自動化控制系統在煤礦綜采的應用

自動化控制系統在煤礦綜采的應用

摘要：針對自動化控制系統在煤礦綜采工作面中的應用開展分析。綜合運用現場總線、工業以太網和PAC等技術，設計了一種綜采自動化控制系統。對該系統的構成和功能進行了全面分析。通過該系統的應用能實現對綜采作業面設備的有效集中控制，為礦井生產效率和作業安全的提升提供幫助。

關鍵詞：礦井；綜采；自動化控制；功能

伴隨著中國煤炭生產設備制造工藝的不斷發展，礦井綜采作業設備的自動化程度顯著提升，單體設備的自動化與半自動化運行已基本達成。但針對整個回采作業面設備的協同自動化運行仍處于探索階段。針對這一不足，綜合運用現場總線、工業以太網和PAC（可編程自動化控制器）等技術，設計一種綜采自動化控制系統，為生產作業的更加高效開展提供幫助。

1綜采自動化控制系統構成

綜采作業中所涉及的主要控制系統包括帶式運輸機控制系統、“三機”（刮板運輸機、轉載機和破碎機）控制系統、泵站控制系統、采煤機控制系統及液壓支架控制系統等。其中“三機”控制系統主控器同時充當作業面集控系統主控制器，借由現場總線和以太網協議對整個回采面的設備信息進行集成處理，從而實現對作業面設備的統一協調控制[1]。圖1為綜采面自動化控制系統結構示意圖。系統中帶式運輸機控制系統依據傳動裝置的不同構成也有所差異。采用液力耦合裝置進行傳動時，通常傳動裝置配設專用的控制系統；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控制系統發送操控指令，并會對故障信息進行自動采集；采用變頻驅動時，帶式運輸機控制系統往往借助現場總線對變頻裝置運行參數進行收集，并借助接點向變頻器發送操控指令。同帶式運輸機相連的配電設備通常借助RTU（遠程測控終端）通訊協議與帶式運輸控制系統進行通訊，并接收其所發出的指令。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借助RS485現場總線系統進行傳輸。此外，帶式運輸機控制系統借助工業以太網和OPC通訊協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結構示意圖。綜采作業中“三機”控制系統在構成上除去刮板運輸機端部和轉載機機頭配設輔助控制器以外，其同采用液力耦合裝置傳動的帶式運輸機控制系統構成基本相同。綜采工作面泵站電機設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，其主控設備采用小型號的可編程控制器[4]。

2綜采自動化控制系統功能

2.1帶式運輸機控制系統

采用可編程自動化控制系統對運輸機的運行過程進行操控并對各個參數進行監測，對象主要包括供電、驅動、制動、張緊、保護等。同時，借助上位機組態軟件對帶式運輸機運行狀態和故障信息實施監控。其監控的內容包括帶式運輸機運行中的各種保護功能發揮、運行相關的測量值和相關配套設備的動作及狀態等。運行時，帶式運輸機控制系統具有四種運行模式，分別為自動、半自動、遠程和檢修。其中自動模式下，系統可對運行條件進行自動檢測，當滿足時便可控制帶式運輸機自行啟動。而當系統檢測到運行條件不完全或系統存在故障信息時，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。在半自動模式下，當所有啟動條件滿足后，作業人員按下啟動按鈕，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測與保護功能同樣有效。遠程操作模式下，系統只有獲得地面控制中心所發出的啟動指令后，才會啟動運行。檢修模式下，系統只能點動且運行時間需要提前進行設定，一旦運行超過預設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揮作用，其他監測與保護功能全部無法發揮功效[5]。

2.2泵站控制系統

泵站系統選用緊湊型的小型可編程控制器充當主控裝置對泵站的運行進行操控和監測。其控制對象主要包括乳化液泵和噴霧泵。運行時，上位機組態軟件會對泵站運行狀態和故障信息進行實時監控。所監控的內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，泵站控制系統同樣具有四種運行模式，分別為自動、半自動、遠程和檢修。其中，自動模式下，系統會自行根據作業面移架方式和采煤機運行信號，結合預設的運行模式對泵的運行數量進行選擇設定，同時依據泵站輸出壓力借助電磁閥進行自動加卸載。半自動模式下，系統需要通過工作人員手動操控對水泵運行數量進行控制，并基于預設的壓力范圍進行自動加卸載。在遠程模式下，系統只有收到作業面集控系統主控器或地面機房所發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。而在檢修模式下，系統只能借助現場的多位開關進行點動處理，且各類保護與閉鎖功能不發揮功效。

2.3三機控制系統

“三機”控制系統同樣采用可編程自動化控制系統進行控制，其運行模式除去自動、半自動、遠程和檢修四種外，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備檢修。在自動模式下，“三機”系統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，除去轉載機正常運行的同時需要手動發送刮板運輸機啟動信號。在遠程模式下，除去需要地面控制中心發送運行允許信號外，其他同自動模式完全一樣。在上述三種模式下，系統的各項保護與閉鎖功能均會持續運行，一旦發現任何運行異常現象，整個系統均會停止運行。在檢修模式下，轉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載機與刮板運輸機進行反轉點動操作。此外，在該模式下能對系統內的任一單獨設備或電機進行點動控制，而系統除去急停功能仍發揮作用以外其他保護與監測功能均失效。

3結語

綜采作業面自動化控制系統的有效構建，能在提高系統設備運行效率的同時，降低設備故障發生概率并降低工人作業強度，對于提升礦井生產綜合效益和生產安全意義重大。礦井管理者必須重視相關問題，積極組織專業技術力量開展技術攻關，為礦井現代化建設的發展提供堅實保障。

參考文獻：

［1］梁海權，黃金福，劉明華，等.綜采工作面自動化控制系統在蒼村煤礦的應用［J］.機電工程技術，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計與應用［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設計與應用［J］.工礦自動化，2014，40(1)：84-86.

［4］黃曾華，苗建軍.綜采工作面設備集中控制技術的應用研究［J］.煤炭科學技術，2013，41(11)：14-17.

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

作者：屈有劍 單位：同煤集團同發東周窯煤業有限公司