自动化控制系统在煤矿综采的应用

自动化控制系统在煤矿综采的应用

摘要：针对自动化控制系统在煤矿综采工作面中的应用开展分析。综合运用现场总线、工业以太网和PAC等技术，设计了一种综采自动化控制系统。对该系统的构成和功能进行了全面分析。通过该系统的应用能实现对综采作业面设备的有效集中控制，为矿井生产效率和作业安全的提升提供帮助。

关键词：矿井；综采；自动化控制；功能

伴随着中国煤炭生产设备制造工艺的不断发展，矿井综采作业设备的自动化程度显著提升，单体设备的自动化与半自动化运行已基本达成。但针对整个回采作业面设备的协同自动化运行仍处于探索阶段。针对这一不足，综合运用现场总线、工业以太网和PAC（可编程自动化控制器）等技术，设计一种综采自动化控制系统，为生产作业的更加高效开展提供帮助。

1综采自动化控制系统构成

综采作业中所涉及的主要控制系统包括带式运输机控制系统、“三机”（刮板运输机、转载机和破碎机）控制系统、泵站控制系统、采煤机控制系统及液压支架控制系统等。其中“三机”控制系统主控器同时充当作业面集控系统主控制器，借由现场总线和以太网协议对整个回采面的设备信息进行集成处理，从而实现对作业面设备的统一协调控制[1]。图1为综采面自动化控制系统结构示意图。系统中带式运输机控制系统依据传动装置的不同构成也有所差异。采用液力耦合装置进行传动时，通常传动装置配设专用的控制系统；采用CST（可控启动传输）时，运输机借助干接点和总线通讯的方式向CST控制系统发送操控指令，并会对故障信息进行自动采集；采用变频驱动时，带式运输机控制系统往往借助现场总线对变频装置运行参数进行收集，并借助接点向变频器发送操控指令。同带式运输机相连的配电设备通常借助RTU（远程测控终端）通讯协议与带式运输控制系统进行通讯，并接收其所发出的指令。带式运输机运输沿线所采集的各类传感信号的集成通常由其控制系统借助RS485现场总线系统进行传输。此外，带式运输机控制系统借助工业以太网和OPC通讯协议与地面中央机房进行信息的互通[2-3]。图2为带式运输机控制系统结构示意图。综采作业中“三机”控制系统在构成上除去刮板运输机端部和转载机机头配设辅助控制器以外，其同采用液力耦合装置传动的带式运输机控制系统构成基本相同。综采工作面泵站电机设备采取直接启动的操控方式，各测量值采集方式同带式运输机沿线保护和其他传感器信息集成方式基本相同，其主控设备采用小型号的可编程控制器[4]。

2综采自动化控制系统功能

2.1带式运输机控制系统

采用可编程自动化控制系统对运输机的运行过程进行操控并对各个参数进行监测，对象主要包括供电、驱动、制动、张紧、保护等。同时，借助上位机组态软件对带式运输机运行状态和故障信息实施监控。其监控的内容包括带式运输机运行中的各种保护功能发挥、运行相关的测量值和相关配套设备的动作及状态等。运行时，带式运输机控制系统具有四种运行模式，分别为自动、半自动、远程和检修。其中自动模式下，系统可对运行条件进行自动检测，当满足时便可控制带式运输机自行启动。而当系统检测到运行条件不完全或系统存在故障信息时，便会立即控制带式运输机停止运行。这种模式下各保护与闭锁功能均时刻处于运行状态。在半自动模式下，当所有启动条件满足后，作业人员按下启动按钮，随后运输机会依照同自动模式一样的步骤启动，而且这种模式下运输机的各项监测与保护功能同样有效。远程操作模式下，系统只有获得地面控制中心所发出的启动指令后，才会启动运行。检修模式下，系统只能点动且运行时间需要提前进行设定，一旦运行超过预设时间则需要重新点动。在这种模式下只有停止、急停和制动三个功能发挥作用，其他监测与保护功能全部无法发挥功效[5]。

2.2泵站控制系统

泵站系统选用紧凑型的小型可编程控制器充当主控装置对泵站的运行进行操控和监测。其控制对象主要包括乳化液泵和喷雾泵。运行时，上位机组态软件会对泵站运行状态和故障信息进行实时监控。所监控的内容主要为泵站出口压力、水箱水位、乳化液液位、油箱温度等。运行时，泵站控制系统同样具有四种运行模式，分别为自动、半自动、远程和检修。其中，自动模式下，系统会自行根据作业面移架方式和采煤机运行信号，结合预设的运行模式对泵的运行数量进行选择设定，同时依据泵站输出压力借助电磁阀进行自动加卸载。半自动模式下，系统需要通过工作人员手动操控对水泵运行数量进行控制，并基于预设的压力范围进行自动加卸载。在远程模式下，系统只有收到作业面集控系统主控器或地面机房所发出的信号后才会运行启动。在上述三种模式中泵站的各项保护功能和闭锁功能均处于运行状态。而在检修模式下，系统只能借助现场的多位开关进行点动处理，且各类保护与闭锁功能不发挥功效。

2.3三机控制系统

“三机”控制系统同样采用可编程自动化控制系统进行控制，其运行模式除去自动、半自动、远程和检修四种外，还可通过辅助控制装置对“三机”分别进行独立的自动操控和设备检修。在自动模式下，“三机”系统采取轮询启动的方法，在自身启动条件满足且获得带式运输机运行信号的情况下，方能自启动运行。在半自动模式下，除去转载机正常运行的同时需要手动发送刮板运输机启动信号。在远程模式下，除去需要地面控制中心发送运行允许信号外，其他同自动模式完全一样。在上述三种模式下，系统的各项保护与闭锁功能均会持续运行，一旦发现任何运行异常现象，整个系统均会停止运行。在检修模式下，转载机与刮板运输机能进行解锁运行，同时通过可编程控制器和辅助控制器对转载机与刮板运输机进行反转点动操作。此外，在该模式下能对系统内的任一单独设备或电机进行点动控制，而系统除去急停功能仍发挥作用以外其他保护与监测功能均失效。

3结语

综采作业面自动化控制系统的有效构建，能在提高系统设备运行效率的同时，降低设备故障发生概率并降低工人作业强度，对于提升矿井生产综合效益和生产安全意义重大。矿井管理者必须重视相关问题，积极组织专业技术力量开展技术攻关，为矿井现代化建设的发展提供坚实保障。

参考文献：

［1］梁海权，黄金福，刘明华，等.综采工作面自动化控制系统在苍村煤矿的应用［J］.机电工程技术，2015，44(9)：91-93.

［2］田华，陈新川，罗洪波，等.急倾斜特厚煤层综放工作面综采自动化控制设计与应用［J］.中国煤炭，2015，41(8)：85-88.

［3］孙丙科，何勇华.综采工作面自动化控制系统设计与应用［J］.工矿自动化，2014，40(1)：84-86.

［4］黄曾华，苗建军.综采工作面设备集中控制技术的应用研究［J］.煤炭科学技术，2013，41(11)：14-17.

［5］黄曾华.综采工作面自动化控制技术的应用现状与发展趋势［J］.工矿自动化，2013，39(10)：17-21.

作者：屈有剑 单位：同煤集团同发东周窑煤业有限公司