自動化控制系統(tǒng)在煤礦綜采的應(yīng)用

摘要：針對自動化控制系統(tǒng)在煤礦綜采工作面中的應(yīng)用開展分析。綜合運用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)和PAC等技術(shù)，設(shè)計了一種綜采自動化控制系統(tǒng)。對該系統(tǒng)的構(gòu)成和功能進行了全面分析。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用能實現(xiàn)對綜采作業(yè)面設(shè)備的有效集中控制，為礦井生產(chǎn)效率和作業(yè)安全的提升提供幫助。

關(guān)鍵詞：礦井；綜采；自動化控制；功能

伴隨著中國煤炭生產(chǎn)設(shè)備制造工藝的不斷發(fā)展，礦井綜采作業(yè)設(shè)備的自動化程度顯著提升，單體設(shè)備的自動化與半自動化運行已基本達(dá)成。但針對整個回采作業(yè)面設(shè)備的協(xié)同自動化運行仍處于探索階段。針對這一不足，綜合運用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)和PAC（可編程自動化控制器）等技術(shù)，設(shè)計一種綜采自動化控制系統(tǒng)，為生產(chǎn)作業(yè)的更加高效開展提供幫助。

1綜采自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成

綜采作業(yè)中所涉及的主要控制系統(tǒng)包括帶式運輸機控制系統(tǒng)、“三機”（刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機和破碎機）控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)、采煤機控制系統(tǒng)及液壓支架控制系統(tǒng)等。其中“三機”控制系統(tǒng)主控器同時充當(dāng)作業(yè)面集控系統(tǒng)主控制器，借由現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)協(xié)議對整個回采面的設(shè)備信息進行集成處理，從而實現(xiàn)對作業(yè)面設(shè)備的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制[1]。圖1為綜采面自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)中帶式運輸機控制系統(tǒng)依據(jù)傳動裝置的不同構(gòu)成也有所差異。采用液力耦合裝置進行傳動時，通常傳動裝置配設(shè)專用的控制系統(tǒng)；采用CST（可控啟動傳輸）時，運輸機借助干接點和總線通訊的方式向CST控制系統(tǒng)發(fā)送操控指令，并會對故障信息進行自動采集；采用變頻驅(qū)動時，帶式運輸機控制系統(tǒng)往往借助現(xiàn)場總線對變頻裝置運行參數(shù)進行收集，并借助接點向變頻器發(fā)送操控指令。同帶式運輸機相連的配電設(shè)備通常借助RTU（遠(yuǎn)程測控終端）通訊協(xié)議與帶式運輸控制系統(tǒng)進行通訊，并接收其所發(fā)出的指令。帶式運輸機運輸沿線所采集的各類傳感信號的集成通常由其控制系統(tǒng)借助RS485現(xiàn)場總線系統(tǒng)進行傳輸。此外，帶式運輸機控制系統(tǒng)借助工業(yè)以太網(wǎng)和OPC通訊協(xié)議與地面中央機房進行信息的互通[2-3]。圖2為帶式運輸機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。綜采作業(yè)中“三機”控制系統(tǒng)在構(gòu)成上除去刮板運輸機端部和轉(zhuǎn)載機機頭配設(shè)輔助控制器以外，其同采用液力耦合裝置傳動的帶式運輸機控制系統(tǒng)構(gòu)成基本相同。綜采工作面泵站電機設(shè)備采取直接啟動的操控方式，各測量值采集方式同帶式運輸機沿線保護和其他傳感器信息集成方式基本相同，其主控設(shè)備采用小型號的可編程控制器[4]。

2綜采自動化控制系統(tǒng)功能

2.1帶式運輸機控制系統(tǒng)

采用可編程自動化控制系統(tǒng)對運輸機的運行過程進行操控并對各個參數(shù)進行監(jiān)測，對象主要包括供電、驅(qū)動、制動、張緊、保護等。同時，借助上位機組態(tài)軟件對帶式運輸機運行狀態(tài)和故障信息實施監(jiān)控。其監(jiān)控的內(nèi)容包括帶式運輸機運行中的各種保護功能發(fā)揮、運行相關(guān)的測量值和相關(guān)配套設(shè)備的動作及狀態(tài)等。運行時，帶式運輸機控制系統(tǒng)具有四種運行模式，分別為自動、半自動、遠(yuǎn)程和檢修。其中自動模式下，系統(tǒng)可對運行條件進行自動檢測，當(dāng)滿足時便可控制帶式運輸機自行啟動。而當(dāng)系統(tǒng)檢測到運行條件不完全或系統(tǒng)存在故障信息時，便會立即控制帶式運輸機停止運行。這種模式下各保護與閉鎖功能均時刻處于運行狀態(tài)。在半自動模式下，當(dāng)所有啟動條件滿足后，作業(yè)人員按下啟動按鈕，隨后運輸機會依照同自動模式一樣的步驟啟動，而且這種模式下運輸機的各項監(jiān)測與保護功能同樣有效。遠(yuǎn)程操作模式下，系統(tǒng)只有獲得地面控制中心所發(fā)出的啟動指令后，才會啟動運行。檢修模式下，系統(tǒng)只能點動且運行時間需要提前進行設(shè)定，一旦運行超過預(yù)設(shè)時間則需要重新點動。在這種模式下只有停止、急停和制動三個功能發(fā)揮作用，其他監(jiān)測與保護功能全部無法發(fā)揮功效[5]。

2.2泵站控制系統(tǒng)

泵站系統(tǒng)選用緊湊型的小型可編程控制器充當(dāng)主控裝置對泵站的運行進行操控和監(jiān)測。其控制對象主要包括乳化液泵和噴霧泵。運行時，上位機組態(tài)軟件會對泵站運行狀態(tài)和故障信息進行實時監(jiān)控。所監(jiān)控的內(nèi)容主要為泵站出口壓力、水箱水位、乳化液液位、油箱溫度等。運行時，泵站控制系統(tǒng)同樣具有四種運行模式，分別為自動、半自動、遠(yuǎn)程和檢修。其中，自動模式下，系統(tǒng)會自行根據(jù)作業(yè)面移架方式和采煤機運行信號，結(jié)合預(yù)設(shè)的運行模式對泵的運行數(shù)量進行選擇設(shè)定，同時依據(jù)泵站輸出壓力借助電磁閥進行自動加卸載。半自動模式下，系統(tǒng)需要通過工作人員手動操控對水泵運行數(shù)量進行控制，并基于預(yù)設(shè)的壓力范圍進行自動加卸載。在遠(yuǎn)程模式下，系統(tǒng)只有收到作業(yè)面集控系統(tǒng)主控器或地面機房所發(fā)出的信號后才會運行啟動。在上述三種模式中泵站的各項保護功能和閉鎖功能均處于運行狀態(tài)。而在檢修模式下，系統(tǒng)只能借助現(xiàn)場的多位開關(guān)進行點動處理，且各類保護與閉鎖功能不發(fā)揮功效。

2.3三機控制系統(tǒng)

“三機”控制系統(tǒng)同樣采用可編程自動化控制系統(tǒng)進行控制，其運行模式除去自動、半自動、遠(yuǎn)程和檢修四種外，還可通過輔助控制裝置對“三機”分別進行獨立的自動操控和設(shè)備檢修。在自動模式下，“三機”系統(tǒng)采取輪詢啟動的方法，在自身啟動條件滿足且獲得帶式運輸機運行信號的情況下，方能自啟動運行。在半自動模式下，除去轉(zhuǎn)載機正常運行的同時需要手動發(fā)送刮板運輸機啟動信號。在遠(yuǎn)程模式下，除去需要地面控制中心發(fā)送運行允許信號外，其他同自動模式完全一樣。在上述三種模式下，系統(tǒng)的各項保護與閉鎖功能均會持續(xù)運行，一旦發(fā)現(xiàn)任何運行異常現(xiàn)象，整個系統(tǒng)均會停止運行。在檢修模式下，轉(zhuǎn)載機與刮板運輸機能進行解鎖運行，同時通過可編程控制器和輔助控制器對轉(zhuǎn)載機與刮板運輸機進行反轉(zhuǎn)點動操作。此外，在該模式下能對系統(tǒng)內(nèi)的任一單獨設(shè)備或電機進行點動控制，而系統(tǒng)除去急停功能仍發(fā)揮作用以外其他保護與監(jiān)測功能均失效。

3結(jié)語

綜采作業(yè)面自動化控制系統(tǒng)的有效構(gòu)建，能在提高系統(tǒng)設(shè)備運行效率的同時，降低設(shè)備故障發(fā)生概率并降低工人作業(yè)強度，對于提升礦井生產(chǎn)綜合效益和生產(chǎn)安全意義重大。礦井管理者必須重視相關(guān)問題，積極組織專業(yè)技術(shù)力量開展技術(shù)攻關(guān)，為礦井現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展提供堅實保障。

參考文獻：

［1］梁海權(quán)，黃金福，劉明華，等.綜采工作面自動化控制系統(tǒng)在蒼村煤礦的應(yīng)用［J］.機電工程技術(shù)，2015，44(9)：91-93.

［2］田華，陳新川，羅洪波，等.急傾斜特厚煤層綜放工作面綜采自動化控制設(shè)計與應(yīng)用［J］.中國煤炭，2015，41(8)：85-88.

［3］孫丙科，何勇華.綜采工作面自動化控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用［J］.工礦自動化，2014，40(1)：84-86.

［4］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.

［5］黃曾華.綜采工作面自動化控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.工礦自動化，2013，39(10)：17-21.

作者：屈有劍 單位：同煤集團同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司