遠程監控技術在礦井絞車監控系統中的應用研究

李 杰

（陽泉煤業集團七元煤業有限責任公司，山西 壽陽 045400）

引言

煤礦運輸系統為綜采工作面關鍵系統，該系統的運行效率和安全性間接決定煤礦的生產能力。目前，煤礦的主要運輸設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備，其屬于機電控制系統，主要負責對材料、設備以及煤炭的運輸，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]。為監控掌握礦井絞車的實時工況，需為其配置監控系統，考慮到綜采工作面相對惡劣的生產環境，實現礦井絞車的遠程監控對于保證礦井的安全、高效運輸具有重要意義。

1 遠程監控系統的總體設計

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往復進行控制，其驅動源為電動機，通過減速器和變速箱實現對傳輸速度的調節控制。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揮其優勢。無極繩絞車主要由絞車、運輸系統的張緊裝置、梭車、尾輪、鋼絲繩的壓繩輪組以及相對應的電控系統組成。為保證無極繩絞車在工作面運輸的安全性和運輸效率，結合無極繩絞車實際生產需求要求無極繩絞車監控系統具備對設備運行工況的實時監控畫面的顯示、可對所牽引車輛的實時位置進行定位和組態監控功能[2]。本遠程監控系統可保證無極繩絞車的生產效率、保證操作人員的安全，為保證后期數字化礦山建設奠定基礎。結合無極繩絞車的運輸要求，設計如圖2 所示的無極繩絞車遠程監控的總體設計方案。

圖2 無極繩絞車遠程監控系統總體架構

如圖2 所示，無極繩絞車遠程監控系統網絡包括有地面網和井下網。其中，井下網主要基于無線視頻監控、紅外射頻車輛定位和PLC 控制技術對無極繩絞車運行工況的監測和控制；地面網主要是設計無極繩絞車遠程監控的服務器和調度中心。地面網絡和井下網絡之間的通信均基于千兆工業以太網實現[3]。

2 無線視頻監控技術在絞車遠程監控中的應用

無線視頻監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量和傳輸穩定性，為無線視頻監控配置了必須的照明射燈、移動電源箱和無線信號的發射設備。無線視頻監控功能實現的原理如圖3 所示。

圖3 無線視頻監控功能實現原理圖

基于無線視頻監控系統可對絞車的實時運行工況的信息進行實時監測，并對可能出現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，避免人員傷亡和經濟的損失。具體實現路徑如下：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，通過無線發射裝置基于巷道內的無線網絡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上得出相應的指令，主要是根據異常情況發出聲光報警，及時控制絞車進行制動或避讓操作[4]。

無線視頻監控功能配置的主要設備及對應的參數如表1 所示。

表1 無線視頻監控配置的主要設備及參數

3 車輛定位技術在絞車遠程監控中的應用

采用射頻識別技術可以實現絞車的車輛定位功能。

1）射頻識別技術無需接觸和人工干預即可實現識別功能；

2）射頻識別技術可在環境惡劣的環境下運行，具有較強的適用能力和抗干擾性；

3）射頻識別技術功能的實現無需光源的實現也可進行；

4）基于射頻識別技術可對待識別的目標進行準確識別和精準定位。

基于射頻識別技術的車輛定位功能的實現原理如圖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原理圖

4 PLC 控制技術在絞車遠程監控中的應用

PLC 控制器為根據上位機所獲取的絞車的運行工況和設定控制目標進行判斷后得出相應控制指令的主要設備。結合無極繩絞車安全、高效、穩定的運行需求，PLC 控制系統除了對上述車輛定位和視頻遠程監控信息的采集外，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、制動系統的油壓油溫以及變頻調速系統相關參數等信號的采集。結合上述參數信息實現對無極繩絞車電機的啟停控制、變頻調速的控制等[5]。

結合礦井相對惡劣的生產環境和PLC 控制器相關產品的性能，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。結合無極繩絞車的控制需求，設計如圖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場的多項參數進行檢查，包括巷道內人員的數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進行檢查；其次，對無極繩絞車關鍵機械構件和電控系統進行檢查，保證其可以穩定運行；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 結語

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