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摘要:以山西鄉(xiāng)寧焦煤集團臺頭煤焦有限責任公司7201綜采工作面為分析對象,開展了工作面的智能化集中控制系統(tǒng)研究,并對系統(tǒng)中的關鍵分系統(tǒng)進行了設計?,F(xiàn)場應用測試表明,該控制系統(tǒng)具有較高的可靠性,實現(xiàn)了工作面的遠程集中控制、顯示及報警等功能要求,滿足了工作面的集中控制需求,對提高工作面的煤礦開采效率及作業(yè)安全具有重要意義。
關鍵詞:綜采工作面;集中控制系統(tǒng);智能化
1概況
臺頭煤焦有限責任公司7201綜采工作面設備集中控制較為分散,整體的集中化控制程度較低,加之煤礦井下環(huán)境惡劣,存在勞動強度大,操作人員多等問題,人員之間主要采用電話或?qū)χv機或人工喊話等方式進行溝通傳遞,易受外部干擾信號影響,影響通信質(zhì)量。為此,開展了臺頭煤焦有限責任公司7201綜采工作面的集中控制系統(tǒng)設計。在進行整個綜采工作面集中控制系統(tǒng)建設中,需符合如下要求。(1)作業(yè)穩(wěn)定性。工作面環(huán)境惡劣性,各類設備之間作業(yè)時經(jīng)常出現(xiàn)了不同程度的振動現(xiàn)象,所傳輸信號電磁干擾問題也比較嚴重。因此,工作面的集中控制系統(tǒng)需具有設備振動檢測及信號抗干擾能力。(2)實時性控制。工作面中相關設備會隨煤礦的不斷開采而發(fā)生動態(tài)變化,設備之間需實現(xiàn)動作的協(xié)調(diào)操作。因此控制系統(tǒng)需對工作面中設備的作業(yè)狀態(tài)進行實時監(jiān)控,根據(jù)其作業(yè)姿態(tài)的變化進行實時的集中調(diào)節(jié)控制。(3)可視化控制??刂葡到y(tǒng)是一套遠程監(jiān)控系統(tǒng),在設計時需實現(xiàn)整個工作面監(jiān)測控制和相關參數(shù)的實時顯示。(4)接口的可擴展性。工作面采煤設備較大,且會隨著技術的不斷提升,增加更多先進的開采設備,故控制系統(tǒng)需預留多種通訊接口,針對設備的增加或升級,能快速擴展或通用性連接。
2總體方案設計
結合上文設計要求,整個工作面集中控制系統(tǒng)采用了采煤設備層、設備控制系統(tǒng)層及工控機集中控制層的3層網(wǎng)絡結構,如圖1所示。采煤設備主要包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機、帶式輸送機等,在各設備上配備了攝像頭;設備控制系統(tǒng)層主要是各設備對應的控制系統(tǒng),能實現(xiàn)對自身設備工作電壓、功率、溫度等各類參數(shù)的實時采集及控制;工控機集中控制層集成了計算機、交換機等部件,負責對采集的設備信息進行融合接收、集中分析判斷,經(jīng)過計算后產(chǎn)生相應的控制命令,下發(fā)至各設備的控制器,進行設備之間的聯(lián)調(diào)控制。為保證各層之間信號傳輸?shù)目煽啃裕捎昧宋鏖T子PLC控制器,TCP/IP進行數(shù)據(jù)信號通訊連接??刂葡到y(tǒng)的通訊距離超過了2km,通訊速率達到了1.7Mbps,數(shù)據(jù)的延時性小于1s。
3控制系統(tǒng)關鍵部分設計
3.1設備順序停機控制設計
7201工作面采用了一鍵停機的操作控制,雖能實現(xiàn)相關設備的啟停控制,但會使設備處于同時停機狀態(tài)。因此,設計了一套智能化一鍵判斷設備順序停機的控制方法,通過檢測設備上的空載作業(yè)電流的大小來進行邏輯判斷。一鍵按鈕后,首先會使采煤機進行停機,保證工作面中無煤炭產(chǎn)生,檢測刮板輸送機上電機的運行電流,達到空載電流時,停止刮板輸送機的運行,對轉載機、破碎機及膠帶運輸機上的電機運行電流進行檢測,按照相應順序進行設備的啟停控制,避免了設備因停機時間控制不準確而出現(xiàn)的資源浪費或設備嚴重損害現(xiàn)象,保障了工作面運行的安全及可靠性。工作面中設備的順序控制流程如圖2所示。
3.2運輸設備載荷量控制設計
工作面運輸設備較多,合理控制運輸量是提高設備工作效率的關鍵。刮板輸送機是工作面中重要的運輸設備,但經(jīng)常處于超載狀態(tài),容易出現(xiàn)電機燒壞、無法正常啟停、異常振動等問題,嚴重影響作業(yè)效率,因此需要合理控制采煤機的落煤量。以臺頭煤焦有限責任公司SGZ764/630型刮板輸送機為例進行分析,額定電流為130A。當檢測到電機的電流超過其額定值的110%時,則定義刮板輸送機處于超載狀態(tài),此時控制系統(tǒng)將降低采煤機的作業(yè)速度;若檢測的電流大于155A時,系統(tǒng)將會控制采煤機停機,并及時發(fā)出超載預警提示。其他運輸設備荷載量的控制邏輯基本相同,控制流程如圖3所示。
3.3人機顯示界面設計
集中控制系統(tǒng)的人機顯示界面采用西門子公司W(wǎng)inCC組態(tài)軟件進行設計。監(jiān)控對象包括液壓支架、采煤機、帶式輸送機等設備,設計獨立的控制子界面,各子顯示界面包括操作控制、實時監(jiān)控、報警記錄、設備啟停、作業(yè)位置、故障報警等方面,以及設備的手動、半自動、全自動、遠程控制等功能,通過對設備的作業(yè)速度進行設置,并與實際速度進行對比,實現(xiàn)實時調(diào)節(jié)控制。集中控制系統(tǒng)采煤機顯示子界面如圖4所示。
4運行測試效果評價
在完成工作面集中控制系統(tǒng)的智能化建設后,為驗證該系統(tǒng)的運行可靠性,將其在臺頭煤焦有限責任公司7201工作面中進行了現(xiàn)場應用測試。測試結果顯示,該控制系統(tǒng)運行良好,各項指標滿足設計要求,能通過攝像頭對工作面中的各類設備運行狀態(tài)及相關參數(shù)進行實時顯示,顯示界面清晰。所設計的一鍵式啟停機按鈕也實現(xiàn)了各類設備的順序啟??刂疲斣O備出現(xiàn)異常故障或運輸設備出現(xiàn)超載現(xiàn)象時,該系統(tǒng)也及時發(fā)出了相應的報警提示。設備的現(xiàn)場測試顯示界面如圖5所示
5結語
在分析臺頭煤焦有限責任公司7201綜采工作面集中控制要求基礎上,開展了集中控制系統(tǒng)的總體設計及關鍵分系統(tǒng)研究,對系統(tǒng)進行現(xiàn)場應用的結果表明,該控制系統(tǒng)運行可靠,各項指標滿足工作面的集中控制需求,實現(xiàn)了對綜采工作面各設備的集中遠程控制、集中顯示、各類故障實時報警的功能。該控制系統(tǒng)的成功應用,提高了整個工作面的智能化集中控制水平,減輕了勞動強度。
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作者:陳朝輝 單位:山西鄉(xiāng)寧焦煤集團 臺頭煤焦有限責任公司
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