符合标准时，中控单元根据运输机的实际运行参数以及运输机周边的环境参数对运输机煤流量不符合标准的具体原因进行进一步判定。
74.具体而言，当系统运行时，所述煤流运输单元中的井下所述破碎机1将大块的原煤处理后，放置到所述胶带运输机2上，再逐级经过各级运输机后将原煤运输至原煤仓3等待选煤厂对原煤的进一步处理；所述检测单元分别监测所述煤流运输单元中各部件的运行情况，并将监测结果上传至中控单元，中控单元再根据运行结果对煤流运输单元中的设备进行反馈调节。
75.本发明通过中控单元在系统运行时控制检测单元逐级对胶带运输机的煤流量进行检测并逐级根据所述运输机的实际煤流量判定系统是否正常运行并在判定系统发非正常运行时根据各所述运输机的煤流量以及皮带移速确定出现故障的运输机的具体位置，并且在完成对出现故障的运输机的具体位置的确定时，将该运输机的对应工作参数调节至对应值，实现了煤流运输系统的无人值守。
76.所述皮带检测装置包括增量式光栅编码器，本发明通过基于增量式光栅编码器、位置校正传感器的煤流系统皮带硫化接头的精确定位技术，可实时精确测量、显示皮带硫化接头瞬时位置和皮带机运行里程及累积运行里程，自动进行零点校准，确保测量的准确性，同时还具备破口追踪、定点停带等功能，极大地节约了检修时间，给出一种四倍频细分结合a/d转换计算反正切的方法，测量编码器转过的角位移，进一步提高增量式光栅编码器的分辨率，从而得到较高的角位移测量精度。
77.光栅编码器是一种集光、机、电于一体化的数字化检测装置，是通过光电转换将电机转子的角位移量转换成数字量的传感器，具有分辨率高、精度高、可靠性好、测量范围广和使用寿命长等优点，因此，被广泛应用于航空航天、自动流水线和高精度测速系统等诸多领域中。光栅编码器按照其测量原理又分为绝对式光栅编码器和增量式光栅编码器。绝对式光栅编码器通过对应电动机轴角位置的编码值获得绝对位置信息，不需要测定零位，但价格相对其他方式较为昂贵。增量式光栅编码器直接利用光电转换原理输出矩形波脉冲信号，它的优点是结构简单、机械平均寿命长、可靠性高、抗干扰能力强和传输距离远；缺点是只能输出轴转动的相对位置信息。
78.基于运动控制系统中常见的增量式光栅编码器，进行高精度的角位移检测方法研究。现在常用的零位检测电路釆用单限电压比较器，存在抗干扰能力差的问题。釆用滞回电压比较器，提高了编码器零位信号检测电路的抗干扰能力。常用的编码器信号处理釆用四倍频方式，只能将编码器分辨率提高4倍；釆用四倍频细分结合a/d釆样方式，将编码器输出的相位相差90
°
的正余弦信号进行四倍频细分和鉴相，同时对编码器输出信号进行a/d转换，构造反正切函数，进一步细分计算，大幅度提高了编码器的角位移测量精度。
79.对于单个所述煤流量检测装置，其为一设置在对应的所述运输机靠近输出端的超声波传感器；对于设置在所述破碎机1输出端的运输机，所述煤流量检测装置设置在该运输机的输入端，当所述破碎机1将破碎后的原煤输送至该运输机时，设置在该运输机上的煤流量检测装置将测得的未运输的初始煤流量记为q0，所述中控单元将q0记为预设初始煤流量并根据预设煤流量q0启动接收到破碎后原煤的运输机并将该运输机中其皮带23的移速设置为预设初始带速v0，中控单元根据预设初始带速v0以及各所述运输机的全长分别确定原
煤经过各运输机所需的预设时长；对于单个并未设置在所述破碎机1输出端的运输机，当位于该运输机上一级的运输机启动且运行时长达到对应的预设时长时，所述中控单元启动该运输机以输送位于该运输机上一级运输机输出的原煤并将该运输机中皮带23的移动速度设置为v0。
80.在煤矿运输工程中，带式运输机都是多条输送带递连输送煤炭的。当前，多数的多级带式运输机启动是从运输机的最后一级开始依次启动所有运输机，等到所有运输机都稳定后，系统才开始往输送带上落料，也称逆序启动。这种方式不仅造成了长时间的空载运行，也伴随不必要的能源浪费。本发明采用了智能速度控制多级带式运输机顺序启动方法，大大降低系统的空载运行率，减少纯粹的空载运行损耗。
81.请参阅图2所示，其为本发明所述超声波传感器的结构示意图，所述超声波传感器根据釆集的信号，得到输送带上物料的高度数据，并根据速度传感器釆集得到的输送带的实时带速信息，计算出所述皮带23上实时准确的煤流量；
82.具体而言，所述超声波传感器每间隔一段时间就向煤堆发射超声波脉冲，经过反射，反射到接收器中，然后处理成有用的电信号，所述中控单元根据已知的信号时间间隔计算岀煤流量。计算公式为q＝avp，其中：v为带速，p为单位时间，a为煤堆的横截面积，
83.a的近似的计算公式为a＝(l+htanθ)h，其中：l为底边长度，θ为角度，h为煤堆的高度。
84.本发明通过超声波传感器计算出皮带23上实时准确的煤流量，为了精准计算出煤流量，现有的许多监测输送带实时煤流量大小的方法中，有电子皮带秤，但其需要安装多组称重传感器，安装步骤繁琐且精度较低；还有非接触式的激光扫描仪，其安装方便，但计算精度受外部因素影响较大，不稳定。本文釆用的是基于超声波的多点式测量技术，进一步提高了监测精度，而且操作简单易行。
85.请参阅图3所示，其为本发明所述胶带运输机2的结构示意图，对于单个所述运输机，包括：电机21，为运输机的提供驱动，带动滚筒22转动；所述滚筒22，其与所述电机21相连，用以接收电机21传输的动力并带动皮带23运行；所述皮带23，其紧密包裹在滚筒22外部，滚筒22依靠与皮带23之间的摩擦力带动其不断运行；
86.具体而言，当系统运行时，所述中控单元分别控制各所述煤流量检测装置检测各运输机中传送带上的原煤的流量，对于单个运输机，设置在该运输机上的煤流量检测装置将测得的该运输机中皮带23上的煤流量记为q，所述中控单元将q和q0进行比对并根据比对结果判定系统运行是否正常并在判定系统非正常运行时对装置中出现故障的原因进行初步判定；
87.若q＝q0，所述中控单元判定系统正常运行；
88.若q＞q0，所述中控单元初步判定该运输机中单位时间内的煤流量过高并根据所述皮带23的带速是否超出最大临界值以判定是否调节该皮带23的带速进行调节；
89.若q＜q0,所述中控单元初步判定该运输机输出的煤流量不符合标准并根据所述皮带23的带速是否超出最大临界带速以判定该运输机输出的煤流量不符合标准的具体原因。
90.在煤矿运输工程中，带式运输机都是多条输送带递连输送煤炭的。当前，多数的多级带式运输机启动是从运输机的最后一级开始依次启动所有运输机，等到所有运输机都稳
定后，系统才开始往输送带上落料，也称逆序启动。这种方式不仅造成了长时间的空载运行，也伴随不必要的能源浪费。本发明采用了智能速度控制多级带式运输机顺序启动方法，大大降低系统的空载运行率，减少纯粹的空载运行损耗。
91.本发明所述胶带运输机2采用带式运输机，带式运输机是煤矿最理想的高效连接运输设备，具有运距长、运量大、连续运输等优点。随着我国高产高效矿井要求的提高，带式运输机已成为煤炭高效开釆机电一体化技术与装备的关键设备。
92.所述中控单元中还设有预设最大临界带速vmax，设定vmax＞v0，当所述中控单元判定所述当前运输机中单位时间内的煤流量过高时中控单元控制位于该运输机中的所述带速检测装置测得该运输机中皮带23的实际带速v、将v和v0进行比对并根据比对结果判定该运输机运行是否正常并在判定该运输机非正常运行时对装置中出现故障的位置进行初步判定；
93.若v≤v0，所述中控单元判定位于该运输机上一级的运输机输出的煤流量高于预设煤流量q0；
94.若v＞v0，所述中控单元初步判定该运输机输出的煤流量过高的原因为该运输机中皮带23带速过高、将v与vmax进行比对，若v≤vmax，所述中控单元判定该运输机正常运行并判定无需对该运输机中皮带23的带速进行调节，若v＞vmax，中控单元判定需要对所述皮带23带速进行调节，并计算q0与q的差值
△
q并根据煤流量差值
△
q将所述皮带23的带速降低至对应值；调节完成后，中控单元将该运输机输出的煤流量记为q’并将q’与q0进行比对，若q’≥q0，所述中控单元判定当前运输机合格，并对当前运输机的电机21温度进行检测以对当前运输机的安全性进行监测，若q’＜q0,所述中控单元初步判定该运输机输出的煤流量不符合标准并根据所述皮带23的带速是否超出最大临界带速vmax以判定该运输机输出的煤流量不符合标准的具体原因。
95.本发明所述中控单元中设有预设最大临界带速vmax，本发明将v和vmax进行比对并根据比对结果判定运输机运行是否正常并在判定该运输机非正常运行时对装置中出现故障的位置进行初步判定，有效的考虑到惯性对带速的影响，提高了智能控制系统对故障的判断精度，进一步保障了煤流运输系统的运行安全。
96.所述检测单元中还设有测温传感器，其分别设置在单个所述运输机上，所述中控单元中还设有预设电机21温度t0；当所述中控单元完成对所述皮带23带速的调节且调节后所述运输机输出的煤流量q’≥q0时，中控单元控制测温传感器测得所述运输机中的电机21温度t，所述中控单元分别对t与t0进行比较；
97.若t≤t0，所述中控单元判定所述运输机的运行温度合格，工作状态正常；
98.若t＞t0，所述中控单元判定所述运输机的温度异常，中控单元发送温度异常警报，当中控单元发送异常警报的时长达到预设值时，中控单元控制系统停止运行。
99.本发明通过测温传感器实时对所述运输机的电机温度进行监测，当因电机超负荷运行或电机转轴故障产生超过预设温度时，所述中控单元自动停止煤流运输系统的运行，进一步保障了煤流运输系统的运行安全。
100.当所述中控单元判定所述当前运输机中单位时间内的煤流量过低时，中控单元控制单个所述带速检测装置重新对带速进行检测，分别测得单个所述运输机的实际所述皮带23的运行速度v1，中控单元将v1和v0进行比对并根据比对结果判定该运输机运行是否正常
并在判定该运输机非正常运行时对装置中出现故障的位置进行初步判定；
101.若v1≥v0，所述中控单元判定所述该运输机非正常运行，该运输机的皮带23带速过快，故障原因包括破碎机1运行效率低、运输机摩擦力降低导致煤在原地不动以及运输机存在泄露，或连接口出处原煤溢出，中控单元进一步控制所述检测单元中的破碎机检测装置并根据测得的破碎机1运行状态判断破碎机1是否故障。
102.若v1＜v0，所述中控单元判定所述当前运输机运行异常，中控单元判定所述检测单元测得的煤流量因当前运输机的移速过慢而不合理，中控单元判定需要对所述皮带23带速进行调节，并计算q0与q的差值
△
q并根据煤流量差值
△
q将所述皮带23的带速升高至对应值；
103.当所述中控单元判定所述运输机的煤流量不符合标准且皮带23带速过快时，中控单元控制所述检测单元中的破碎机检测装置并根据测得的破碎机1运行状态判断破碎机1是否故障，破碎机检测装置测得破碎机1效率为η，中控单元中还设有预设破碎机1效率η0；
104.若η≥η0，所述中控单元判定所述破碎机1运行正常，中控单元判定运输机摩擦力降低导致煤在原地不动或运输机存在泄露，并发送运输机故障警报；
105.若η＜η0，所述中控单元判定所述破碎机1运行异常，并发送破碎机1故障警报。
106.本发明通过对破碎机的破碎效率进行监测，考虑到了从源头上故障的情况，不单单只监测运输机的运行情况，从而更加精确的判断出所述煤流运输系统的故障位置，进一步保障了煤流运输系统的运行安全。
107.当所述中控单元判定需要对所述皮带23带速进行调节时，中控单元计算煤流量差值
△
q并根据
△
q将带速调节至对应值，设定
△
q＝|q-q0|；
108.所述中控单元中还设有第一预设煤流量差值
△
q1、第二预设煤流量差值
△
q2、第三预设煤流量差值
△
q3、第一预设电机21转速调节系数α1、第二预设电机21转速调节系数α2以及第三预设电机21转速调节系数α3，其中，
△
q1＜
△
q2＜
△
q3，1＜α1＜α2＜α3＜1.5；
109.若
△
q≤
△
q1，所述中控单元判定所述i级运输机的皮带23磨损在可允许误差范围内，中控单元不对所述电机21的转速进行调节；
110.若
△
q1＜
△
q≤
△
q2，所述中控单元使用α1对所述电机21的转速进行调节；
111.若
△
q2＜
△
q≤
△
q3，所述中控单元使用α2对所述电机21的转速进行调节；
112.若
△
q≥
△
q3，所述中控单元使用α3对所述电机21的转速进行调节；
113.当所述中控单元使用αj增加所述皮带23的带速时，设定j＝1，2，3，增加后的皮带23带速记为v’，设定v’＝v
×
αj；当所述中控单元使用αj降低所述皮带23的带速时，降低后的皮带23带速记为v’，设定v’＝v
×
(2-αj)；
114.当所述中控单元完成对所述电机21转速的调节时，中控单元控制所述带速检测装置重新检测所述皮带23的运行速度v’，若v’≥v，中控单元判定针对电机21转速的调节完成，若v’＜v，中控单元重新将对电机21的转速进行调节。
115.本发明根据带式运输机节能可行性分析，设计了带速控制方法，给出了一种基于超声波技术的煤流量监测方法对输送带上的瞬时运载量进行监测。通过对落料形式的分析，给出了额定运量下输送带带速的参考速度。同时为了节约能效，给出了顺煤流启动方法。
116.本发明通过神经网络和遗传算法实现带式运输机自适应节能控制，计算出带式运
输机煤流量与带速最优匹配，然后根据现场实验数据应用matlab软件建立带式运输机煤流量，皮带23速度和电动机功耗的bp神经网络模型，结合遗传算法对已建立的bp模型参数进行优化,得出煤流量与带速的最优匹配关系图，最后应用模糊控制算法，根据得出的最优匹配结果设计模糊控制器，由plc实现模糊控制，完成带式运输机自适应节能控制。
117.所述煤流运输单元中的原煤仓包括第一原煤仓31和第二原煤仓32，煤流运输单元中的所述胶带运输机2中还包括第一配仓运输机231和第二配仓运输机232，所述中控单元中还设有与所述胶带运输机2输出端和配仓运输机相连的分流器，用以控制胶带运输机2传输到第一配仓运输机231和第二配仓运输机232的比例；
118.所述中控装置控制所述煤仓监测装置测得第一原煤仓31的储煤量百分比为b1以及第二原煤仓32的储煤量百分比为b2，所述中控单元中设有预设最高储煤百分比bmax和预设最低储煤百分比bmin，
119.当b1＞bmax时，所述中控单元判定第一原煤仓31煤位超过最高点，控制分流器改变第一配仓运输机231和第二配仓运输机232的比例，停止对第一配仓运输机231分配原煤，当b2＞bmax时，所述中控单元判定第二原煤仓32煤位超过最高点，控制分流器改变第一配仓运输机231和第二配仓运输机232的比例，停止对第二配仓运输机232分配原煤；
120.当b1＜bmin时，所述中控单元判定第一原煤仓31煤位低于空仓警戒线，有可能会破坏仓下给煤机以及降低块煤率，中控单元控制分流器改变第一配仓运输机231和第二配仓运输机232的比例，提高第一配仓运输机231分配原煤比例，当b2＜bmin时，所述中控单元判定第二原煤仓32煤位低于空仓警戒线，有可能会破坏仓下给煤机以及降低块煤率，中控单元控制分流器改变第一配仓运输机231和第二配仓运输机232的比例，提高第二配仓运输机232分配原煤比例。
121.煤炭生产过程中，调度室要实时了解煤仓中煤位的高低。若不进行煤位监测,当煤仓中的煤位超过最高点时，会出现满仓，煤流运输机被迫立即停止运行，影响工作面的生产，发生事故；当煤位低于一定位置时，会出现空仓，有可能会破坏仓下给煤机以及降低块煤率等。为此，本发明通过多源数据融合分析煤仓存煤煤位估计方法，多数数据指在煤仓口安装进口雷达料位计实时测量的煤仓煤位数据、安装电容料位计收集数据和通过煤仓储煤量、皮带23运煤量和给煤机放煤量测算煤仓存煤煤位数据。
122.所述煤仓检测装置为基于多源数据融合分析煤仓存煤煤位估计方法，包括雷达料位计和电容料位计；
123.雷达料位计通过天线发射一组探测脉冲，探测脉冲以光速在空间传播,遇到原煤位表面后，部分能量被反射回来，由天线接收，通过计算发射探测脉冲与接收反射脉冲的时间间隔即可推导出料位计与原煤位之间的距离，雷达料位计控制电路将发射脉冲与接收脉冲进行滤波处理和计算后得到实际距离值，并将距离值转换为电流信号后输出至所述中控单元；
124.电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容的线路组成，通过电容式物位传感器把物位转换为电容量的变化，然后再用测量电容量的方法求知物位数值，并将结果输出至所述中控单元。
125.由于雷达料位计在煤炭行业的应用几乎是空白，本发明通过实验并结合煤炭行业自身特点,选择应用在地面工控行业的雷达料位计作为该雷达料位计的探头组件，并对所
选的雷达料位计进行了矿用化改造，目前该雷达料位计样机已经进行了井下和选煤厂煤仓试验，取得了预期效果，可快速准确地实现煤仓煤位的测量，有一定的应用。
126.电容式煤位检测系统是利用物料介电常数恒定时，极间电容正比于料位的原理进行工作的，通常以煤仓仓壁作为电容的一极，传感器探头固定在被测对象中作为另一极，通过测量极间电容可以获得煤位的深度信，但其探头要接触煤仓中的煤块，容易黏着和损坏，测量范围也较小。本发明采用了一种新型的釆用环壁式结构的电容煤仓物位计，在煤仓仓壁的左右两侧各布置2个电容极板，并在极板与仓壁内表面间装设保护层。随着煤量的改变，极间介电常数会发生变化，通过检测电路，把变化的电容量转化为变化的电流量输岀，从而得到煤位深度。这种方法能够抗冲击，保证设备的稳定安全，而且不受粉尘和噪声干扰，对物料各种状态也无苛刻要求，抗干扰能力很强。
127.本发明提出了煤流系统中给煤机闸板精准控制方法，将给煤机液压站手动换向阀进行更换，改为电磁换向阀，预留就地控制旋钮、按钮，使用比例调节阀对液压油路进行流量控制，可进行0.5％精度的微调，以便控制下料口油缸的动作速度，同时配合闸板位移检测传感器，实现了给煤机闸板缓慢、精准控制，为实现给煤机无人值守提供了保障。
128.本发明取得了良好的社会效益，基于该项目的研究，实现了：煤流运输系统智能化水平提高，响应国家技术代替人的号召；增加各个设备的智能化控制，大幅缩减人员投入；减少了故障发生的概率；进一步提高我国煤流运输系统智能化，为智慧矿山建设打好基础。此外，该项目已实现可视化操作，实现地面一键启停、远程集中控制，现场实现无人值守有人巡视。智能型煤流运输系统是当前煤矿高效管理和运行发展的主要方向之一，对企业的节能降耗、成本控制，更好的保障工作人员人身安全有着重要意义，是企业提高竞争力的有效途径，将产生较大的社会效益。
129.本发明取得了良好的经济效益，每年人员开支可节省费用为115万元；并且本发明应用后，实现了煤流运输系统的顺煤流启动，实现了一键启动设备，有效降低主煤流运输系统的轻载运行率，大大降低设备磨损，延长设备使用寿命。本发明节省的总效益为415万元。
130.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
131.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。