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)寧焦煤集團臺頭煤焦有限責任公司7201綜采工作面為分析對象，開展了工作面的智能化集中控制系統(tǒng)研究，并對系統(tǒng)中的關(guān)鍵分系統(tǒng)進行了設(shè)計?，F(xiàn)場應(yīng)用測試表明，該控制系統(tǒng)具有較高的可靠性，實現(xiàn)了工作面的遠程集中控制、顯示及報警等功能要求，滿足了工作面的集中控制需求，對提高工作面的煤礦開采效率及作業(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

臺頭煤焦有限責任公司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，存在勞動強度大，操作人員多等問題，人員之間主要采用電話或?qū)χv機或人工喊話等方式進行溝通傳遞，易受外部干擾信號影響，影響通信質(zhì)量。為此，開展了臺頭煤焦有限責任公司7201綜采工作面的集中控制系統(tǒng)設(shè)計。在進行整個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)時經(jīng)常出現(xiàn)了不同程度的振動現(xiàn)象，所傳輸信號電磁干擾問題也比較嚴重。因此，工作面的集中控制系統(tǒng)需具有設(shè)備振動檢測及信號抗干擾能力。（2）實時性控制。工作面中相關(guān)設(shè)備會隨煤礦的不斷開采而發(fā)生動態(tài)變化，設(shè)備之間需實現(xiàn)動作的協(xié)調(diào)操作。因此控制系統(tǒng)需對工作面中設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)進行實時監(jiān)控，根據(jù)其作業(yè)姿態(tài)的變化進行實時的集中調(diào)節(jié)控制。（3）可視化控制。控制系統(tǒng)是一套遠程監(jiān)控系統(tǒng)，在設(shè)計時需實現(xiàn)整個工作面監(jiān)測控制和相關(guān)參數(shù)的實時顯示。（4）接口的可擴展性。工作面采煤設(shè)備較大，且會隨著技術(shù)的不斷提升，增加更多先進的開采設(shè)備，故控制系統(tǒng)需預(yù)留多種通訊接口，針對設(shè)備的增加或升級，能快速擴展或通用性連接。

2總體方案設(shè)計

結(jié)合上文設(shè)計要求，整個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、液壓支架、刮板輸送機、帶式輸送機等，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)備對應(yīng)的控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)對自身設(shè)備工作電壓、功率、溫度等各類參數(shù)的實時采集及控制；工控機集中控制層集成了計算機、交換機等部件，負責對采集的設(shè)備信息進行融合接收、集中分析判斷，經(jīng)過計算后產(chǎn)生相應(yīng)的控制命令，下發(fā)至各設(shè)備的控制器，進行設(shè)備之間的聯(lián)調(diào)控制。為保證各層之間信號傳輸?shù)目煽啃裕捎昧宋鏖T子PLC控制器，TCP/IP進行數(shù)據(jù)信號通訊連接?？刂葡到y(tǒng)的通訊距離超過了2km，通訊速率達到了1.7Mbps，數(shù)據(jù)的延時性小于1s。

3控制系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計

3.1設(shè)備順序停機控制設(shè)計

7201工作面采用了一鍵停機的操作控制，雖能實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的啟?？刂?，但會使設(shè)備處于同時停機狀態(tài)。因此，設(shè)計了一套智能化一鍵判斷設(shè)備順序停機的控制方法，通過檢測設(shè)備上的空載作業(yè)電流的大小來進行邏輯判斷。一鍵按鈕后，首先會使采煤機進行停機，保證工作面中無煤炭產(chǎn)生，檢測刮板輸送機上電機的運行電流，達到空載電流時，停止刮板輸送機的運行，對轉(zhuǎn)載機、破碎機及膠帶運輸機上的電機運行電流進行檢測，按照相應(yīng)順序進行設(shè)備的啟?？刂?，避免了設(shè)備因停機時間控制不準確而出現(xiàn)的資源浪費或設(shè)備嚴重損害現(xiàn)象，保障了工作面運行的安全及可靠性。工作面中設(shè)備的順序控制流程如圖2所示。

3.2運輸設(shè)備載荷量控制設(shè)計

工作面運輸設(shè)備較多，合理控制運輸量是提高設(shè)備工作效率的關(guān)鍵。刮板輸送機是工作面中重要的運輸設(shè)備，但經(jīng)常處于超載狀態(tài)，容易出現(xiàn)電機燒壞、無法正常啟停、異常振動等問題，嚴重影響作業(yè)效率，因此需要合理控制采煤機的落煤量。以臺頭煤焦有限責任公司SGZ764/630型刮板輸送機為例進行分析，額定電流為130A。當檢測到電機的電流超過其額定值的110%時，則定義刮板輸送機處于超載狀態(tài)，此時控制系統(tǒng)將降低采煤機的作業(yè)速度；若檢測的電流大于155A時，系統(tǒng)將會控制采煤機停機，并及時發(fā)出超載預(yù)警提示。其他運輸設(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人機顯示界面設(shè)計

集中控制系統(tǒng)的人機顯示界面采用西門子公司W(wǎng)inCC組態(tài)軟件進行設(shè)計。監(jiān)控對象包括液壓支架、采煤機、帶式輸送機等設(shè)備，設(shè)計獨立的控制子界面，各子顯示界面包括操作控制、實時監(jiān)控、報警記錄、設(shè)備啟停、作業(yè)位置、故障報警等方面，以及設(shè)備的手動、半自動、全自動、遠程控制等功能，通過對設(shè)備的作業(yè)速度進行設(shè)置，并與實際速度進行對比，實現(xiàn)實時調(diào)節(jié)控制。集中控制系統(tǒng)采煤機顯示子界面如圖4所示。

4運行測試效果評價

在完成工作面集中控制系統(tǒng)的智能化建設(shè)后，為驗證該系統(tǒng)的運行可靠性，將其在臺頭煤焦有限責任公司7201工作面中進行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。測試結(jié)果顯示，該控制系統(tǒng)運行良好，各項指標滿足設(shè)計要求，能通過攝像頭對工作面中的各類設(shè)備運行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)進行實時顯示，顯示界面清晰。所設(shè)計的一鍵式啟停機按鈕也實現(xiàn)了各類設(shè)備的順序啟?？刂?，當設(shè)備出現(xiàn)異常故障或運輸設(shè)備出現(xiàn)超載現(xiàn)象時，該系統(tǒng)也及時發(fā)出了相應(yīng)的報警提示。設(shè)備的現(xiàn)場測試顯示界面如圖5所示

5結(jié)語

在分析臺頭煤焦有限責任公司7201綜采工作面集中控制要求基礎(chǔ)上，開展了集中控制系統(tǒng)的總體設(shè)計及關(guān)鍵分系統(tǒng)研究，對系統(tǒng)進行現(xiàn)場應(yīng)用的結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)運行可靠，各項指標滿足工作面的集中控制需求，實現(xiàn)了對綜采工作面各設(shè)備的集中遠程控制、集中顯示、各類故障實時報警的功能。該控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，提高了整個工作面的智能化集中控制水平，減輕了勞動強度。

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作者：陳朝輝 單位：山西鄉(xiāng)寧焦煤集團 臺頭煤焦有限責任公司