随着煤炭工业自动化水平的不断提高, 如何能随时准确了解和控制井下料仓 (煤仓、水仓等) 的贮料情况, 实时、准确地监测煤仓的贮料情况, 并有效控制煤炭运输、煤仓自动装卸载在高效生产及自动化管理中显得越来越重要。井下煤仓是生产中关键而又重要的场所, 煤仓设备运行的好与坏直接关系到煤矿的安全生产和经济效益。淮北矿业 (集团) 有限责任公司桃园煤矿 (简称桃园矿) 井下煤仓在以往的生产过程中经常会出现煤仓口煤位的堆积造成煤仓电气设备的不能工作, 这给生产带来了很大的不便, 因此, 桃园矿对现有井下煤仓进行煤仓位置监测, 该系统针对井下煤仓的特点, 能实现在监控室对煤仓位置进行实时监测, 从而避免煤位的堆积而影响生产, 提高了煤矿安全生产的自动化及安全性。
超声波式料位传感器是在煤仓顶部对着料面装有超声波发生器和接收器。发生器发出的超声波经空气层射至料面并被反射后, 被接收器接收, 由超声波发射到接收器接收所经历的时间乘以声速就可以计算出料位高度。超声波式能连续测量料位, 探头不与物料接触, 无粘着和被埋危险, 但对煤仓直径与深度比有一定的要求, 并要求煤仓形状规则, 内表面光滑, 但测量盲区较大, 因而可靠性差, 测量深度也有一定限度。另外由于空气温度的高低会影响声波的传播速度, 所以还需测量温度以修正声速。超声波式料位传感器适合于测量粒度较大的块料料位。
本机采用超声脉冲测距法, 由物位仪换能器向被测料面连续发射超声波脉冲, 该声波传播到料面, 产生反射, 再由物位仪换能器接收被测料面反射的声波信号, 微处理器计算声波从发出到反射后接受的时间 (设该时间为T) , 则物位仪换能器到被测料面的距离S为:
S=1/2C T (C为空气中声速)
微处理器根据本机设定的量程、调零等参数, 自动计算物位值或百分比物位值, 再由百分比物位值 (或空仓距离) 计算输出相应的模拟量和限位控制信号。
物位仪有很好的软件支持, CPU自动控制功率发射和信号接收电路, 自动修正工作参数, 以达到最佳工作状态。它识别真实的回波信号, 有效地滤除噪声和干扰信号, 进行目标识别和数值计算等数据处理, 达到理想的测量效果。
根据桃园矿井下煤仓位置监测系统的实际要求, 结合以往工程经验及生产控制系统、调度监控系统的发展前景, 我们设计系统采用了由上位工控机和下位超声波物位计组成的二级分布式计算机的监测管理系统, 对井下煤仓位置的过程进行检测、显示、控制、报警和管理。超声波料位计系统完成对井下煤仓位置的煤位监测、显示, 以及把煤仓位置信息传送给上位工控机。上位工控机完成运行信息的存储、显示、传送等。现场超声波物位计采用具有本安防爆合格证的 (dibⅠ) 设备, 上位机采用研华工控机及工业组态软件来完成信息的显示。
该系统的目标是通过建立监测与管理一体化的井下煤仓位置监测信息管理系统网络, 实现无人值守的目标, 通过该系统实现自动化控制。其网络结构如图1所示。
每个煤仓各配一套超声波物位计监测装置, 在监控室另设台监控管理计算机, 以RS485通讯方式采集各超声波物位计的信号进行集中控制和管理;并通过工业以太网通讯方式与矿井调度室进行通讯以实现对井下煤仓位置的监控。
在监控房设工业监控管理计算机系统, 通过RS485总线与超声波物位计通讯, 采集各煤仓位置的参数和运行状态, 进行相应的数据处理、记录、显示和报警等, 并与矿井综合自动化系统联网。
采集并显示各煤仓位置的参数及设备的状况;信息监测过程中无需人工参与, 自控进行调节;提供多种报警方式、重要参数的趋势曲线, 信息显示状态及故障分析;提供多种报表类型;人机界面内容丰富、操作简单。
物位仪接通电源设置好有关参数后, 即进入工作状态, 测量物位, 输出相应的测量信号, 同时由物位仪控制箱输出一路本安电源, 提供给物位仪显示器作为工作电源。
物位仪主要功能是检测物位仪换能器到料面的距离, 由微机处理器计算料位等参数, 输出模拟信号和继电器触点高低位信号, 同时本机对测量数据即时数字显示 (底板上有一红色四位拨动开关, 第一位开关拨在“ON”位置, 显示物位;拨在“OFF”位置, 显示空仓距离) 。输出信号只能是物位值输出。
物位仪控制箱透明窗口内有4位LED数码管, 工作时右侧3位显示料位 (左侧第一位供参数设置用) , 数码管的左侧有2只LED指示灯, 用于工作状态指示:上等亮表示测到信号, 下灯亮表示档位的变化。
物位仪换能器安装在料仓顶部, 需按照以下进行: (1) 正对被测料面, 对准代表物料变化的测点; (2) 避开入料流, 一般应选择入料流的侧面; (3) 避开固定障碍物物位仪换能器喇叭口前方不能有工字钢等固定障碍物; (4) 避开粗糙仓壁, 一般应距仓壁1.5m以上如图2所示。
淮北矿业集团公司桃园煤矿Ⅱ2三阶段煤仓, 深度21 m, 直径3 m。于2012年3月安装KGU5B矿用超声物位仪, 对煤仓进行非接触自动连续监测。矿用超声物位仪井下煤仓监控系统较好反映了煤仓煤位的实际高度, 杜绝了溢仓损坏设备、带式输送机停滞的事故;减少了操作人员的工作量, 改善了工作环境;提高了设备的运转率, 经济和社会效益显著;同时将有关信号与监测监控系统、输送带控制系统对接、实现煤位数据上传于地面控制中心站进行数据显示, 为整体调度提供有效的监控、管理手段, 提高了矿井安全指挥和有效生产能力, 在我国煤矿中具有良好的推广前景。
摘要：为了准确地了解和控制井下料仓 (煤仓、水仓等) 的贮料情况, 实时、准确地监测煤仓的贮料情况, 并有效控制煤炭运输、煤仓自动装卸载在高效生产及自动化管理。针对以往煤位检测方法的不足, 桃园煤矿采用了超声物位仪对煤仓煤位进行实时的检测。实际运行结果表明, 该系统能适应煤矿井下恶劣环境的实际条件, 能实时对煤仓位置进行监测, 从而避免煤位的堆积而影响生产, 提高了煤矿安全生产的自动化及安全性。
关键词：煤仓煤位,超声物位仪,自动检测,安全生产
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