遠程監(jiān)控技術(shù)在礦井絞車監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究

李 杰

（陽泉煤業(yè)集團七元煤業(yè)有限責任公司，山西 壽陽 045400）

引言

煤礦運輸系統(tǒng)為綜采工作面關(guān)鍵系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運行效率和安全性間接決定煤礦的生產(chǎn)能力。目前，煤礦的主要運輸設(shè)備包括有帶式輸送機、刮板輸送機、絞車等。絞車作為綜采工作面必不可少的運輸設(shè)備，其屬于機電控制系統(tǒng)，主要負責對材料、設(shè)備以及煤炭的運輸，常應用于綜采工作面運輸距離較長、傾角較大以及坡度起伏較為明顯的礦井[1]。為監(jiān)控掌握礦井絞車的實時工況，需為其配置監(jiān)控系統(tǒng)，考慮到綜采工作面相對惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，實現(xiàn)礦井絞車的遠程監(jiān)控對于保證礦井的安全、高效運輸具有重要意義。

1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

本文所研究礦井的絞車的具體類型為無極繩絞車，無極繩絞車在礦井工作面的布置情況如圖1 所示。

圖1 無極繩絞車在工作面的布置情況

無極繩絞車采用鋼絲繩循環(huán)往復進行控制，其驅(qū)動源為電動機，通過減速器和變速箱實現(xiàn)對傳輸速度的調(diào)節(jié)控制。一般情況下，無極繩絞車主要應用于煤礦綜采工作面的順槽、回風巷、水平巷道等，該運輸設(shè)備在運輸距離較長、運輸量較大的工作面能夠更加充分地發(fā)揮其優(yōu)勢。無極繩絞車主要由絞車、運輸系統(tǒng)的張緊裝置、梭車、尾輪、鋼絲繩的壓繩輪組以及相對應的電控系統(tǒng)組成。為保證無極繩絞車在工作面運輸?shù)陌踩院瓦\輸效率，結(jié)合無極繩絞車實際生產(chǎn)需求要求無極繩絞車監(jiān)控系統(tǒng)具備對設(shè)備運行工況的實時監(jiān)控畫面的顯示、可對所牽引車輛的實時位置進行定位和組態(tài)監(jiān)控功能[2]。本遠程監(jiān)控系統(tǒng)可保證無極繩絞車的生產(chǎn)效率、保證操作人員的安全，為保證后期數(shù)字化礦山建設(shè)奠定基礎(chǔ)。結(jié)合無極繩絞車的運輸要求，設(shè)計如圖2 所示的無極繩絞車遠程監(jiān)控的總體設(shè)計方案。

圖2 無極繩絞車遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

如圖2 所示，無極繩絞車遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括有地面網(wǎng)和井下網(wǎng)。其中，井下網(wǎng)主要基于無線視頻監(jiān)控、紅外射頻車輛定位和PLC 控制技術(shù)對無極繩絞車運行工況的監(jiān)測和控制；地面網(wǎng)主要是設(shè)計無極繩絞車遠程監(jiān)控的服務(wù)器和調(diào)度中心。地面網(wǎng)絡(luò)和井下網(wǎng)絡(luò)之間的通信均基于千兆工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)[3]。

2 無線視頻監(jiān)控技術(shù)在絞車遠程監(jiān)控中的應用

無線視頻監(jiān)控的核心在于為無極繩絞車配置兩臺本安型防爆攝像頭，攝像頭具體安裝位置為絞車牽引梭車的前后兩端。此外，為保證視頻信號的質(zhì)量和傳輸穩(wěn)定性，為無線視頻監(jiān)控配置了必須的照明射燈、移動電源箱和無線信號的發(fā)射設(shè)備。無線視頻監(jiān)控功能實現(xiàn)的原理如圖3 所示。

圖3 無線視頻監(jiān)控功能實現(xiàn)原理圖

基于無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)可對絞車的實時運行工況的信息進行實時監(jiān)測，并對可能出現(xiàn)的事故和異常狀況進行提前報警，保證絞車在工作面運行的安全性，避免人員傷亡和經(jīng)濟的損失。具體實現(xiàn)路徑如下：絞車牽引梭車前后兩端所安裝的防爆攝像頭對絞車牽引車沿途的信息進行錄制，通過無線發(fā)射裝置基于巷道內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)間所錄制的信息傳送至上位機操作臺；在對信息判斷的基礎(chǔ)上得出相應的指令，主要是根據(jù)異常情況發(fā)出聲光報警，及時控制絞車進行制動或避讓操作[4]。

無線視頻監(jiān)控功能配置的主要設(shè)備及對應的參數(shù)如表1 所示。

表1 無線視頻監(jiān)控配置的主要設(shè)備及參數(shù)

3 車輛定位技術(shù)在絞車遠程監(jiān)控中的應用

采用射頻識別技術(shù)可以實現(xiàn)絞車的車輛定位功能。

1）射頻識別技術(shù)無需接觸和人工干預即可實現(xiàn)識別功能；

2）射頻識別技術(shù)可在環(huán)境惡劣的環(huán)境下運行，具有較強的適用能力和抗干擾性；

3）射頻識別技術(shù)功能的實現(xiàn)無需光源的實現(xiàn)也可進行；

4）基于射頻識別技術(shù)可對待識別的目標進行準確識別和精準定位。

基于射頻識別技術(shù)的車輛定位功能的實現(xiàn)原理如圖4 所示。

如圖4 所示，在無極繩絞車牽引的每臺車輛上安裝特定的射頻電子標簽，該電子標簽包含有車輛的信息；當某臺車輛經(jīng)過射頻閱讀器時，射頻閱讀器會對射頻電子標簽的信息進行采集；與此同時，將所采集到信息通過RS485 總線傳輸至上位機，從而掌握了無極繩絞車牽引車輛的具體位置和運行方向，并將該信息實時顯示于上位機界面。

圖4 基于射頻識別的車輛定位功能的實現(xiàn)原理圖

4 PLC 控制技術(shù)在絞車遠程監(jiān)控中的應用

PLC 控制器為根據(jù)上位機所獲取的絞車的運行工況和設(shè)定控制目標進行判斷后得出相應控制指令的主要設(shè)備。結(jié)合無極繩絞車安全、高效、穩(wěn)定的運行需求，PLC 控制系統(tǒng)除了對上述車輛定位和視頻遠程監(jiān)控信息的采集外，還需對絞車電機啟停信號、過卷保護信號、電機溫度、電機電壓、電機電流、制動系統(tǒng)的油壓油溫以及變頻調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)等信號的采集。結(jié)合上述參數(shù)信息實現(xiàn)對無極繩絞車電機的啟?？刂?、變頻調(diào)速的控制等[5]。

結(jié)合礦井相對惡劣的生產(chǎn)環(huán)境和PLC 控制器相關(guān)產(chǎn)品的性能，針對無極繩絞車的遠程控制采用S7-200系列PLC 控制器為核心控制器。結(jié)合無極繩絞車的控制需求，設(shè)計如圖5 所示的絞車控制流程圖。

如圖5 所示，無極繩絞車在實際運行之前需對現(xiàn)場的多項參數(shù)進行檢查，包括巷道內(nèi)人員的數(shù)量和所運輸物料的重量；然后，對無極繩絞車鋼絲繩、掛鉤以及保險繩等保護機構(gòu)進行檢查；其次，對無極繩絞車關(guān)鍵機械構(gòu)件和電控系統(tǒng)進行檢查，保證其可以穩(wěn)定運行；最后，對無極繩絞車的各種信號控制燈的靈敏性、可靠性和暢通性進行檢查。

圖5 無極繩絞車控制流程圖

5 結(jié)語

無極繩絞車作為煤礦綜采工作面必不可少的運輸設(shè)備之一，其運輸效率、安全性和可靠性間接決定煤礦的生產(chǎn)能力。為保證無極繩絞車的安全、高效運行，為其配置遠程監(jiān)控系統(tǒng)實時掌握絞車的運行工況和突發(fā)情況，及時對絞車進行合理控制是非常有必要的。因此，將無線視頻監(jiān)控、射頻識別技術(shù)和PLC 控制技術(shù)應用于絞車遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，對改進或提升絞車的運行效率具有重要意義。