綜采工作面集控系統(tǒng)的設(shè)計分析

張 朋

（王村煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037000）

引言

目前，我國生產(chǎn)了綜采設(shè)備及和設(shè)備相匹配的自動控制及監(jiān)測系統(tǒng)，采煤使用的機械化設(shè)備幾乎完成了半自動化，然而，仍然需要人工來干預(yù)整個的協(xié)調(diào)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(dǎo)致井下發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。在把綜采設(shè)備和監(jiān)測功能及自動化系統(tǒng)三者相結(jié)合來進行調(diào)研分析以后，綜采工作面控制系統(tǒng)被研究出來，進而使自動化生產(chǎn)煤炭的水平及其安全性得到提高。

1 集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在目前這個階段，沒有聯(lián)系的控制平臺的各個綜采設(shè)備存在于很多的煤礦綜采工作面中，分散控制系統(tǒng)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(tǒng)，構(gòu)成集中控制系統(tǒng)，進而在集中控制系統(tǒng)中全部的設(shè)備之間的運轉(zhuǎn)工作參數(shù)互相交融，在該控制平臺可以對綜采工作面的全部設(shè)備實行統(tǒng)一管理。綜采工作面集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示，從上到下把整套系統(tǒng)分成了三層：綜采設(shè)備層，由攝像頭、采煤機、帶式輸送機、液壓支架、轉(zhuǎn)載機和破碎機和刮板輸送機構(gòu)成[1]；綜采設(shè)備的機載控制層，就設(shè)備存在于綜采設(shè)備層而言，以下系統(tǒng)就是機載控制系統(tǒng)，比如視頻系統(tǒng)、采煤機系統(tǒng)、帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)、三機監(jiān)測系統(tǒng)與電液系統(tǒng)；順槽計算機控制系統(tǒng)，順槽服務(wù)器是本系統(tǒng)所在的位置，其作用是顯示與檢測綜采設(shè)備對數(shù)據(jù)的處理及狀態(tài)，由此會形成一套工藝流程比較齊全的生產(chǎn)工藝。TCP/IP的通訊方式被三層系統(tǒng)所使用，對機載控制器的網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 集中控制系統(tǒng)的兩大類功能

控制功能與監(jiān)測功能組成了綜采工作面集中控制系統(tǒng)的功能。

2.1 監(jiān)測功能

完成控制功能的根本就是對每種綜采設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況及信息進行監(jiān)測。各個控制平臺收集著相對應(yīng)的綜采設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且彼此之間獨立，集中控制不利于實現(xiàn)。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(tǒng)所采集；電流、電機轉(zhuǎn)速、軸承溫度及溫度等信息被三機監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)所采集；跑偏、打滑、及煤量等信息被帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)所采集；設(shè)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(tǒng)經(jīng)過可靠性比較大通訊網(wǎng)絡(luò)的把上面說涉及的全部信息，有利于操作人員監(jiān)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(tǒng)中完成。依據(jù)煤礦操作規(guī)程的有關(guān)規(guī)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(shè)備時不能進行遠程操作。所以，若只是對個別設(shè)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(quán)限，此刻就地控制就是設(shè)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(tǒng)的主要功能。在綜采工作面中，手動遠程控制實際應(yīng)用在擁有復(fù)雜性的煤層結(jié)構(gòu)，動作斷斷續(xù)續(xù)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(chǔ)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(tǒng)綜合工作面的以下幾種工藝在規(guī)定的范圍中可以不間斷地自動作業(yè)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(diào)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(tǒng)中將使用人工智能技術(shù)，但此技術(shù)仍未投入使用。

3 協(xié)同控制策略

完成協(xié)調(diào)和配合帶式輸送機、采煤機、轉(zhuǎn)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(tǒng)的主要內(nèi)容，使自動化生產(chǎn)煤炭的水平得到提升。

1）綜采設(shè)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(shè)備的操作人員相互配合使用。依據(jù)生產(chǎn)的規(guī)則章程，按采煤機、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機和帶式輸送機的順序來對完成集中控制系統(tǒng)的一鍵開啟，而且每開啟一個設(shè)備的時候就會有15 s的預(yù)警時間，在完成運行以后，在完成這一操作后，若系統(tǒng)證實沒有煤存在于運輸設(shè)備，就會和啟動相同順序停機，并準(zhǔn)備再次啟動。

2）自動調(diào)節(jié)采煤機姿態(tài)。完成調(diào)節(jié)采煤機姿態(tài)采取的方式是對工藝段進行編號。就是操作人員會預(yù)先把工藝段設(shè)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(jù)，繼而調(diào)節(jié)姿態(tài)的控制命令。

3）液壓支架及采煤機共同控制。具有復(fù)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(gòu)成了液壓支架跟機控制。液壓支架系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確推斷采煤機的具體位置依據(jù)的是紅外測距裝置，繼而采煤工藝及支架編號的推斷依據(jù)的是集中控制系統(tǒng)，相對應(yīng)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(tǒng)，使得攝像頭的數(shù)據(jù)量減少，集中控制系統(tǒng)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(lián)合來完成視頻跟機控制功能。

5）三機載荷控制。預(yù)防刮板輸送機超過負荷，刮板輸送機的電流信號聯(lián)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(yù)防有堆煤現(xiàn)象出現(xiàn)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(tǒng)軟件架構(gòu)

面向?qū)ο蟾呒壵Z言、匯編語言等被控軟件選擇和設(shè)計，可視組態(tài)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(tǒng)所使用，本視窗控制中心的優(yōu)勢是涵蓋比較全的性能、比較先進的技術(shù)，且其優(yōu)點是開源，方便了在該系統(tǒng)過程值歸檔、綜采工作面機載控制器通信網(wǎng)絡(luò)、界面的設(shè)計等。參數(shù)設(shè)置、操作控制、報警記錄、實時曲線及實時監(jiān)測組成了界面設(shè)置。TCP/IP 是上位機和機載設(shè)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(tǒng)，數(shù)據(jù)庫內(nèi)暫時記載著現(xiàn)場的所有的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)把其數(shù)據(jù)處理之后就把其歸檔存在到數(shù)據(jù)庫中。圖2 為通信軟件架構(gòu)成。

圖2 通信軟件架構(gòu)圖

5 結(jié)語

綜采工作面集中控制系統(tǒng)依靠綜采設(shè)備機載控制系統(tǒng)層及其兩大功能來完成監(jiān)測、就地控制及遠程控制綜采工作面設(shè)備的狀態(tài)。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。