采煤工作面設備集中控制系統的研究與應用

摘 要：文章在目前綜采工作面控制技術的發展狀況和趨勢的基礎上，研究并設計出符合具體生產工況的集控制、以太網、監測、通信等多種功能的綜采工作面設備集中控制系統，通過先進的工業嵌入式計算機（PC104）控制和現場CAN總線技術的應用實現在巷道監控中心對綜采設備的集中自動化控制，并且可以通過工業以太網和上位機進行實時通信。實現采煤工作面設備控制的自動化、大大減少人員配置，具有較好的實用性和效益性。

關鍵詞：工作面；設；集中控制；數據傳輸

引言

煤炭作為我國現階段的主要能源，《煤炭工業發展十二五規劃》中指出要不斷提高煤礦設備的大型化、系統自動化和管理信息化水平，目前綜采設備發展趨勢為大型化、自動化、智能化，設備功率與技術含量不斷增加，需要采掘設備對井下惡劣環境的適應能力更強，文章主要研究了用于煤礦井下采煤工作面的集控制、檢測、保護、通話、語言報警于一體的控制系統。

1 系統組成及原理框圖（如圖1所示）

1.1 集控系統組成

（1）主控制器：控制、監測、顯示中心。（2）礦用隔爆兼本質安全型電源：用于系統的供電。（3）系列組合擴音電話：可以實現拉線急停、沿線閉鎖、通話、預警等功能。（4）系列組合急停閉鎖開關：可以實現拉線急停、沿線雙向閉鎖。（5）系列本安型輸入輸出：即遠程控制分站，也被稱為下位機。用于遠距離信號采集和遠程控制。（6）系列多功能終端：用于一個系統的末端或兩個系統之間的尾尾搭接。（7）系列礦用七芯拉力阻燃電纜：帶有兩層護套、雙層屏蔽、兩個快速不銹鋼插頭。（8）礦用遠程控制箱：當本系統控制非本安設備時，用于電氣隔離轉換；提供DC18V本安電源。

1.2 系統功能

工作面設備：破碎機、轉載機、前部運輸機、后部運輸機、各種泵站、組合開關（開關提供本安接點）。實現逆煤流開、順煤流停。系統具有同煤流方向互相閉鎖功能，能有效地杜絕工作面各設備的帶載啟動。（1）對于工作面運煤設備起停控制，具有電機高低速切換功能，逆煤流啟動，順煤流停車；（2）對于各種泵站的起停控制，并可以對泵的液位和壓力進行檢測并顯示，并根據液位和壓力的變化來對泵的電磁閥進行邏輯控制。

2 控制系統功能

具有遠程集中控制、就地集中控制、就地檢修方式控制、點動方式控制，各控制狀態能可靠的切換并運行。采用一根電纜完成綜放工作面沿線設備的控制、通話、閉鎖、急停、裝置供電。

2.1 工作面設備控制

工作面設備：破碎機、轉載機、前部運輸機、后部運輸機、各種泵站、組合開關（開關提供本安接點）。實現逆煤流開、順煤流停。系統具有同煤流方向互相閉鎖功能，能有效地杜絕工作面各設備的帶載啟動。

（1）對于工作面運煤設備起停控制，具有電機高低速切換功能，逆煤流啟動，順煤流停車；（2）對于各種泵站的起停控制，并可以對泵的液位和壓力進行檢測并顯示，并根據液位和壓力的變化來對泵的電磁閥進行邏輯控制。具有遠程集中控制、就地集中控制、就地檢修方式控制、點動方式控制，各控制狀態能可靠的切換并運行。采用一根電纜完成綜放工作面沿線設備的控制、通話、閉鎖、急停、裝置供電。

2.2 語言報警

具有完善的語言報警提示功能，對于設備的起停、沿線閉鎖及沿線故障、等都帶有語言報警提示和漢字顯示設備當時的狀態。

2.3 設備故障自診斷顯示

通過按下沿線的急停按鈕可實現緊急停機，主控器同時顯示急停位置。精準的漢字信息顯示故障位置、原因，可助操作人員更加簡便的觀察、處理。

2.4 遠程通信及聯網數據上傳

具有數據通訊功能，可通過自動化環網實現與地面計算機的數據通訊功能，地面通過組態程序實現地面對井下工作面的監測、控制。

通過一臺控制器就可以將各個分系統控制和檢測的所有設備工作狀態和參數傳輸給井上計算機，在井上計算機進行顯示和控制。采煤工作面集控主控器嵌入式計算機帶有RS232/485串行接口，具有國際標準的ModBUS開放式通訊協議，能與全礦井監控系統無縫連接。可實現通過地面計算機完成遠程集中控制。可實現主控畫面的網絡發布（公司局域網和Internet），在任何地方都可以利用Web瀏覽器（如微軟公司的IE）實時查看井下現場情況。生產廠家應提供上位機組態監控分析軟件。通信距離：最長30公里；通信速率：最大38.4KBps，在10公里時可保證19.2 KBps。

2.5 工作面設備的電流、溫度檢測

可對受控回路電動機的電流、溫度進行檢測，當電動機過載時發出語音報警，提示現場工作人員同時也可以調節控制器參數。電動機、減速箱冷卻水進行自動控制，溫度檢測實現對電動機超溫進行報警和保護。

2.6 通話電話

（1）采煤工作面集控系統中語音通訊系統，系統組件中的組合語音電話（本質安全型；防護等級IP54）應具有急停閉鎖、對講通話、聯絡打點、起動預警、通話廣播等功能。（2）組合擴音電話功率不小于1.6W；聲強107dB（雙向放音）；失真度不大于8%；工作電壓DC18V（+10%～-25%）；工作電流≤35mA。（3）當系統要在其他巷道延伸使用時，只需在延伸處放置一通話電話就可以完全進行語音通訊，不影響整套設備的運行使用。

2.7 閉鎖功能

2.7.1 軟件閉鎖：按下組合擴音電話或組合急停閉鎖開關上的閉鎖按鈕，可以實現與該沿線閉鎖連鎖的設備閉鎖停機，且在閉鎖解除之前不允許其再次啟動。（如圖2所示）

圖2 電話閉鎖接線圖

2.7.2 強制閉鎖：在任何情況和任何地點，通過按下沿線的急停按鈕（機械閉鎖）可實現緊急停機，所有被控設備立即停車，以保證人身和設備的安全，閉鎖按鈕任何時候都必須能可靠閉鎖設備，使其不能啟動。endprint

2.8 分布式控制

在系統中可串接智能輸入輸出，它本身帶有4-12路輸入和輸出。輸出為開關量，可分別單獨設定成與閉鎖聯鎖或與閉鎖不聯鎖；輸入可接入開關量或模擬量。有了它，只需要一條七芯多屏蔽礦用井下電纜的工作面走向實現控制、通話以及數據通訊，不需從控制器另外布線，就可實現數據遠程采集和遠程控制。

2.9 源信號輸出/輸入

基本型：控制器輸出20路（開關量）；輸入最多48路（開關量/模擬量可選）。

擴展型：串接智能輸出/輸入后，最多擴展輸出140路（開關量）；輸入168路（開關量/模擬量可選）。

2.10 停電后的通話

電話帶有電池，停電后可正常通話，通話時間大于24小時。電池充電電流：15～35mA；電池容量：500mAh。

2.11 電纜及接插件

在系統中，采用了七芯雙屏蔽雙護套強拉力阻燃電纜，接插件采用專利技術并鍍金處理，接插件外殼為精鑄不銹鋼，插頭、插座采用“U”型銷（防護等級IP67）快速連接。

3 系統方案配置

3.1 工作面的基本情況

大屯公司7709工作面長度為250米，工作面移動變電站及破碎機、轉載機、前后部運輸機的電機開關均安裝在溜尾的方向，工作面的各被控設備為：破碎機、轉載機、前后部運輸機和泵站（最多至10臺）。

3.2 工作面配置說明

根據以上要求，做以下配置：（1）主控制器一臺，安裝于工作面開關車移動變電站附近，用于工作面各被控設備的控制、顯示等。（2）礦用隔爆兼本安電源箱一臺，用于工作面的主控制器系統供電。（3）從工作面的型主控制器開始，從CS1沿線連出一條200米長的MHYBV-7-1-X30型帶插頭七芯屏蔽阻燃拉力電纜（以下簡稱七芯電纜），電纜另一端接一臺帶閉鎖擴音電話（此擴音電話安裝在泵站），從該電話向下再接一條100米帶插頭七芯電纜，直到溜尾。（4）在溜尾安裝一臺多功能電話，其上有2個按鈕，可分別用于工作面的喊話與打點預警功能。（5）從溜尾多功能電話開始，在250米的工作面沿線中，每隔15米（十架）安裝一臺帶閉鎖電話，電話之間用25米的MHYBV-7-1-X25拉力電纜連接（每架余量一米），直到溜頭。（6）在溜頭，安裝一臺多功能電話，同樣實現總停及前、后部運輸機的單停。（7）在轉載機頭附近安裝一臺多功能電話，可實現總停及破碎機、轉載機的單停。（8）在轉載機頭的多功能電話后插上1件多功能終端實現沿線信號的終端檢測與對控制臺檢測信號返回應答。

3.3 系統配置圖

根據以上要求，下面給出一個系統用于工作面及皮帶沿線的配置圖。（如圖3所示）

圖3 配置圖

4 結束語

文章研究的基于采煤工作面設備集中控制系統經過在煤礦生產中的實際應用表明：（1）采用分布式控制系統結構，信息共享，結構合理，提高設備運行效率和生產率，達到減人提效的目的。（2）操作便捷，維護簡單；維修人員能從系統了解到盡可能多的故障提示，從而提高故障排查速度。

參考文獻

[1]使用說明書.天津華寧KTC101通訊、控制一體化系統使用說明書[S].

[2]黃曾華，苗建軍.綜采工作面設備集中控制技術的應用研究[J].煤炭科學技術，2013，41（11）：14-21.

[3]孫永才，吳永祥.基于ARM和工業以太網的變電所監控系統設計[J].煤礦機械，2010，31（2）：23-25.

[4]張翠云，王福中.基于RS-485總線的煤礦井下供電遠程監控系統[J].礦山機械，2007，35（5）：120-121.

作者簡介：魏洋（1988-），男，漢族，陜西西安人，任職于中煤上海大屯能源股份有限公司，從事設備技術管理工作。endprint

2.8 分布式控制

在系統中可串接智能輸入輸出，它本身帶有4-12路輸入和輸出。輸出為開關量，可分別單獨設定成與閉鎖聯鎖或與閉鎖不聯鎖；輸入可接入開關量或模擬量。有了它，只需要一條七芯多屏蔽礦用井下電纜的工作面走向實現控制、通話以及數據通訊，不需從控制器另外布線，就可實現數據遠程采集和遠程控制。

2.9 源信號輸出/輸入

基本型：控制器輸出20路（開關量）；輸入最多48路（開關量/模擬量可選）。

擴展型：串接智能輸出/輸入后，最多擴展輸出140路（開關量）；輸入168路（開關量/模擬量可選）。

2.10 停電后的通話

電話帶有電池，停電后可正常通話，通話時間大于24小時。電池充電電流：15～35mA；電池容量：500mAh。

2.11 電纜及接插件

在系統中，采用了七芯雙屏蔽雙護套強拉力阻燃電纜，接插件采用專利技術并鍍金處理，接插件外殼為精鑄不銹鋼，插頭、插座采用“U”型銷（防護等級IP67）快速連接。

3 系統方案配置

3.1 工作面的基本情況

大屯公司7709工作面長度為250米，工作面移動變電站及破碎機、轉載機、前后部運輸機的電機開關均安裝在溜尾的方向，工作面的各被控設備為：破碎機、轉載機、前后部運輸機和泵站（最多至10臺）。

3.2 工作面配置說明

根據以上要求，做以下配置：（1）主控制器一臺，安裝于工作面開關車移動變電站附近，用于工作面各被控設備的控制、顯示等。（2）礦用隔爆兼本安電源箱一臺，用于工作面的主控制器系統供電。（3）從工作面的型主控制器開始，從CS1沿線連出一條200米長的MHYBV-7-1-X30型帶插頭七芯屏蔽阻燃拉力電纜（以下簡稱七芯電纜），電纜另一端接一臺帶閉鎖擴音電話（此擴音電話安裝在泵站），從該電話向下再接一條100米帶插頭七芯電纜，直到溜尾。（4）在溜尾安裝一臺多功能電話，其上有2個按鈕，可分別用于工作面的喊話與打點預警功能。（5）從溜尾多功能電話開始，在250米的工作面沿線中，每隔15米（十架）安裝一臺帶閉鎖電話，電話之間用25米的MHYBV-7-1-X25拉力電纜連接（每架余量一米），直到溜頭。（6）在溜頭，安裝一臺多功能電話，同樣實現總停及前、后部運輸機的單停。（7）在轉載機頭附近安裝一臺多功能電話，可實現總停及破碎機、轉載機的單停。（8）在轉載機頭的多功能電話后插上1件多功能終端實現沿線信號的終端檢測與對控制臺檢測信號返回應答。

3.3 系統配置圖

根據以上要求，下面給出一個系統用于工作面及皮帶沿線的配置圖。（如圖3所示）

圖3 配置圖

4 結束語

文章研究的基于采煤工作面設備集中控制系統經過在煤礦生產中的實際應用表明：（1）采用分布式控制系統結構，信息共享，結構合理，提高設備運行效率和生產率，達到減人提效的目的。（2）操作便捷，維護簡單；維修人員能從系統了解到盡可能多的故障提示，從而提高故障排查速度。

參考文獻

[1]使用說明書.天津華寧KTC101通訊、控制一體化系統使用說明書[S].

[2]黃曾華，苗建軍.綜采工作面設備集中控制技術的應用研究[J].煤炭科學技術，2013，41（11）：14-21.

[3]孫永才，吳永祥.基于ARM和工業以太網的變電所監控系統設計[J].煤礦機械，2010，31（2）：23-25.

[4]張翠云，王福中.基于RS-485總線的煤礦井下供電遠程監控系統[J].礦山機械，2007，35（5）：120-121.

作者簡介：魏洋（1988-），男，漢族，陜西西安人，任職于中煤上海大屯能源股份有限公司，從事設備技術管理工作。endprint

2.8 分布式控制

在系統中可串接智能輸入輸出，它本身帶有4-12路輸入和輸出。輸出為開關量，可分別單獨設定成與閉鎖聯鎖或與閉鎖不聯鎖；輸入可接入開關量或模擬量。有了它，只需要一條七芯多屏蔽礦用井下電纜的工作面走向實現控制、通話以及數據通訊，不需從控制器另外布線，就可實現數據遠程采集和遠程控制。

2.9 源信號輸出/輸入

基本型：控制器輸出20路（開關量）；輸入最多48路（開關量/模擬量可選）。

擴展型：串接智能輸出/輸入后，最多擴展輸出140路（開關量）；輸入168路（開關量/模擬量可選）。

2.10 停電后的通話

電話帶有電池，停電后可正常通話，通話時間大于24小時。電池充電電流：15～35mA；電池容量：500mAh。

2.11 電纜及接插件

在系統中，采用了七芯雙屏蔽雙護套強拉力阻燃電纜，接插件采用專利技術并鍍金處理，接插件外殼為精鑄不銹鋼，插頭、插座采用“U”型銷（防護等級IP67）快速連接。

3 系統方案配置

3.1 工作面的基本情況

大屯公司7709工作面長度為250米，工作面移動變電站及破碎機、轉載機、前后部運輸機的電機開關均安裝在溜尾的方向，工作面的各被控設備為：破碎機、轉載機、前后部運輸機和泵站（最多至10臺）。

3.2 工作面配置說明

根據以上要求，做以下配置：（1）主控制器一臺，安裝于工作面開關車移動變電站附近，用于工作面各被控設備的控制、顯示等。（2）礦用隔爆兼本安電源箱一臺，用于工作面的主控制器系統供電。（3）從工作面的型主控制器開始，從CS1沿線連出一條200米長的MHYBV-7-1-X30型帶插頭七芯屏蔽阻燃拉力電纜（以下簡稱七芯電纜），電纜另一端接一臺帶閉鎖擴音電話（此擴音電話安裝在泵站），從該電話向下再接一條100米帶插頭七芯電纜，直到溜尾。（4）在溜尾安裝一臺多功能電話，其上有2個按鈕，可分別用于工作面的喊話與打點預警功能。（5）從溜尾多功能電話開始，在250米的工作面沿線中，每隔15米（十架）安裝一臺帶閉鎖電話，電話之間用25米的MHYBV-7-1-X25拉力電纜連接（每架余量一米），直到溜頭。（6）在溜頭，安裝一臺多功能電話，同樣實現總停及前、后部運輸機的單停。（7）在轉載機頭附近安裝一臺多功能電話，可實現總停及破碎機、轉載機的單停。（8）在轉載機頭的多功能電話后插上1件多功能終端實現沿線信號的終端檢測與對控制臺檢測信號返回應答。

3.3 系統配置圖

根據以上要求，下面給出一個系統用于工作面及皮帶沿線的配置圖。（如圖3所示）

圖3 配置圖

4 結束語

文章研究的基于采煤工作面設備集中控制系統經過在煤礦生產中的實際應用表明：（1）采用分布式控制系統結構，信息共享，結構合理，提高設備運行效率和生產率，達到減人提效的目的。（2）操作便捷，維護簡單；維修人員能從系統了解到盡可能多的故障提示，從而提高故障排查速度。

參考文獻

[1]使用說明書.天津華寧KTC101通訊、控制一體化系統使用說明書[S].

[2]黃曾華，苗建軍.綜采工作面設備集中控制技術的應用研究[J].煤炭科學技術，2013，41（11）：14-21.

[3]孫永才，吳永祥.基于ARM和工業以太網的變電所監控系統設計[J].煤礦機械，2010，31（2）：23-25.

[4]張翠云，王福中.基于RS-485總線的煤礦井下供電遠程監控系統[J].礦山機械，2007，35（5）：120-121.

作者簡介：魏洋（1988-），男，漢族，陜西西安人，任職于中煤上海大屯能源股份有限公司，從事設備技術管理工作。endprint