自動(dòng)化控制系統(tǒng)在煤礦綜采的應(yīng)用

摘要：針對(duì)自動(dòng)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(yùn)用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)和PAC等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)的構(gòu)成和功能進(jìn)行了全面分析。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(dòng)化程度顯著提升，單體設(shè)備的自動(dòng)化與半自動(dòng)化運(yùn)行已基本達(dá)成。但針對(duì)整個(gè)回采作業(yè)面設(shè)備的協(xié)同自動(dòng)化運(yùn)行仍處于探索階段。針對(duì)這一不足，綜合運(yùn)用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)和PAC（可編程自動(dòng)化控制器）等技術(shù)，設(shè)計(jì)一種綜采自動(dòng)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(dòng)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(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)、“三機(jī)”（刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)）控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)、采煤機(jī)控制系統(tǒng)及液壓支架控制系統(tǒng)等。其中“三機(jī)”控制系統(tǒng)主控器同時(shí)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(duì)整個(gè)回采面的設(shè)備信息進(jìn)行集成處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)中帶式運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)依據(jù)傳動(dòng)裝置的不同構(gòu)成也有所差異。采用液力耦合裝置進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)，通常傳動(dòng)裝置配設(shè)專用的控制系統(tǒng)；采用CST（可控啟動(dòng)傳輸）時(shí)，運(yùn)輸機(jī)借助干接點(diǎn)和總線通訊的方式向CST控制系統(tǒng)發(fā)送操控指令，并會(huì)對(duì)故障信息進(jìn)行自動(dòng)采集；采用變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，帶式運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)往往借助現(xiàn)場總線對(duì)變頻裝置運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行收集，并借助接點(diǎn)向變頻器發(fā)送操控指令。同帶式運(yùn)輸機(jī)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(yùn)輸控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并接收其所發(fā)出的指令。帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸沿線所采集的各類傳感信號(hào)的集成通常由其控制系統(tǒng)借助RS485現(xiàn)場總線系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。此外，帶式運(yùn)輸機(jī)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(jī)房進(jìn)行信息的互通[2-3]。圖2為帶式運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。綜采作業(yè)中“三機(jī)”控制系統(tǒng)在構(gòu)成上除去刮板運(yùn)輸機(jī)端部和轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭配設(shè)輔助控制器以外，其同采用液力耦合裝置傳動(dòng)的帶式運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成基本相同。綜采工作面泵站電機(jī)設(shè)備采取直接啟動(dòng)的操控方式，各測量值采集方式同帶式運(yùn)輸機(jī)沿線保護(hù)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(hào)的可編程控制器[4]。

2綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能

2.1帶式運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)

采用可編程自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行過程進(jìn)行操控并對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)象主要包括供電、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、張緊、保護(hù)等。同時(shí)，借助上位機(jī)組態(tài)軟件對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和故障信息實(shí)施監(jiān)控。其監(jiān)控的內(nèi)容包括帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行中的各種保護(hù)功能發(fā)揮、運(yùn)行相關(guān)的測量值和相關(guān)配套設(shè)備的動(dòng)作及狀態(tài)等。運(yùn)行時(shí)，帶式運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)具有四種運(yùn)行模式，分別為自動(dòng)、半自動(dòng)、遠(yuǎn)程和檢修。其中自動(dòng)模式下，系統(tǒng)可對(duì)運(yùn)行條件進(jìn)行自動(dòng)檢測，當(dāng)滿足時(shí)便可控制帶式運(yùn)輸機(jī)自行啟動(dòng)。而當(dāng)系統(tǒng)檢測到運(yùn)行條件不完全或系統(tǒng)存在故障信息時(shí)，便會(huì)立即控制帶式運(yùn)輸機(jī)停止運(yùn)行。這種模式下各保護(hù)與閉鎖功能均時(shí)刻處于運(yùn)行狀態(tài)。在半自動(dòng)模式下，當(dāng)所有啟動(dòng)條件滿足后，作業(yè)人員按下啟動(dòng)按鈕，隨后運(yùn)輸機(jī)會(huì)依照同自動(dòng)模式一樣的步驟啟動(dòng)，而且這種模式下運(yùn)輸機(jī)的各項(xiàng)監(jiān)測與保護(hù)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(dòng)指令后，才會(huì)啟動(dòng)運(yùn)行。檢修模式下，系統(tǒng)只能點(diǎn)動(dòng)且運(yùn)行時(shí)間需要提前進(jìn)行設(shè)定，一旦運(yùn)行超過預(yù)設(shè)時(shí)間則需要重新點(diǎn)動(dòng)。在這種模式下只有停止、急停和制動(dòng)三個(gè)功能發(fā)揮作用，其他監(jiān)測與保護(hù)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(duì)泵站的運(yùn)行進(jìn)行操控和監(jiān)測。其控制對(duì)象主要包括乳化液泵和噴霧泵。運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)組態(tài)軟件會(huì)對(duì)泵站運(yùn)行狀態(tài)和故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yùn)行時(shí)，泵站控制系統(tǒng)同樣具有四種運(yùn)行模式，分別為自動(dòng)、半自動(dòng)、遠(yuǎn)程和檢修。其中，自動(dòng)模式下，系統(tǒng)會(huì)自行根據(jù)作業(yè)面移架方式和采煤機(jī)運(yùn)行信號(hào)，結(jié)合預(yù)設(shè)的運(yùn)行模式對(duì)泵的運(yùn)行數(shù)量進(jìn)行選擇設(shè)定，同時(shí)依據(jù)泵站輸出壓力借助電磁閥進(jìn)行自動(dòng)加卸載。半自動(dòng)模式下，系統(tǒng)需要通過工作人員手動(dòng)操控對(duì)水泵運(yùn)行數(shù)量進(jìn)行控制，并基于預(yù)設(shè)的壓力范圍進(jìn)行自動(dòng)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(jī)房所發(fā)出的信號(hào)后才會(huì)運(yùn)行啟動(dòng)。在上述三種模式中泵站的各項(xiàng)保護(hù)功能和閉鎖功能均處于運(yùn)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(jìn)行點(diǎn)動(dòng)處理，且各類保護(hù)與閉鎖功能不發(fā)揮功效。

2.3三機(jī)控制系統(tǒng)

“三機(jī)”控制系統(tǒng)同樣采用可編程自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，其運(yùn)行模式除去自動(dòng)、半自動(dòng)、遠(yuǎn)程和檢修四種外，還可通過輔助控制裝置對(duì)“三機(jī)”分別進(jìn)行獨(dú)立的自動(dòng)操控和設(shè)備檢修。在自動(dòng)模式下，“三機(jī)”系統(tǒng)采取輪詢啟動(dòng)的方法，在自身啟動(dòng)條件滿足且獲得帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行信號(hào)的情況下，方能自啟動(dòng)運(yùn)行。在半自動(dòng)模式下，除去轉(zhuǎn)載機(jī)正常運(yùn)行的同時(shí)需要手動(dòng)發(fā)送刮板運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)信號(hào)。在遠(yuǎn)程模式下，除去需要地面控制中心發(fā)送運(yùn)行允許信號(hào)外，其他同自動(dòng)模式完全一樣。在上述三種模式下，系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)與閉鎖功能均會(huì)持續(xù)運(yùn)行，一旦發(fā)現(xiàn)任何運(yùn)行異常現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)均會(huì)停止運(yùn)行。在檢修模式下，轉(zhuǎn)載機(jī)與刮板運(yùn)輸機(jī)能進(jìn)行解鎖運(yùn)行，同時(shí)通過可編程控制器和輔助控制器對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)與刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)操作。此外，在該模式下能對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的任一單獨(dú)設(shè)備或電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制，而系統(tǒng)除去急停功能仍發(fā)揮作用以外其他保護(hù)與監(jiān)測功能均失效。

3結(jié)語

綜采作業(yè)面自動(dòng)化控制系統(tǒng)的有效構(gòu)建，能在提高系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率的同時(shí)，降低設(shè)備故障發(fā)生概率并降低工人作業(yè)強(qiáng)度，對(duì)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(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)：

［1］梁海權(quán)，黃金福，劉明華，等.綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)在蒼村煤礦的應(yīng)用［J］.機(jī)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(dòng)化控制設(shè)計(jì)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(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.工礦自動(dòng)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(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.工礦自動(dòng)化，2013，39(10)：17-21.

作者：屈有劍 單位：同煤集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司