綜采工作面集控系統的設計分析

張 朋

（王村煤業有限責任公司，山西 大同 037000）

引言

目前，我國生產了綜采設備及和設備相匹配的自動控制及監測系統，采煤使用的機械化設備幾乎完成了半自動化，然而，仍然需要人工來干預整個的協調控制，自動化水平比較低。在人工進行操作時不小心也許就會致使操作失誤，進而會導致井下發生嚴重的安全事故。在把綜采設備和監測功能及自動化系統三者相結合來進行調研分析以后，綜采工作面控制系統被研究出來，進而使自動化生產煤炭的水平及其安全性得到提高。

1 集中控制系統的結構

在目前這個階段，沒有聯系的控制平臺的各個綜采設備存在于很多的煤礦綜采工作面中，分散控制系統都是由人工和分散的控制平臺之間互相配合而形成。綜采工作面中整合之前的分散控制系統，構成集中控制系統，進而在集中控制系統中全部的設備之間的運轉工作參數互相交融，在該控制平臺可以對綜采工作面的全部設備實行統一管理。綜采工作面集中控制系統結構框圖如圖1 所示，從上到下把整套系統分成了三層：綜采設備層，由攝像頭、采煤機、帶式輸送機、液壓支架、轉載機和破碎機和刮板輸送機構成[1]；綜采設備的機載控制層，就設備存在于綜采設備層而言，以下系統就是機載控制系統，比如視頻系統、采煤機系統、帶式輸送機監控系統、三機監測系統與電液系統；順槽計算機控制系統，順槽服務器是本系統所在的位置，其作用是顯示與檢測綜采設備對數據的處理及狀態，由此會形成一套工藝流程比較齊全的生產工藝。TCP/IP的通訊方式被三層系統所使用，對機載控制器的網絡進行分配是交換機的主要功能。

圖1 綜采工作面集中控制系統結構框圖

2 集中控制系統的兩大類功能

控制功能與監測功能組成了綜采工作面集中控制系統的功能。

2.1 監測功能

完成控制功能的根本就是對每種綜采設備的運轉情況及信息進行監測。各個控制平臺收集著相對應的綜采設備的監測數據，并且彼此之間獨立，集中控制不利于實現。如：截割電流電壓、滾筒高度和采煤機所在位置等信息被采煤機控制系統所采集；電流、電機轉速、軸承溫度及溫度等信息被三機監控系統所采集；前面立柱與后面的立柱壓力、路程等信息被電液控制系統所采集；跑偏、打滑、及煤量等信息被帶式輸送機監控系統所采集；設備在運行時的畫面被井下的攝像頭所采集等[2]。順槽控制中心接收集中控制系統經過可靠性比較大通訊網絡的把上面說涉及的全部信息，有利于操作人員監測全部的綜采工作面。

2.2 控制功能

遠程控制與就地控制可以在綜采工作面集中控制系統中完成。依據煤礦操作規程的有關規定，確保工作人員在檢修時的生命安全，就需要檢修綜采的工作設備時不能進行遠程操作。所以，若只是對個別設備進行檢修時，機載控制器就要接收集中控制器交給的操作權限，此刻就地控制就是設備的主要控制方式。遠程控制包括全自動遠程控制、半自動遠程控制、手動遠程控制三部分，而且其是綜采工作面中的集中控制系統的主要功能。在綜采工作面中，手動遠程控制實際應用在擁有復雜性的煤層結構，動作斷斷續續的液壓支架與采煤機等比較適用，如攝像頭、采煤機、帶式輸送機、運輸機及液壓支架的每種基礎動作都能由手動遠程控制來完成。在遠程控制中，全自動遠程控制的根本即為半自動遠程控制，如系統綜合工作面的以下幾種工藝在規定的范圍中可以不間斷地自動作業如控制工藝、保護工藝、煤流工藝；半自動遠程控制包括視頻跟機、一鍵啟動、滾筒高度控制及采煤機調速和自動換向等功能。全自動遠程控制是根本無需人工干涉的控制方法，集中控制系統中將使用人工智能技術，但此技術仍未投入使用。

3 協同控制策略

完成協調和配合帶式輸送機、采煤機、轉載機、液壓支架、破碎機和刮板輸送機的工作是綜采工作面集中控制系統的主要內容，使自動化生產煤炭的水平得到提升。

1）綜采設備的閉鎖保護和一鍵啟停控制。“逆煤流啟動，順煤流停止”的完成，喊話方式被每個設備的操作人員相互配合使用。依據生產的規則章程，按采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機和帶式輸送機的順序來對完成集中控制系統的一鍵開啟，而且每開啟一個設備的時候就會有15 s的預警時間，在完成運行以后，在完成這一操作后，若系統證實沒有煤存在于運輸設備，就會和啟動相同順序停機，并準備再次啟動。

2）自動調節采煤機姿態。完成調節采煤機姿態采取的方式是對工藝段進行編號。就是操作人員會預先把工藝段設置在上位機上，對目前運行的方向和工作工藝段的判斷是以采煤機的位置信號為依據，繼而調節姿態的控制命令。

3）液壓支架及采煤機共同控制。具有復雜性的液壓支架及采煤機共同控制，推餾、同向幫護板回收、支護和反向支架移駕等構成了液壓支架跟機控制。液壓支架系統能夠準確推斷采煤機的具體位置依據的是紅外測距裝置，繼而采煤工藝及支架編號的推斷依據的是集中控制系統，相對應的支架接收動作命令。

4）視頻跟機控制。順槽視覺控制核心的延伸是視頻跟機系統，使得攝像頭的數據量減少，集中控制系統能夠及時的對攝像頭進行有選擇的開閉，其按照的是采煤機所在位置，并與帶有編號的攝像頭相聯合來完成視頻跟機控制功能。

5）三機載荷控制。預防刮板輸送機超過負荷，刮板輸送機的電流信號聯合采煤機的速度，能夠使采煤機的落煤量得到很好的控制。載荷控制能夠預防有堆煤現象出現在刮板輸送機中和輕載時間過長，使的刮板輸送機的運輸效率得到提高。

4 集中控制系統軟件架構

面向對象高級語言、匯編語言等被控軟件選擇和設計，可視組態軟件仍是流行最好的。西門子公司研制的視窗控制中心被綜采工作面集中控制系統所使用，本視窗控制中心的優勢是涵蓋比較全的性能、比較先進的技術，且其優點是開源，方便了在該系統過程值歸檔、綜采工作面機載控制器通信網絡、界面的設計等。參數設置、操作控制、報警記錄、實時曲線及實時監測組成了界面設置。TCP/IP 是上位機和機載設備控制器兩者之間通信的橋梁，可靠的集中控制是以可靠的通信為先決條件的。過程值歸檔就是正在運行的系統，數據庫內暫時記載著現場的所有的數據，系統把其數據處理之后就把其歸檔存在到數據庫中。圖2 為通信軟件架構成。

圖2 通信軟件架構圖

5 結語

綜采工作面集中控制系統依靠綜采設備機載控制系統層及其兩大功能來完成監測、就地控制及遠程控制綜采工作面設備的狀態。井下綜采工作面配合操作的方式是人員不用采取喊話方式，使綜采工作面的全自動化得到提高，使其更安全高效的采煤。