智能綜采工作面集中控制系統(tǒng)應(yīng)用

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摘要：以山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司7201綜采工作面為分析對(duì)象，開(kāi)展了工作面的智能化集中控制系統(tǒng)研究，并對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵分系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試表明，該控制系統(tǒng)具有較高的可靠性，實(shí)現(xiàn)了工作面的遠(yuǎn)程集中控制、顯示及報(bào)警等功能要求，滿足了工作面的集中控制需求，對(duì)提高工作面的煤礦開(kāi)采效率及作業(yè)安全具有重要意義。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；集中控制系統(tǒng)；智能化

1概況

臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司7201綜采工作面設(shè)備集中控制較為分散，整體的集中化控制程度較低，加之煤礦井下環(huán)境惡劣，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作人員多等問(wèn)題，人員之間主要采用電話或?qū)χv機(jī)或人工喊話等方式進(jìn)行溝通傳遞，易受外部干擾信號(hào)影響，影響通信質(zhì)量。為此，開(kāi)展了臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司7201綜采工作面的集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行整個(gè)綜采工作面集中控制系統(tǒng)建設(shè)中，需符合如下要求。（1）作業(yè)穩(wěn)定性。工作面環(huán)境惡劣性，各類設(shè)備之間作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)了不同程度的振動(dòng)現(xiàn)象，所傳輸信號(hào)電磁干擾問(wèn)題也比較嚴(yán)重。因此，工作面的集中控制系統(tǒng)需具有設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)及信號(hào)抗干擾能力。（2）實(shí)時(shí)性控制。工作面中相關(guān)設(shè)備會(huì)隨煤礦的不斷開(kāi)采而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，設(shè)備之間需實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的協(xié)調(diào)操作。因此控制系統(tǒng)需對(duì)工作面中設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)其作業(yè)姿態(tài)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的集中調(diào)節(jié)控制。（3）可視化控制。控制系統(tǒng)是一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)需實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面監(jiān)測(cè)控制和相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示。（4）接口的可擴(kuò)展性。工作面采煤設(shè)備較大，且會(huì)隨著技術(shù)的不斷提升，增加更多先進(jìn)的開(kāi)采設(shè)備，故控制系統(tǒng)需預(yù)留多種通訊接口，針對(duì)設(shè)備的增加或升級(jí)，能快速擴(kuò)展或通用性連接。

2總體方案設(shè)計(jì)

結(jié)合上文設(shè)計(jì)要求，整個(gè)工作面集中控制系統(tǒng)采用了采煤設(shè)備層、設(shè)備控制系統(tǒng)層及工控機(jī)集中控制層的3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。采煤設(shè)備主要包括采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)等，在各設(shè)備上配備了攝像頭；設(shè)備控制系統(tǒng)層主要是各設(shè)備對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)自身設(shè)備工作電壓、功率、溫度等各類參數(shù)的實(shí)時(shí)采集及控制；工控機(jī)集中控制層集成了計(jì)算機(jī)、交換機(jī)等部件，負(fù)責(zé)對(duì)采集的設(shè)備信息進(jìn)行融合接收、集中分析判斷，經(jīng)過(guò)計(jì)算后產(chǎn)生相應(yīng)的控制命令，下發(fā)至各設(shè)備的控制器，進(jìn)行設(shè)備之間的聯(lián)調(diào)控制。為保證各層之間信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕捎昧宋鏖T子PLC控制器，TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)通訊連接。控制系統(tǒng)的通訊距離超過(guò)了2km，通訊速率達(dá)到了1.7Mbps，數(shù)據(jù)的延時(shí)性小于1s。

3控制系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)

3.1設(shè)備順序停機(jī)控制設(shè)計(jì)

7201工作面采用了一鍵停機(jī)的操作控制，雖能實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的啟停控制，但會(huì)使設(shè)備處于同時(shí)停機(jī)狀態(tài)。因此，設(shè)計(jì)了一套智能化一鍵判斷設(shè)備順序停機(jī)的控制方法，通過(guò)檢測(cè)設(shè)備上的空載作業(yè)電流的大小來(lái)進(jìn)行邏輯判斷。一鍵按鈕后，首先會(huì)使采煤機(jī)進(jìn)行停機(jī)，保證工作面中無(wú)煤炭產(chǎn)生，檢測(cè)刮板輸送機(jī)上電機(jī)的運(yùn)行電流，達(dá)到空載電流時(shí)，停止刮板輸送機(jī)的運(yùn)行，對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)及膠帶運(yùn)輸機(jī)上的電機(jī)運(yùn)行電流進(jìn)行檢測(cè)，按照相應(yīng)順序進(jìn)行設(shè)備的啟停控制，避免了設(shè)備因停機(jī)時(shí)間控制不準(zhǔn)確而出現(xiàn)的資源浪費(fèi)或設(shè)備嚴(yán)重?fù)p害現(xiàn)象，保障了工作面運(yùn)行的安全及可靠性。工作面中設(shè)備的順序控制流程如圖2所示。

3.2運(yùn)輸設(shè)備載荷量控制設(shè)計(jì)

工作面運(yùn)輸設(shè)備較多，合理控制運(yùn)輸量是提高設(shè)備工作效率的關(guān)鍵。刮板輸送機(jī)是工作面中重要的運(yùn)輸設(shè)備，但經(jīng)常處于超載狀態(tài)，容易出現(xiàn)電機(jī)燒壞、無(wú)法正常啟停、異常振動(dòng)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響作業(yè)效率，因此需要合理控制采煤機(jī)的落煤量。以臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司SGZ764/630型刮板輸送機(jī)為例進(jìn)行分析，額定電流為130A。當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)的電流超過(guò)其額定值的110%時(shí)，則定義刮板輸送機(jī)處于超載狀態(tài)，此時(shí)控制系統(tǒng)將降低采煤機(jī)的作業(yè)速度；若檢測(cè)的電流大于155A時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)控制采煤機(jī)停機(jī)，并及時(shí)發(fā)出超載預(yù)警提示。其他運(yùn)輸設(shè)備荷載量的控制邏輯基本相同，控制流程如圖3所示。

3.3人機(jī)顯示界面設(shè)計(jì)

集中控制系統(tǒng)的人機(jī)顯示界面采用西門子公司W(wǎng)inCC組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。監(jiān)控對(duì)象包括液壓支架、采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)等設(shè)備，設(shè)計(jì)獨(dú)立的控制子界面，各子顯示界面包括操作控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警記錄、設(shè)備啟停、作業(yè)位置、故障報(bào)警等方面，以及設(shè)備的手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制等功能，通過(guò)對(duì)設(shè)備的作業(yè)速度進(jìn)行設(shè)置，并與實(shí)際速度進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制。集中控制系統(tǒng)采煤機(jī)顯示子界面如圖4所示。

4運(yùn)行測(cè)試效果評(píng)價(jià)

在完成工作面集中控制系統(tǒng)的智能化建設(shè)后，為驗(yàn)證該系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，將其在臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司7201工作面中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，該控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，能通過(guò)攝像頭對(duì)工作面中的各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，顯示界面清晰。所設(shè)計(jì)的一鍵式啟停機(jī)按鈕也實(shí)現(xiàn)了各類設(shè)備的順序啟停控制，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常故障或運(yùn)輸設(shè)備出現(xiàn)超載現(xiàn)象時(shí)，該系統(tǒng)也及時(shí)發(fā)出了相應(yīng)的報(bào)警提示。設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試顯示界面如圖5所示

5結(jié)語(yǔ)

在分析臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司7201綜采工作面集中控制要求基礎(chǔ)上，開(kāi)展了集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及關(guān)鍵分系統(tǒng)研究，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，各項(xiàng)指標(biāo)滿足工作面的集中控制需求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜采工作面各設(shè)備的集中遠(yuǎn)程控制、集中顯示、各類故障實(shí)時(shí)報(bào)警的功能。該控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，提高了整個(gè)工作面的智能化集中控制水平，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

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作者：陳朝輝 單位：山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán) 臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司