錦界煤礦綜采工作面集控系統的研究與應用

呼鵬舉 馬 鑫

(神華神東煤炭集團錦界煤礦)

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錦界煤礦綜采工作面集控系統的研究與應用

呼鵬舉 馬 鑫

(神華神東煤炭集團錦界煤礦)

近年來盡管煤礦井下綜采工作面自動化程度得到了大幅提高，但多套設備操作頻繁，在某種程度上增加了相關操作人員的工作量，因而有必要設計出一套自動化綜采工作面機電設備集中控制系統，將綜采工作面的多個系統進行集中控制、集中監測，確保綜采工作面生產系統的安全可靠運行，并提高綜采工作面的生產效率、降低工作人員的勞動強度。以錦界煤礦31111綜采工作面為例，分別對該工作面集控系統的各子系統(工作面控制子系統、泵站控制子系統、供電及無線通信子系統、視頻監控子系統、數據存儲系統)功能進行了詳細分析，并對該系統的硬件組成、設計原理進行了討論，對于類似礦山有一定的參考價值。

綜采工作面 集中控制系統 系統設計

實現綜采工作面機電設備的集中控制，可大幅度提高礦井供電安全以及機電設備管理效率，確保礦井高產高效[1-2]。現階段，煤炭行業進入產能過剩、市場疲軟和轉型發展新時期，面對生產成本管控的壓力，同時為進一步提高綜采工作面自動化水平，錦界煤礦對31111綜采工作面采煤機、液壓支架、刮板運輸機、破碎機、液壓泵站、噴霧泵以及供電系統進行改造，實現集中控制，達到了減員增效的目的。本研究對該礦31111綜采工作面集控系統的各子系統功能進行分析，并對系統的硬件組成及設計原理進行探討。

1 31111綜采工作面集控系統

錦界煤礦31111工作面集控系統實現了從綜采工作面底層設備的集成控制、集成操作及集中數據記錄。集控主機負責現場控制，計算機負責現場運行狀態顯示，分站用于現場、數據采集與控制。

1.1 工作面控制子系統

工作面控制子系統功能包括：①破碎機、運輸機、轉載機、閉鎖裝置的集中控制；②通過對采煤機電控系統的改造，并在工作面加裝無線通訊模塊，進而實現在集中控制臺對采煤機進行遠程無線控制；③液壓支架遠程監控；④工作面語音通信、視頻監控；⑤多系統間數據共享和功能挖掘；⑥刮板運輸機自動調速；⑦采煤機與液壓支架聯動控制，實現自動化割煤。

1.2 泵站控制系統

通過集控系統的改造，實現了對現有卡瑪特泵站和雷波泵站的傳感器級控制，通過對乳化液泵運行狀態、油溫、水壓、液位、出液總管壓力等數據的實時監測，實現泵站運行時間均衡控制，均勻磨損。通過壓力反饋信號實現乳化泵的自動卸載、加載，變頻泵站的自動調速，泵站的工作面內閉鎖，爆管檢測和故障泵站的自動投切(圖1)。

圖1 泵站控制子系統

1.3 供電及無線通信系統

供電及無線通信系統實現了主控制器與各類開關的通信，實現移變、組合開關電壓、電流、運行狀態等實時數據在線監測，歷史故障數據存儲，組合開關遠程設置，設備遙控分合閘、故障復位。31111綜采工作面安裝7臺、順槽安裝4臺無線通訊綜合分站，采用無線綜合分站內部組網方式實現工作面及順槽控制信號的全覆蓋，無線通訊分站之間采用標準插口，安裝方便快捷。

1.4 視頻監控子系統

在刮板運輸機機頭、機尾處以及采煤機左右搖臂處各安裝一套視頻監控子系統，對刮板運輸機、煤機搖臂進行實時監控，液壓支架安裝攝像頭對采煤機進行實時視頻跟蹤，實現綜采工作面視頻全覆蓋。實時監控數據經綜合分站傳輸至控制臺集控主機。

1.5 數據存儲子系統

數據存儲子系統可存儲3個月的設備歷史運行數據及控制器操作記錄，高速存儲關鍵信息，動態曲線顯示各系統實時運行電流、溫度等數據，同時還具有強大的故障查找功能。

2 集控系統設計

2.1 硬件組成

31111綜采工作面集控系統是由 KXH18(H)礦用本安型可編程控制器、KJD127(B)礦用隔爆兼本安型計算機組成，在泵站系統、運輸機、破碎機等設備上安裝KXH18(G)礦用本安型模塊化控制器，同時配套安裝DXJ127/18 礦用隔爆兼本安型直流電源、KTK16(D) 礦用本安型急停擴播電話、KHJ16 礦用本安型急停閉鎖、KZC127 礦用隔爆兼本安型信號轉換器。轉載機、破碎機、刮板運輸機(三機)控制遙控器，泵站系統、供電系統遠程操控器、煤機控制器均采用FYF35 礦用本安型遙控發射機。

2.2 系統設計原理

31111綜采工作面采用德國倍福(Beckhoff)PLC進行集中控制，控制箱內的集控主機集成了CAN、I2C、Modbus等3個現場總線，集中控制器與工作面各控制模塊采用低速CAN總線連接，三機冷卻分站進行通信，三機傳感器就近接入分站，分站通過數據轉換和通信將數據傳輸至集控主機，與控制臺操作部分采用高速CAN總線，與顯示模塊之間采用I2C總線進行集中顯示，同時以太網連接1臺防爆電腦集中顯示組態畫面(圖2)。三機的傳感器就近接入KXH18(G)控制分站，采集三機運行數據，冷卻狀況以及返回信號，經數據轉換將數據傳輸至集控主機。集中控制器與液壓泵站控制分站進行通信，分站負責泵站傳感器數據的上傳以及電磁閥的控制。集中控制器與組合開關進行通信，控制組合開關的啟停。集中控制器與工作面無線接收站進行通信，無線接收站接收無線遙控器的信號和采煤機的無線信號，并通過總線上傳至主機。集控主機與控制計算機之間采用以太網進行通信，計算機顯示集控主機的運行狀態及參數配置。視頻計算機與攝像機進行通信，用于顯示工作面的視頻信息。

圖2 集控主機控制系統

2.3 集中控制系統流程

設備啟動的集中控制方式有遠控、遙控、就地3種，按照生產開機流程實現三機、泵站一鍵起停(圖3、圖4)。

圖3 開機初始化流程

3 結 語

錦界煤礦31111綜采工作面基于底層的集控系統架構簡單，控制層架構少，采用雙總線通信，可靠性高，實時性好。各集控子系統互相監控，獨立控制，不互相影響，降低了操作風險。除了本安電源外，所有設備均采用接插連接，減少了復雜的設備接線，方便快捷，便于檢修。乳化液泵根據壓力反饋進行變頻調速，可在保證工作面恒壓恒流供液的同時，節約用電量30%以上。友好的人機界面為工作人員提供了便捷的操作平臺。通過對該礦31111綜采工作面集控系統的各子系統功能及系統設計原理的分析，對于類似礦山有一定的借鑒價值。

[1] 楊濟溶.基于無線傳感器的煤礦安全監控系統研究[J].現代礦業，2016(4)：200-201.

[2] 孟 軍.基于ZigBee的煤礦主通風機監控系統設計[J].現代礦業，2015(8)：206-207.

2016-06-14)

呼鵬舉(1987—)，男，碩士，719300 陜西省榆林市神木縣政法路三排8號。