基于霍尔传感器的矿井自动装载系统设计.pdf

2 0 1 4年第5 期 煤矿机 电 8 9 基于霍尔传感器的矿井 自动装载系统设计 米 李坚 ，李毅 ， 李 自强。 ， 马星河 ， 姚春涛。 1 ． 淮北矿业集团有限责任公司 机电处，安徽 淮北 2 3 5 0 0 0 ； 2 ． 许继电气股份有限公司， 河南 许昌 4 6 1 0 0 0 ； 3 ． 河南理工大学 电气工程及其自动化学院， 河南 焦作 2 3 5 0 0 0 摘 要 基于霍尔传感器矿井箕斗定重 自动装载 系统 ， 可解决传统 的矿 井提 升系统存在结构复 杂、 开凿硐 室面积大、 投资大、 运行不可靠等问题。详细介绍 了霍尔传感器工作 原理、 系统组成、 运 行过程的工作原理。该系统投入实际运用后， 能有效提高可靠性 ， 节省投资， 具有广 阔的应用前景。 关键词 霍尔传感器；箕斗；定重装载；可编程控制器 P L C 中图分类号 T P 2 1 2 ． 1 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 4 0 5 0 0 8 9 0 2 De s i g n o f Mi n e Au t o ma t ic L o a d i n g Sy s t e m Ba s e d o n Hal l Sen s o r L i J i a n ，L i Y i ，L i Z i q i a n g ，Ma Xi n g h e ，Y a o C h u n t a o 1 ． E l e c t r i c a l D e p a r t m e n t ， Hu a i b e i Mi n i n g G r o u p C o ． ， L t d ． ， H u i b e i 2 3 5 0 0 0， C h i n a ； 2 ． X J E l e c t r i c i c C o ． ， L t d ． ， X u c h a n g 4 6 1 0 0 0， C h i n a ； 3 ． S c h o o l o f E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g a n d A u t o m a t i o n ， H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e h e a v y l o a d i n g s y s t e m o f mi n e s k i p b a s e d o n Ha l l s e n s o r c a n s o l v e t h e d i s a d v a n t a g e s o f t r a d i t i o n a l h o i s t s y s t e m ，s u c h a s c o mp l e x s t r u c t u r e，l a r g e c a v e r n a r e a， l a r g e i n v e s t me n t a n d u n r e l i a b l e o pe r a t i o n． De t a i l s i n t r o du c e s t he Ha l l s e ns o r’S wo r k i ng p r i n c i p l e s， s y s t e m c o mp o s i t i o n a n d o p e r a t i o n p r o c e s s ． W he n pu t i n t o a p p l i c a t i o n，t h i s s y s t e m c a n e f f e c t i v e l y i mp r o v e t h e r e l i a b i l i t y，s a v e i n v e s t me n t a nd ha s b r o a d pr o s pe c t ． K e y wo r d s h a l l s e n s o r ； s k i p ； h e a v y l o a d i n g ； p r o g r a mm a b l e l o g i c a l c o n t r o l l e r P L C 0 引言 传统 的提升式装载 系统结构复杂 ， 易 出故障和 水分含量大 ， 通常会导致原煤滞 留定量斗的情况等 问题 ， 而基于霍尔传 感器的矿井箕斗定重 自动装载 系统 ， 因控制方便 、 结构简单 、 运行可靠性强 ， 使用 中 不仅可减少硐室开凿 面积和凿井 深度 ， 而且 降低了 提升高度和排水高度 ， 节省投资 ， 实现了优质、 快速 、 高效采煤。 1 传统的箕斗提升式定量装载系统 传统的箕斗提升式定量装载系统在实际使用过 程中， 定量斗箱式装载设备的箕斗滞煤严重， 且滞煤 量极具不确定性⋯ 。如图 1 所示 ， 由于煤矿煤质黏 度大 ， 原煤因潮湿而滞留于定量斗 ， 煤矿往往会通过 定量斗4 中装载空气炮 的方法 ， 迫使定量斗 中原煤 河南省科技厅重点攻关资助项目 0 9 2 1 0 2 2 1 0 3 5 6 1一煤仓 ； 2一给煤机 ； 3一带式输送机 ； 4一定量斗 ； 5一提升箕斗 图 1 传 统的提升式装载 系统 进入提升箕斗 。在这种情况下 ， 微 电子元件受 硐室 湿度大等恶劣条件影 响很容易损坏 ， 进而导致 控制 设备 出现故障而停运。按 煤矿安全规程 规定 箕 斗提升必须采用定重装载。国内的矿井均设置 了箕 斗提升的定重装载系统 。 对于传统的箕斗提升系统 ， 由于溜煤槽容积不 9 0 煤矿机 电 2 0 1 4年第5期 够大 ， 称重传感器的安放位置受到很大程度的限制 ， 使得定重装载改造难 以进行 ， 目前 已成为煤矿安全 提升 中急需解决的难题之一。在分析 、 总结传统箕 斗提升特殊性的基础上 ， 本文提出了基于霍尔传感 器的矿井箕斗 自动装载系统。 2 霍 尔传 感器 工作原 理 霍尔传感器工作原理图如图2所示， 它是根据 霍尔效应制作的一种磁性传感器 。磁场中有一个霍 尔半导体片， 恒定 电流 ， 从 A到 B通过该 片。在 洛 仑兹力的作用下 ， ，的电子流在通过霍尔半导体 时 向一侧偏移 ， 使该片在 C到 D方 向上产生 电位差 ， 这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变 化而变化 ， 磁场越强 ， 电压越高 ， 磁场越弱 ， 电压越 低。霍尔电压值很小 ， 通常只有几个毫伏 ， 但经集成 电路中的放大器放大， 就能使该电压放大到足以输 出较强 的信号。霍 尔效 应传感器属 于被动型传感 器 ， 它需要有外加 电源才能工作 ， 利用这一特点使它 能检测转速低的运转情况 。 1 一霍尔半 导体元件 ； 2一永久磁铁 ； 3一挡 隔磁力线 的叶片 图 2 霍尔传感器 工作原理 图 3 基于霍尔传感器的矿井箕斗定重自动装载系统 由图 3所示 。箕 斗定重 自动装 载系统包 括煤 仓 ， 给煤机， 箕斗提升系统 ， 定量称重装置， 程序控制 器等 。所述定量称重装置的一次检测元件采用霍尔 传感器 ， 它包括磁铁和一组或并列的两组霍尔传感 器 ， 霍尔传感器组中的每一个霍尔传感器依次安装 在井筒一侧 ， 磁铁和霍 尔传感器对应安装在提升箕 斗上， 霍尔传感器输出信号连接程序控制器， 其输出 信号控制连接给煤机 ， 并 向提升控制室发出停车和 运行信号。带式输送机 的喂料 口设置与加料状态下 提升箕斗的加料 口对应 。 自动装 载系统在提升控制室设有微 机控制系 统 ， 其可编程控制器 P L C 和微机控制 系统交互连 接 ， P L C输 出信号控制给煤机和提升箕斗提升系统 ， 微机控制系统包括人机界面 。 1 一煤仓 ； 2一给煤机 ； 3一带式输送机 ； 4一磁铁 ； 5一提升箕斗 ； 6一霍尔传感器 ； 7一电子秤 图 3系统的控制原理 图 4 箕斗定重 自动装载系统的实现 在井筒一侧安装霍尔传感器一组 ， 在箕斗上安 装磁铁一个 ， 根据原煤重量和钢丝绳长度成正 比的 原理进行原煤称量。当箕斗下放到指定深度后 ， 系 统通过霍尔传感器的反馈获取箕斗在装载过程中的 下移量 即钢丝绳的拉伸长度 。当钢 丝绳拉 伸达 到指定长度 ， 即表示装载到设定重量 ， 于是系统停止 装载， 发出提升信号 。 5 结语 矿井箕斗定重 自动装载系统 ， 结构简单 ， 安全可 靠 ， 在铁生沟矿应用 以来效果 良好 ， 有效地实现了主 提升 自动定量装载。它改进了原 系统 的硐室结构 ， 取消定量斗 ， 采用原煤经输送带直接进入箕斗的装 载结构。改造后的箕斗定重 自动装 载系统造价低 ， 不仅降低了装载系统的复杂程度 ， 减少了投入成本 ， 避免了不必要的故障隐患 ， 而且使用经济效益好 ， 减 小 了硐室体积， 节约了主井建设成本 ， 同时又有效地 克服滞煤现象 ， 减轻了清煤工作量 ， 减少了煤炭装载 时对钢丝绳及天轮的冲击 ， 延长了钢丝绳寿命。 参 考文献 [ 1 ] 刘相文 ， 王雷， 陈义强 ， 等．老主井提升定 重装载 系统改造新途 径[ J ] ．矿山机械 ， 2 0 0 6 8 8 5 8 6 ． [ 2 ] 陆蕴宝 ， 王雷， 陈义强等．范各庄煤 矿老主井 自动化定 重装载 系统改造[ J ] ．煤矿机械 ， 2 0 0 5， 2 6 5 1 2 5 1 2 6 ． [ 3 ] 乔华 ， 刘保丰．主井 自动定重装 载系统技 术改造 [ J ] ．煤炭科 学技术 ， 2 0 0 6， 3 4 8 4 1 42 ． [ 4 ] 刘慧杰． 矿井提升机 电控系统安全回路的改造 [ J ] ． 煤矿机 电， 2 0 0 8 5 9 3 - 9 4 ． 作者简介 李坚 1 9 6 6一 ， 男， 高级工程师。主要研究方向为矿山机 电设备的应用。 收稿 日期 2 0 1 4 0 33 1 ； 责任编辑 陶驰东