煤礦綜采工作面集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

王新軍，黃金福，余佳鑫

（廣州日濱科技發(fā)展有限公司，廣東廣州 510660）

0 引言

在最近幾年，煤礦綜采工作面各生產(chǎn)設(shè)備逐漸提高其自動化水平，然而各個設(shè)備之間缺少聯(lián)合動作，處于分割獨立的狀況。因此形成一套集檢測、控制、通訊于一體的綜采工作面集中監(jiān)控系統(tǒng)尤為必要，將多種技術(shù)（如自動控制、以太網(wǎng)、通信等）應(yīng)用于綜采工作面，實現(xiàn)在工作面順槽監(jiān)控中心對綜采設(shè)備進(jìn)行集中自動化控制，確保各綜采設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運(yùn)行，將工人從工作面解放出來，實現(xiàn)工作面少人化，工作面生產(chǎn)過程智能化、管理信息化[1-2]。

1 系統(tǒng)組成

如圖1所示，該系統(tǒng)由地面集中監(jiān)控中心和井下集中監(jiān)控中心兩大部分組成，井下監(jiān)控中心擔(dān)負(fù)著收集工作面采煤機(jī)、液壓支架、組合開關(guān)、泵站等信息，進(jìn)行邏輯判斷、發(fā)布控制命令，并通過環(huán)網(wǎng)與井上監(jiān)控中心進(jìn)行信息交互，從而實井上遠(yuǎn)程監(jiān)控及井下集中控制的功能[3]。

2 硬件平臺建設(shè)

在井下集中監(jiān)控中心配備三臺防爆電腦和一臺防爆交換機(jī)，在地面集中監(jiān)控中心配一臺服務(wù)器和一臺監(jiān)控電腦，并采用RS485通訊方式把所有設(shè)備和井下集中監(jiān)控中心連接起來。在井下集中監(jiān)控中心里面，防爆電腦作為控制系統(tǒng)的操作界面，生產(chǎn)人員可以方便地實現(xiàn)工作面設(shè)備的啟停、速度調(diào)節(jié)等操作。每臺防爆電腦具有兩個RS485接口，每個接口連接一種設(shè)備。防爆電腦和各個設(shè)備之間的通信速度、通信協(xié)議可以根據(jù)實際情況調(diào)整。防爆交換機(jī)作為各路設(shè)備信息流通的橋梁，對信息進(jìn)行管理、分配，使數(shù)據(jù)及時達(dá)到。防爆電腦的數(shù)據(jù)通過防爆交換機(jī)進(jìn)行交互和上傳到地面集中監(jiān)控中心[4]。地面的服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)頁發(fā)布等功能，監(jiān)控電腦則用于顯示、監(jiān)控井下各個設(shè)備的參數(shù)或動作。

圖1 系統(tǒng)連接圖

3 數(shù)據(jù)采集

井下集中監(jiān)控中心的防爆電腦把各個設(shè)備多元、異構(gòu)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一為一種格式，實現(xiàn)井下集中監(jiān)控中心和地面集中監(jiān)控中心的集中管理、集中控制，并將不同設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給關(guān)聯(lián)設(shè)備[5]。

井下集中監(jiān)控中心對外提供RS485接口，使用通訊電纜（兩芯，雙絞帶屏蔽，線徑范圍8～12 mm）接入防爆電腦。采用Modbus-RTU通訊協(xié)議將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并將數(shù)據(jù)報文（包括采集數(shù)據(jù)點的名稱、數(shù)據(jù)點的寄存器地址、數(shù)據(jù)點的范圍、數(shù)據(jù)點的單位等）提供給井下集中監(jiān)控中心，由井下集中監(jiān)控中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)集成和上傳。

基于RS485的Modbus-RTU通信協(xié)議是當(dāng)今礦用智能設(shè)備之間相互通訊普遍采用的協(xié)議方式，采用這種協(xié)議便于不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備互聯(lián)，進(jìn)行集中監(jiān)控。為了確保防爆電腦和各個設(shè)備通信正常，要求設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換必須在規(guī)定的時間得到執(zhí)行。

4 軟件平臺設(shè)計

4.1 井下集中監(jiān)控中心軟件

井下需要實時采集各設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制采煤機(jī)、支架等主要生產(chǎn)設(shè)備的動作，因此井下防爆電腦的監(jiān)控軟件設(shè)計采用C/S架構(gòu)，具有響應(yīng)速度快、事務(wù)處理能力強(qiáng)的特點，且軟件交互界面操作方式靈活多樣，方便根據(jù)用戶要求進(jìn)行個性化定制。如圖2所示，每臺防爆電腦監(jiān)控兩臺設(shè)備，監(jiān)控界面采用自動切換或集中顯示方式。

4.2 地面集中監(jiān)控中心軟件

為適應(yīng)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的新需要，地面設(shè)備監(jiān)控軟件采用當(dāng)今流行的B/S架構(gòu)。與傳統(tǒng)的C/S系統(tǒng)相比，如圖3所示，整個軟件主要分為三大功能模塊：數(shù)據(jù)報表、業(yè)務(wù)功能和安全管理，具有界面友好、模塊清晰、操作簡單等優(yōu)點。

圖2 井下集中監(jiān)控中心

5 系統(tǒng)功能

5.1 設(shè)備監(jiān)測

集中監(jiān)控中心集成畫面參考各子系統(tǒng)廠商的畫面，主要包括組合開關(guān)界面、泵站系統(tǒng)界面、采煤機(jī)系統(tǒng)界面、三機(jī)監(jiān)控界面、液壓支架監(jiān)控界面等。實現(xiàn)對工作面設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、設(shè)備運(yùn)行工況信息、設(shè)備故障診斷信息的連續(xù)在線實時監(jiān)測。完成對工作面采煤機(jī)、組合開關(guān)、液壓支架電液控制系統(tǒng)、泵站子系統(tǒng)、三機(jī)子系統(tǒng)等信息的集中監(jiān)測、顯示、傳輸。將與生產(chǎn)管理有關(guān)的信息通過礦井環(huán)網(wǎng)實時地傳輸?shù)降孛嬷鳈C(jī)，并根據(jù)需要在地面進(jìn)行存儲、顯示和數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 地面集中監(jiān)控中心

5.2 遠(yuǎn)程控制

集中監(jiān)控中心建立起來后，通過地面集中監(jiān)控中心可以監(jiān)控綜采工作面與系統(tǒng)連接設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)，并可在井下集中監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程手動控制和遠(yuǎn)程自動控制。

5.2.1 遠(yuǎn)程手動控制

遠(yuǎn)程手動控制模式下，在液壓支架監(jiān)控界面可以控制單架或多架支架進(jìn)行單動作或成組動作。在采煤機(jī)監(jiān)控界面實現(xiàn)啟動、停止、牽引加減速、切換牽引方向、滾筒升降、啟動和退出記憶截割等功能。在三機(jī)監(jiān)控界面可以實現(xiàn)破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的順煤流或逆煤流啟停。

5.2.2 遠(yuǎn)程自動控制

遠(yuǎn)程自動控制模式下，采煤機(jī)、支架和刮板機(jī)會按照設(shè)定的流程和步驟運(yùn)行，通過液壓支架和采煤機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)采煤機(jī)自動斜切進(jìn)刀、割三角煤、清煤、裝煤、運(yùn)煤。

5.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)曲線報表查詢、邏輯判斷、智能控制等模塊的支撐軟件，用于設(shè)備運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)自動采集、存儲和監(jiān)視，為每個時間段的工況提供清晰、精確的記錄。

5.4 曲線報表模塊

獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的各種過程數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的查詢與分析計算，建立易用、靈活、強(qiáng)大的曲線報表模塊，可以方便地了解設(shè)備開機(jī)率、工作面周期來壓等信息，為管理工作提前做好準(zhǔn)備，從而降低設(shè)備維護(hù)成本。

5.5 日志管理

日志文件記錄每個登陸用戶的每個操作，能按照日期、用戶、操作、功能、描述查詢。并以表格方式顯示出來，包括序號、日期、用戶、操作、描述，相鄰兩行之間以不同的顏色顯示，方便用戶查看。

5.6 用戶權(quán)限管理模塊

監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行模式后，默認(rèn)登錄用戶為普通（查看）用戶，只能查看各子設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)，不具有控制和參數(shù)修改權(quán)限。用戶需在主畫面中單擊登陸管理員賬戶后，方能對設(shè)備進(jìn)行控制操作、對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。為避免控制發(fā)生錯亂，只有一個管理員用戶，并且不允許同一時間有兩個及以上的管理員登陸。管理員控制部分主要包括采煤機(jī)控制、液壓支架控制、泵站控制、運(yùn)輸系統(tǒng)以及視頻切換的控制。

6 結(jié)論

該系統(tǒng)設(shè)計可靠性高，實用性強(qiáng)，方便根據(jù)綜采工作面條件的差異進(jìn)行靈活地選擇系統(tǒng)配置。系統(tǒng)集中各個功能模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以匯報通信方式與各個子系統(tǒng)進(jìn)行通信，是一種集中控制方式，并有特定的安全保護(hù)回路和控制回路與之相連，使系統(tǒng)控制更加安全可靠，便于生產(chǎn)安全管理和安全檢測。

［1］楊睿，崔建斌.戊8煤層自動化工作面技術(shù)管理研究與實踐［J］.煤礦現(xiàn)代化，2009（6）：24-25.

［2］黃曾華，苗建軍.綜采工作面設(shè)備集中控制技術(shù)的應(yīng)用研究 ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（11）：14-17，21.

［3］田成金.薄煤層自動化工作面關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（8）：83-86.

［4］李文江，韓陽，吳威.綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)［J］.計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012（9）：149-152.

［5］李華，劉保亮，張志強(qiáng).KJ45型綜采工作面監(jiān)測系統(tǒng)在南屯煤礦的成功應(yīng)用［J］.山東煤炭科技，2011（2）：24-25.