智能綜采工作面集中控制系統應用
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摘要：以山西鄉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研究，并對系統中的關鍵分系統進行了設計。現場應用測試表明，該控制系統具有較高的可靠性，實現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安全具有重要意義。
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對講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設計。在進行整個綜采工作面集中控制系統建設中，需符合如下要求。（1）作業穩定性。工作面環境惡劣性，各類設備之間作業時經常出現了不同程度的振動現象，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生動態變化，設備之間需實現動作的協調操作。因此控制系統需對工作面中設備的作業狀態進行實時監控，根據其作業姿態的變化進行實時的集中調節控制。（3）可視化控制。控制系統是一套遠程監控系統，在設計時需實現整個工作面監測控制和相關參數的實時顯示。（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采用了采煤設備層、設備控制系統層及工控機集中控制層的3層網絡結構，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；設備控制系統層主要是各設備對應的控制系統，能實現對自身設備工作電壓、功率、溫度等各類參數的實時采集及控制；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，經過計算后產生相應的控制命令，下發至各設備的控制器，進行設備之間的聯調控制。為保證各層之間信號傳輸的可靠性，采用了西門子PLC控制器，TCP/IP進行數據信號通訊連接。控制系統的通訊距離超過了2km，通訊速率達到了1.7Mbps，數據的延時性小于1s。
3控制系統關鍵部分設計
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，雖能實現相關設備的啟停控制，但會使設備處于同時停機狀態。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的資源浪費或設備嚴重損害現象，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，但經常處于超載狀態，容易出現電機燒壞、無法正常啟停、異常振動等問題，嚴重影響作業效率，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，此時控制系統將降低采煤機的作業速度；若檢測的電流大于155A時，系統將會控制采煤機停機，并及時發出超載預警提示。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
集中控制系統的人機顯示界面采用西門子公司WinCC組態軟件進行設計。監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、實時監控、報警記錄、設備啟停、作業位置、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，通過對設備的作業速度進行設置，并與實際速度進行對比，實現實時調節控制。集中控制系統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的智能化建設后，為驗證該系統的運行可靠性，將其在臺頭煤焦有限責任公司7201工作面中進行了現場應用測試。測試結果顯示，該控制系統運行良好，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及相關參數進行實時顯示，顯示界面清晰。所設計的一鍵式啟停機按鈕也實現了各類設備的順序啟停控制，當設備出現異常故障或運輸設備出現超載現象時，該系統也及時發出了相應的報警提示。設備的現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的總體設計及關鍵分系統研究，對系統進行現場應用的結果表明，該控制系統運行可靠，各項指標滿足工作面的集中控制需求，實現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：山西鄉寧焦煤集團 臺頭煤焦有限責任公司
