基于PLC的煤礦井下工作面運(yùn)輸控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計

任永力　王文杰　焦文錦

【摘 要】隨著“機(jī)械化換人，自動化減人”戰(zhàn)略的持續(xù)開展，煤礦工作面向無人、少人化方向發(fā)展，工作面設(shè)備控制也在向集中控制，遠(yuǎn)程控制，一鍵控制方向發(fā)展。本文結(jié)合煤礦技術(shù)人員所掌握的技術(shù)特點(diǎn)及黔金煤礦工作面運(yùn)輸系統(tǒng)集控的實際需要，研究了基于PLC的煤礦井下工作面運(yùn)輸控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)已在黔金煤礦實施，達(dá)到了減人提效的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】煤礦;工作面;PLC;自動化;運(yùn)輸控制

中圖分類號： TD744 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）15-0022-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.010

0 引言

近年來，各大煤礦企業(yè)均在不斷強(qiáng)調(diào)人才隊伍的建設(shè)，不斷加大人才引進(jìn)力度，大學(xué)生在企業(yè)人員占比逐年升高，技術(shù)人員素質(zhì)大幅提高，隨著機(jī)械化換人自動化減人戰(zhàn)略的持續(xù)開展，全國自動化程度較高的礦井，如河南能化、潞安集團(tuán)、平煤集團(tuán)、兗礦集團(tuán)、中煤集團(tuán)下屬各礦基本已經(jīng)進(jìn)行了工作面運(yùn)輸系統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)的建設(shè)，但采用的仍是單片機(jī)技術(shù)，預(yù)置工藝流程，處理能力差，允許接入的傳感器數(shù)量受到極大的限制，與其他系統(tǒng)之間的通訊為總線模式，不能根據(jù)后期實際需要進(jìn)行靈活調(diào)整，不利于煤礦綜合自動化平臺建設(shè)，阻礙智能礦山的建設(shè)。目前大學(xué)工科畢業(yè)生基本都掌握PLC編程技術(shù)、組態(tài)技術(shù)。隨著煤礦工人中大學(xué)生比例的增加，為適應(yīng)這一變化，提出了基于PLC加以太網(wǎng)傳輸?shù)拿旱V井下工作面運(yùn)輸控制系統(tǒng)，實現(xiàn)綜采工作面轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、順槽皮帶的集中控制?；赑LC的設(shè)計大幅提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性，降低了編程難度，兼顧了現(xiàn)場變頻設(shè)備的需求，能夠更好地滿足“機(jī)械化換人自動化減人”戰(zhàn)略需要，為煤礦安全高效生產(chǎn)、減人提效提供技術(shù)保障[1]。同時可以有效提高系統(tǒng)運(yùn)輸和生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由以下幾部分組成

1.1 地面集控中心

本部分主要由UPS電源，系統(tǒng)主機(jī)，上位機(jī)軟件，打印機(jī)，報警裝置組成，實現(xiàn)對工作面運(yùn)輸系統(tǒng)的在線監(jiān)測及控制，記錄設(shè)備的開停信息，顯示傳感器狀態(tài)，參數(shù)異常時能夠?qū)崿F(xiàn)語音報警，并根據(jù)報警信息的等級及類型自動下發(fā)系統(tǒng)控制指令，確保系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸

采取了工業(yè)現(xiàn)場總線/智能設(shè)備相結(jié)合的基于交換式工業(yè)以太網(wǎng)的煤礦工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)模型[2]，系統(tǒng)主控器與傳感器、智能設(shè)備及急停電話之間采用總線模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，主控機(jī)與地面主機(jī)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，主控器作為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，向上（與系統(tǒng)主機(jī)）利用煤礦的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)通訊，向下（與現(xiàn)場設(shè)備）實現(xiàn)沿線急停電話、智能設(shè)備、傳感器、采集終端之間的總線通訊[3]，終端負(fù)責(zé)采集終端電壓及沿線設(shè)備臺數(shù)、位置，并傳送給主控器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3 現(xiàn)場采集控制單元

工作運(yùn)輸控制系統(tǒng)現(xiàn)場主要由主控器，智能設(shè)備，急停電話，采集終端，顯示屏等組成，對于設(shè)備列車上的設(shè)備，傳感器采集到信號后直接傳遞給主控器，對于現(xiàn)場分散的其他設(shè)備，傳感器采集到信號后就近傳遞給附近的智能設(shè)備，由智能設(shè)備傳遞給主控器，同時主控器監(jiān)視沿線急停電話的急停開關(guān)是否被按下，采集沿線急停電話內(nèi)的線纜狀況模塊信息。

主控器作為系統(tǒng)井下控制部分的核心，完成現(xiàn)場信息與地面主機(jī)之間的信息交互傳遞，同時將信息同步給現(xiàn)場的顯示屏，實現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀況在井下現(xiàn)場的信息發(fā)布。主控器具備無主機(jī)工作功能，當(dāng)主控器采集到需要停車的信號時，主動發(fā)出停車命令，同時將停車原因發(fā)送給地面集控中心，同時當(dāng)與地面主機(jī)失去聯(lián)系后，系統(tǒng)能夠自動切換到就地模式，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

1.4 語音預(yù)警功能

語音預(yù)警包括地面主機(jī)預(yù)警及工作面現(xiàn)場實施語音報警兩個方面。地面主機(jī)能夠利用音箱全面實時地對故障、報警信息等必要的進(jìn)行及時的語音播報并將報警需求傳遞到主控器，由主控器控制井下急停電話進(jìn)行沿線預(yù)警，當(dāng)井下設(shè)備啟動和停車前均會將即將執(zhí)行的指令進(jìn)行兩次語音播報，確保工人及時遠(yuǎn)離設(shè)備，確保安全生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)控制方式

系統(tǒng)具有四種控制方式：點(diǎn)動控制、檢修控制、就地集控、遠(yuǎn)程集控。

2.1 點(diǎn)動控制

采取點(diǎn)動控制時，設(shè)備之間有連鎖關(guān)系，當(dāng)前級設(shè)備未啟動時，后級設(shè)備的操作指令無效，此時傳感器參與設(shè)備的控制。

2.2 檢修控制

采取檢修控制模式時，設(shè)備之間無連鎖關(guān)系，此時設(shè)備可以自由啟停，同時對于多電機(jī)的設(shè)備，還可以控制單電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時傳感器不參與控制，以滿足現(xiàn)場檢修的實際需要。

2.3 就地集控

采取就地集控模式時，設(shè)備之間有連鎖關(guān)系，且執(zhí)行流程模式，只需要按下相應(yīng)的按鈕，則可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的流程控制，傳感器報警時，系統(tǒng)能夠自動流程停車。

2.4 遠(yuǎn)程集控

采取遠(yuǎn)程集控模式時，設(shè)備之間有連鎖關(guān)系，且執(zhí)行流程模式，只需要在地面系統(tǒng)主機(jī)上電機(jī)功能鍵，此時會彈出確認(rèn)畫面，點(diǎn)擊確認(rèn)后，現(xiàn)場設(shè)備自動流程啟停，傳感器報警時，系統(tǒng)能夠自動流程停車。當(dāng)主控機(jī)發(fā)現(xiàn)與系統(tǒng)主機(jī)通訊中斷時，系統(tǒng)自動切換為就地模式，由主控器控制系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行。

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)實現(xiàn)了工作運(yùn)輸系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、順槽皮帶的集中控制，邏輯控制，具體功能如下：

4 結(jié)語

基于PLC的煤礦井下工作面運(yùn)輸控制系統(tǒng)已在黔金煤礦實施應(yīng)用，轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、順槽皮帶的就地及地面集中控制，系統(tǒng)預(yù)留了綜合自動化平臺接入接口。區(qū)隊技術(shù)人員能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求靈活調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場實際增加或減少參控設(shè)備。系統(tǒng)投運(yùn)后，提高了工作面生產(chǎn)運(yùn)輸連續(xù)性，達(dá)到了工作面運(yùn)輸系統(tǒng)高效運(yùn)行的的目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王國法，李占平，張金虎.互聯(lián)網(wǎng)+大采高工作面智能化升級關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016.

[2]李世銀，錢建生，孫彥景，李鵬.煤礦工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型研究及應(yīng)用[J].華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007.

[3]張妍.煤礦井下綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011.