锦界煤矿综采工作面集控系统的研究与应用

呼鹏举 马 鑫

(神华神东煤炭集团锦界煤矿)



锦界煤矿综采工作面集控系统的研究与应用

呼鹏举 马 鑫

(神华神东煤炭集团锦界煤矿)

近年来尽管煤矿井下综采工作面自动化程度得到了大幅提高，但多套设备操作频繁，在某种程度上增加了相关操作人员的工作量，因而有必要设计出一套自动化综采工作面机电设备集中控制系统，将综采工作面的多个系统进行集中控制、集中监测，确保综采工作面生产系统的安全可靠运行，并提高综采工作面的生产效率、降低工作人员的劳动强度。以锦界煤矿31111综采工作面为例，分别对该工作面集控系统的各子系统(工作面控制子系统、泵站控制子系统、供电及无线通信子系统、视频监控子系统、数据存储系统)功能进行了详细分析，并对该系统的硬件组成、设计原理进行了讨论，对于类似矿山有一定的参考价值。

综采工作面 集中控制系统 系统设计

实现综采工作面机电设备的集中控制，可大幅度提高矿井供电安全以及机电设备管理效率，确保矿井高产高效[1-2]。现阶段，煤炭行业进入产能过剩、市场疲软和转型发展新时期，面对生产成本管控的压力，同时为进一步提高综采工作面自动化水平，锦界煤矿对31111综采工作面采煤机、液压支架、刮板运输机、破碎机、液压泵站、喷雾泵以及供电系统进行改造，实现集中控制，达到了减员增效的目的。本研究对该矿31111综采工作面集控系统的各子系统功能进行分析，并对系统的硬件组成及设计原理进行探讨。

1 31111综采工作面集控系统

锦界煤矿31111工作面集控系统实现了从综采工作面底层设备的集成控制、集成操作及集中数据记录。集控主机负责现场控制，计算机负责现场运行状态显示，分站用于现场、数据采集与控制。

1.1 工作面控制子系统

工作面控制子系统功能包括：①破碎机、运输机、转载机、闭锁装置的集中控制；②通过对采煤机电控系统的改造，并在工作面加装无线通讯模块，进而实现在集中控制台对采煤机进行远程无线控制；③液压支架远程监控；④工作面语音通信、视频监控；⑤多系统间数据共享和功能挖掘；⑥刮板运输机自动调速；⑦采煤机与液压支架联动控制，实现自动化割煤。

1.2 泵站控制系统

通过集控系统的改造，实现了对现有卡玛特泵站和雷波泵站的传感器级控制，通过对乳化液泵运行状态、油温、水压、液位、出液总管压力等数据的实时监测，实现泵站运行时间均衡控制，均匀磨损。通过压力反馈信号实现乳化泵的自动卸载、加载，变频泵站的自动调速，泵站的工作面内闭锁，爆管检测和故障泵站的自动投切(图1)。

图1 泵站控制子系统

1.3 供电及无线通信系统

供电及无线通信系统实现了主控制器与各类开关的通信，实现移变、组合开关电压、电流、运行状态等实时数据在线监测，历史故障数据存储，组合开关远程设置，设备遥控分合闸、故障复位。31111综采工作面安装7台、顺槽安装4台无线通讯综合分站，采用无线综合分站内部组网方式实现工作面及顺槽控制信号的全覆盖，无线通讯分站之间采用标准插口，安装方便快捷。

1.4 视频监控子系统

在刮板运输机机头、机尾处以及采煤机左右摇臂处各安装一套视频监控子系统，对刮板运输机、煤机摇臂进行实时监控，液压支架安装摄像头对采煤机进行实时视频跟踪，实现综采工作面视频全覆盖。实时监控数据经综合分站传输至控制台集控主机。

1.5 数据存储子系统

数据存储子系统可存储3个月的设备历史运行数据及控制器操作记录，高速存储关键信息，动态曲线显示各系统实时运行电流、温度等数据，同时还具有强大的故障查找功能。

2 集控系统设计

2.1 硬件组成

31111综采工作面集控系统是由 KXH18(H)矿用本安型可编程控制器、KJD127(B)矿用隔爆兼本安型计算机组成，在泵站系统、运输机、破碎机等设备上安装KXH18(G)矿用本安型模块化控制器，同时配套安装DXJ127/18 矿用隔爆兼本安型直流电源、KTK16(D) 矿用本安型急停扩播电话、KHJ16 矿用本安型急停闭锁、KZC127 矿用隔爆兼本安型信号转换器。转载机、破碎机、刮板运输机(三机)控制遥控器，泵站系统、供电系统远程操控器、煤机控制器均采用FYF35 矿用本安型遥控发射机。

2.2 系统设计原理

31111综采工作面采用德国倍福(Beckhoff)PLC进行集中控制，控制箱内的集控主机集成了CAN、I2C、Modbus等3个现场总线，集中控制器与工作面各控制模块采用低速CAN总线连接，三机冷却分站进行通信，三机传感器就近接入分站，分站通过数据转换和通信将数据传输至集控主机，与控制台操作部分采用高速CAN总线，与显示模块之间采用I2C总线进行集中显示，同时以太网连接1台防爆电脑集中显示组态画面(图2)。三机的传感器就近接入KXH18(G)控制分站，采集三机运行数据，冷却状况以及返回信号，经数据转换将数据传输至集控主机。集中控制器与液压泵站控制分站进行通信，分站负责泵站传感器数据的上传以及电磁阀的控制。集中控制器与组合开关进行通信，控制组合开关的启停。集中控制器与工作面无线接收站进行通信，无线接收站接收无线遥控器的信号和采煤机的无线信号，并通过总线上传至主机。集控主机与控制计算机之间采用以太网进行通信，计算机显示集控主机的运行状态及参数配置。视频计算机与摄像机进行通信，用于显示工作面的视频信息。

图2 集控主机控制系统

2.3 集中控制系统流程

设备启动的集中控制方式有远控、遥控、就地3种，按照生产开机流程实现三机、泵站一键起停(图3、图4)。

图3 开机初始化流程

3 结 语

锦界煤矿31111综采工作面基于底层的集控系统架构简单，控制层架构少，采用双总线通信，可靠性高，实时性好。各集控子系统互相监控，独立控制，不互相影响，降低了操作风险。除了本安电源外，所有设备均采用接插连接，减少了复杂的设备接线，方便快捷，便于检修。乳化液泵根据压力反馈进行变频调速，可在保证工作面恒压恒流供液的同时，节约用电量30%以上。友好的人机界面为工作人员提供了便捷的操作平台。通过对该矿31111综采工作面集控系统的各子系统功能及系统设计原理的分析，对于类似矿山有一定的借鉴价值。

[1] 杨济溶.基于无线传感器的煤矿安全监控系统研究[J].现代矿业，2016(4)：200-201.

[2] 孟 军.基于ZigBee的煤矿主通风机监控系统设计[J].现代矿业，2015(8)：206-207.

2016-06-14)

呼鹏举(1987—)，男，硕士，719300 陕西省榆林市神木县政法路三排8号。