電牽引采煤機網絡遠程監控控制系統

牛文斌，王明勇

潞安集團潞寧煤業公司，山西 長治 046032

0 引言

采煤機遠程通訊和工作面集中控制技術是現代化礦井的標志，它包括工作面設備，主要是采煤機的運行參數與地面控制中心的數據傳輸、運行狀態和位置的監控，地面控制中心對井下設備工作運行的操作控制，也就是實現無人工作面的最終目的。

1 國內外采煤機遠程控制系統的概況、水平和發展趨勢

美國JOY、德國Eickhoff采煤機都實現了數據遠程傳輸、集中監控和分集中控制，采煤機通過供電電纜的控制芯線或先導芯線與順槽集中控制站連接。順槽集中控制站包括負荷中心、調制解調器、微機MICOS、顯示器、鍵盤和接口。順槽集中控制站與采煤機、液壓支架控制系統、工作面輸送機、轉載機相連，通過中繼站可與大于5km的地面數據轉換器連接，后者把信號傳給礦井地面站。

國內電牽引采煤機遠程監控控制系統的發展階段僅限于數據傳輸的功能，MGTY/700-1.1WD系列采煤機控制系統都具有數據上傳監測功能，但是上傳數據量較小，信號通過動力電纜傳輸干擾大，就礦上的監測監控、集中控制要求還有一定的差距。

2 系統構成

考慮到設備系統和智能型采煤機的配套和兼容性，與上位機集中監控系統控制精度、數據準確性、及其它主機性能指標，總體設計思想為：基于MODBUSRTU通信技術，順槽主機監測控制方式，對被控對象給定操作權限，實現身份智能識別。同時基于優化控制技術，尋求設備效率的最大化，并通過算機圖形技術，建立良好的人機環境。包括上位機、下位機、可靠的位置感器、油缸行程傳感器、執行機構及機械部分，其中：

硬件組成由MITSUBISHI FX2N-32MR可編程邏輯控制器、OMRON NS10系列工業控制PC、多路通信隔離轉換帶模擬量開關量采集電路、直流開關電源模塊、操作執行元件等組成；執行機構由高強度自復位式專用按鈕組成；機械結構為礦用隔爆型箱體結構。

3 網路拓撲結構

圖1 系統網絡拓撲結構

系統的網絡拓撲結構如圖1所示，采煤機與遠程監測控制系統之間通過MODBUS RS485連接，在遠程監測控制系統為采煤機的上位機，可對采煤機的運行狀態等數據讀取，也可以向采煤機的控制系統寫入數據，完成對采煤機的遠程監測控制功能，同時將遠程監控系統的RS485信號轉換成TCP/IP進入礦井環網交換機，工作面集成主機和地面集成主機都可以對工作面采煤機監測控制。甚至通過Internet網絡發布，這樣就能在世界任何地點都能實時監控煤礦生產運行情況。這就真正實現了采煤機的遠程監測控制。

基于ModbusRTU和Web的通信機制Modbus是一種開放式的通訊協議，通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網，RS485網絡)和其它設備之間可以通信，可以連成工業網絡，進行集中監控。ModbusRTU協議采用主／從查詢式的機制并采用CRC校驗算法，校驗發送和接收數據，可以保證數據傳輸的正確性。為了使現場總線網、外部互聯網充分擬合，發揮網絡智能監控，引入了Web技術，通過Web瀏覽器以操作方式實現對電氣設備的遠程診斷和監視，進一步提高設備自動化水平和維護管理水平。結合該兩種通信機制，設計了采煤機遠程監控系統。

采煤機數據流向如圖2所示，下圖中定義主控模塊將主機從采煤機的數據讀入，并送入PLC中的數據寄存器單元內，同時將工作面集控系統或地面疾控系統傳來的數據放入PLC對應的單元內，對采煤機進行遠程控制。

圖2 采煤機數據流向

4 上位機遠程監控集中控制

如圖3是漳村煤礦2303和3103自動化工作面集控系統采煤機監測控制界面，界面中利用圖文、圖表可全面的監控采煤機的運行狀態，界面中間綠色箭頭代表采煤機運行方向，框內是采煤機實時速度，工作面傾角和走向傾角，棒狀圖形顯示電機的溫度和電流，綠色時為正常范圍，超過范圍以紅色報警顯示，同時采煤機故障狀態里面記錄故障內容，中間采煤機圖形形象的現實采煤機滾筒的高度和煤機在工作面的位置，最下方是采煤機遠程控制按鈕，用戶輸入登錄權限密碼后可遠程操作采煤機。

圖3 遠程監控系統界面

5 結論

該系統大大的提高采煤的工作效率；在工作面生產過程中，滿足本工作面設備安裝和生產要求；保證實時監測數據傳輸的可靠性和遠程控制的安全性，滿足自動化要求；齊全的保護功能提高了設備的使用壽命，減少了故障排除處理時間。對礦井數字化礦山的建設具有一定的推動作用，實現了管理信息化、設備控制自動化、綜合機械化的目標，將徹底打破我國傳統煤礦自動化、信息化水平較低的局面，改變我國傳統煤炭行業的安全生產方式和管理手段，以實現管理信息化、安全生產信息化，全面實現數字化礦山的建設，填補國內綜合自動化與信息化同步建設的空白，成為我國煤炭企業現代化礦井的開發與應用示范工程，走出了一條我國煤礦生產新型工業化產業化道路。

[1]邵云濤，郭芳瑞.基于ModbusRTU和Web的采煤機遠程監控系統[J].煤礦機電，2008.

[2]關彬，張翼.采煤機遠程監控系統及綜采面數據上傳的實現[J].科技廣場，2007(3).

[3]龔仲華.三菱FX系列PLC應用技術[M].人民郵電出版社，2010.

[4]劉軍，王忠賓，?？?，朱雯川.采煤機遠程監控系統關鍵技術研究[J].煤炭科學技術，2010(6).

[5]李劍峰.新型電牽引采煤機監測監控與故障診斷系統[J].機械與電子，2009(1).

[6]李勝.采煤機監控系統的現狀及組成原理研究[J].科技資訊，2009(12).

[7]倪文峰，王忠賓，李舒斌，王磊磊，孟凡旺.基于虛擬機的采煤機遠程監控平臺關鍵技術.

[8]李軍利，盧喜山，徐向東，廉自生.采煤機遠程監測與故障診斷系統研究[J].煤礦機械，2007(5).