采煤工作面设备集中控制系统的研究与应用

摘 要：文章在目前综采工作面控制技术的发展状况和趋势的基础上，研究并设计出符合具体生产工况的集控制、以太网、监测、通信等多种功能的综采工作面设备集中控制系统，通过先进的工业嵌入式计算机（PC104）控制和现场CAN总线技术的应用实现在巷道监控中心对综采设备的集中自动化控制，并且可以通过工业以太网和上位机进行实时通信。实现采煤工作面设备控制的自动化、大大减少人员配置，具有较好的实用性和效益性。

关键词：工作面；设；集中控制；数据传输

引言

煤炭作为我国现阶段的主要能源，《煤炭工业发展十二五规划》中指出要不断提高煤矿设备的大型化、系统自动化和管理信息化水平，目前综采设备发展趋势为大型化、自动化、智能化，设备功率与技术含量不断增加，需要采掘设备对井下恶劣环境的适应能力更强，文章主要研究了用于煤矿井下采煤工作面的集控制、检测、保护、通话、语言报警于一体的控制系统。

1 系统组成及原理框图（如图1所示）

1.1 集控系统组成

（1）主控制器：控制、监测、显示中心。（2）矿用隔爆兼本质安全型电源：用于系统的供电。（3）系列组合扩音电话：可以实现拉线急停、沿线闭锁、通话、预警等功能。（4）系列组合急停闭锁开关：可以实现拉线急停、沿线双向闭锁。（5）系列本安型输入输出：即远程控制分站，也被称为下位机。用于远距离信号采集和远程控制。（6）系列多功能终端：用于一个系统的末端或两个系统之间的尾尾搭接。（7）系列矿用七芯拉力阻燃电缆：带有两层护套、双层屏蔽、两个快速不锈钢插头。（8）矿用远程控制箱：当本系统控制非本安设备时，用于电气隔离转换；提供DC18V本安电源。

1.2 系统功能

工作面设备：破碎机、转载机、前部运输机、后部运输机、各种泵站、组合开关（开关提供本安接点）。实现逆煤流开、顺煤流停。系统具有同煤流方向互相闭锁功能，能有效地杜绝工作面各设备的带载启动。（1）对于工作面运煤设备起停控制，具有电机高低速切换功能，逆煤流启动，顺煤流停车；（2）对于各种泵站的起停控制，并可以对泵的液位和压力进行检测并显示，并根据液位和压力的变化来对泵的电磁阀进行逻辑控制。

2 控制系统功能

具有远程集中控制、就地集中控制、就地检修方式控制、点动方式控制，各控制状态能可靠的切换并运行。采用一根电缆完成综放工作面沿线设备的控制、通话、闭锁、急停、装置供电。

2.1 工作面设备控制

工作面设备：破碎机、转载机、前部运输机、后部运输机、各种泵站、组合开关（开关提供本安接点）。实现逆煤流开、顺煤流停。系统具有同煤流方向互相闭锁功能，能有效地杜绝工作面各设备的带载启动。

（1）对于工作面运煤设备起停控制，具有电机高低速切换功能，逆煤流启动，顺煤流停车；（2）对于各种泵站的起停控制，并可以对泵的液位和压力进行检测并显示，并根据液位和压力的变化来对泵的电磁阀进行逻辑控制。具有远程集中控制、就地集中控制、就地检修方式控制、点动方式控制，各控制状态能可靠的切换并运行。采用一根电缆完成综放工作面沿线设备的控制、通话、闭锁、急停、装置供电。

2.2 语言报警

具有完善的语言报警提示功能，对于设备的起停、沿线闭锁及沿线故障、等都带有语言报警提示和汉字显示设备当时的状态。

2.3 设备故障自诊断显示

通过按下沿线的急停按钮可实现紧急停机，主控器同时显示急停位置。精准的汉字信息显示故障位置、原因，可助操作人员更加简便的观察、处理。

2.4 远程通信及联网数据上传

具有数据通讯功能，可通过自动化环网实现与地面计算机的数据通讯功能，地面通过组态程序实现地面对井下工作面的监测、控制。

通过一台控制器就可以将各个分系统控制和检测的所有设备工作状态和参数传输给井上计算机，在井上计算机进行显示和控制。采煤工作面集控主控器嵌入式计算机带有RS232/485串行接口，具有国际标准的ModBUS开放式通讯协议，能与全矿井监控系统无缝连接。可实现通过地面计算机完成远程集中控制。可实现主控画面的网络发布（公司局域网和Internet），在任何地方都可以利用Web浏览器（如微软公司的IE）实时查看井下现场情况。生产厂家应提供上位机组态监控分析软件。通信距离：最长30公里；通信速率：最大38.4KBps，在10公里时可保证19.2 KBps。

2.5 工作面设备的电流、温度检测

可对受控回路电动机的电流、温度进行检测，当电动机过载时发出语音报警，提示现场工作人员同时也可以调节控制器参数。电动机、减速箱冷却水进行自动控制，温度检测实现对电动机超温进行报警和保护。

2.6 通话电话

（1）采煤工作面集控系统中语音通讯系统，系统组件中的组合语音电话（本质安全型；防护等级IP54）应具有急停闭锁、对讲通话、联络打点、起动预警、通话广播等功能。（2）组合扩音电话功率不小于1.6W；声强107dB（双向放音）；失真度不大于8%；工作电压DC18V（+10%～-25%）；工作电流≤35mA。（3）当系统要在其他巷道延伸使用时，只需在延伸处放置一通话电话就可以完全进行语音通讯，不影响整套设备的运行使用。

2.7 闭锁功能

2.7.1 软件闭锁：按下组合扩音电话或组合急停闭锁开关上的闭锁按钮，可以实现与该沿线闭锁连锁的设备闭锁停机，且在闭锁解除之前不允许其再次启动。（如图2所示）

图2 电话闭锁接线图

2.7.2 强制闭锁：在任何情况和任何地点，通过按下沿线的急停按钮（机械闭锁）可实现紧急停机，所有被控设备立即停车，以保证人身和设备的安全，闭锁按钮任何时候都必须能可靠闭锁设备，使其不能启动。endprint

2.8 分布式控制

在系统中可串接智能输入输出，它本身带有4-12路输入和输出。输出为开关量，可分别单独设定成与闭锁联锁或与闭锁不联锁；输入可接入开关量或模拟量。有了它，只需要一条七芯多屏蔽矿用井下电缆的工作面走向实现控制、通话以及数据通讯，不需从控制器另外布线，就可实现数据远程采集和远程控制。

2.9 源信号输出/输入

基本型：控制器输出20路（开关量）；输入最多48路（开关量/模拟量可选）。

扩展型：串接智能输出/输入后，最多扩展输出140路（开关量）；输入168路（开关量/模拟量可选）。

2.10 停电后的通话

电话带有电池，停电后可正常通话，通话时间大于24小时。电池充电电流：15～35mA；电池容量：500mAh。

2.11 电缆及接插件

在系统中，采用了七芯双屏蔽双护套强拉力阻燃电缆，接插件采用专利技术并镀金处理，接插件外壳为精铸不锈钢，插头、插座采用“U”型销（防护等级IP67）快速连接。

3 系统方案配置

3.1 工作面的基本情况

大屯公司7709工作面长度为250米，工作面移动变电站及破碎机、转载机、前后部运输机的电机开关均安装在溜尾的方向，工作面的各被控设备为：破碎机、转载机、前后部运输机和泵站（最多至10台）。

3.2 工作面配置说明

根据以上要求，做以下配置：（1）主控制器一台，安装于工作面开关车移动变电站附近，用于工作面各被控设备的控制、显示等。（2）矿用隔爆兼本安电源箱一台，用于工作面的主控制器系统供电。（3）从工作面的型主控制器开始，从CS1沿线连出一条200米长的MHYBV-7-1-X30型带插头七芯屏蔽阻燃拉力电缆（以下简称七芯电缆），电缆另一端接一台带闭锁扩音电话（此扩音电话安装在泵站），从该电话向下再接一条100米带插头七芯电缆，直到溜尾。（4）在溜尾安装一台多功能电话，其上有2个按钮，可分别用于工作面的喊话与打点预警功能。（5）从溜尾多功能电话开始，在250米的工作面沿线中，每隔15米（十架）安装一台带闭锁电话，电话之间用25米的MHYBV-7-1-X25拉力电缆连接（每架余量一米），直到溜头。（6）在溜头，安装一台多功能电话，同样实现总停及前、后部运输机的单停。（7）在转载机头附近安装一台多功能电话，可实现总停及破碎机、转载机的单停。（8）在转载机头的多功能电话后插上1件多功能终端实现沿线信号的终端检测与对控制台检测信号返回应答。

3.3 系统配置图

根据以上要求，下面给出一个系统用于工作面及皮带沿线的配置图。（如图3所示）

图3 配置图

4 结束语

文章研究的基于采煤工作面设备集中控制系统经过在煤矿生产中的实际应用表明：（1）采用分布式控制系统结构，信息共享，结构合理，提高设备运行效率和生产率，达到减人提效的目的。（2）操作便捷，维护简单；维修人员能从系统了解到尽可能多的故障提示，从而提高故障排查速度。

参考文献

[1]使用说明书.天津华宁KTC101通讯、控制一体化系统使用说明书[S].

[2]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）：14-21.

[3]孙永才，吴永祥.基于ARM和工业以太网的变电所监控系统设计[J].煤矿机械，2010，31（2）：23-25.

[4]张翠云，王福中.基于RS-485总线的煤矿井下供电远程监控系统[J].矿山机械，2007，35（5）：120-121.

作者简介：魏洋（1988-），男，汉族，陕西西安人，任职于中煤上海大屯能源股份有限公司，从事设备技术管理工作。endprint

2.8 分布式控制

在系统中可串接智能输入输出，它本身带有4-12路输入和输出。输出为开关量，可分别单独设定成与闭锁联锁或与闭锁不联锁；输入可接入开关量或模拟量。有了它，只需要一条七芯多屏蔽矿用井下电缆的工作面走向实现控制、通话以及数据通讯，不需从控制器另外布线，就可实现数据远程采集和远程控制。

2.9 源信号输出/输入

基本型：控制器输出20路（开关量）；输入最多48路（开关量/模拟量可选）。

扩展型：串接智能输出/输入后，最多扩展输出140路（开关量）；输入168路（开关量/模拟量可选）。

2.10 停电后的通话

电话带有电池，停电后可正常通话，通话时间大于24小时。电池充电电流：15～35mA；电池容量：500mAh。

2.11 电缆及接插件

在系统中，采用了七芯双屏蔽双护套强拉力阻燃电缆，接插件采用专利技术并镀金处理，接插件外壳为精铸不锈钢，插头、插座采用“U”型销（防护等级IP67）快速连接。

3 系统方案配置

3.1 工作面的基本情况

大屯公司7709工作面长度为250米，工作面移动变电站及破碎机、转载机、前后部运输机的电机开关均安装在溜尾的方向，工作面的各被控设备为：破碎机、转载机、前后部运输机和泵站（最多至10台）。

3.2 工作面配置说明

根据以上要求，做以下配置：（1）主控制器一台，安装于工作面开关车移动变电站附近，用于工作面各被控设备的控制、显示等。（2）矿用隔爆兼本安电源箱一台，用于工作面的主控制器系统供电。（3）从工作面的型主控制器开始，从CS1沿线连出一条200米长的MHYBV-7-1-X30型带插头七芯屏蔽阻燃拉力电缆（以下简称七芯电缆），电缆另一端接一台带闭锁扩音电话（此扩音电话安装在泵站），从该电话向下再接一条100米带插头七芯电缆，直到溜尾。（4）在溜尾安装一台多功能电话，其上有2个按钮，可分别用于工作面的喊话与打点预警功能。（5）从溜尾多功能电话开始，在250米的工作面沿线中，每隔15米（十架）安装一台带闭锁电话，电话之间用25米的MHYBV-7-1-X25拉力电缆连接（每架余量一米），直到溜头。（6）在溜头，安装一台多功能电话，同样实现总停及前、后部运输机的单停。（7）在转载机头附近安装一台多功能电话，可实现总停及破碎机、转载机的单停。（8）在转载机头的多功能电话后插上1件多功能终端实现沿线信号的终端检测与对控制台检测信号返回应答。

3.3 系统配置图

根据以上要求，下面给出一个系统用于工作面及皮带沿线的配置图。（如图3所示）

图3 配置图

4 结束语

文章研究的基于采煤工作面设备集中控制系统经过在煤矿生产中的实际应用表明：（1）采用分布式控制系统结构，信息共享，结构合理，提高设备运行效率和生产率，达到减人提效的目的。（2）操作便捷，维护简单；维修人员能从系统了解到尽可能多的故障提示，从而提高故障排查速度。

参考文献

[1]使用说明书.天津华宁KTC101通讯、控制一体化系统使用说明书[S].

[2]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）：14-21.

[3]孙永才，吴永祥.基于ARM和工业以太网的变电所监控系统设计[J].煤矿机械，2010，31（2）：23-25.

[4]张翠云，王福中.基于RS-485总线的煤矿井下供电远程监控系统[J].矿山机械，2007，35（5）：120-121.

作者简介：魏洋（1988-），男，汉族，陕西西安人，任职于中煤上海大屯能源股份有限公司，从事设备技术管理工作。endprint

2.8 分布式控制

在系统中可串接智能输入输出，它本身带有4-12路输入和输出。输出为开关量，可分别单独设定成与闭锁联锁或与闭锁不联锁；输入可接入开关量或模拟量。有了它，只需要一条七芯多屏蔽矿用井下电缆的工作面走向实现控制、通话以及数据通讯，不需从控制器另外布线，就可实现数据远程采集和远程控制。

2.9 源信号输出/输入

基本型：控制器输出20路（开关量）；输入最多48路（开关量/模拟量可选）。

扩展型：串接智能输出/输入后，最多扩展输出140路（开关量）；输入168路（开关量/模拟量可选）。

2.10 停电后的通话

电话带有电池，停电后可正常通话，通话时间大于24小时。电池充电电流：15～35mA；电池容量：500mAh。

2.11 电缆及接插件

在系统中，采用了七芯双屏蔽双护套强拉力阻燃电缆，接插件采用专利技术并镀金处理，接插件外壳为精铸不锈钢，插头、插座采用“U”型销（防护等级IP67）快速连接。

3 系统方案配置

3.1 工作面的基本情况

大屯公司7709工作面长度为250米，工作面移动变电站及破碎机、转载机、前后部运输机的电机开关均安装在溜尾的方向，工作面的各被控设备为：破碎机、转载机、前后部运输机和泵站（最多至10台）。

3.2 工作面配置说明

根据以上要求，做以下配置：（1）主控制器一台，安装于工作面开关车移动变电站附近，用于工作面各被控设备的控制、显示等。（2）矿用隔爆兼本安电源箱一台，用于工作面的主控制器系统供电。（3）从工作面的型主控制器开始，从CS1沿线连出一条200米长的MHYBV-7-1-X30型带插头七芯屏蔽阻燃拉力电缆（以下简称七芯电缆），电缆另一端接一台带闭锁扩音电话（此扩音电话安装在泵站），从该电话向下再接一条100米带插头七芯电缆，直到溜尾。（4）在溜尾安装一台多功能电话，其上有2个按钮，可分别用于工作面的喊话与打点预警功能。（5）从溜尾多功能电话开始，在250米的工作面沿线中，每隔15米（十架）安装一台带闭锁电话，电话之间用25米的MHYBV-7-1-X25拉力电缆连接（每架余量一米），直到溜头。（6）在溜头，安装一台多功能电话，同样实现总停及前、后部运输机的单停。（7）在转载机头附近安装一台多功能电话，可实现总停及破碎机、转载机的单停。（8）在转载机头的多功能电话后插上1件多功能终端实现沿线信号的终端检测与对控制台检测信号返回应答。

3.3 系统配置图

根据以上要求，下面给出一个系统用于工作面及皮带沿线的配置图。（如图3所示）

图3 配置图

4 结束语

文章研究的基于采煤工作面设备集中控制系统经过在煤矿生产中的实际应用表明：（1）采用分布式控制系统结构，信息共享，结构合理，提高设备运行效率和生产率，达到减人提效的目的。（2）操作便捷，维护简单；维修人员能从系统了解到尽可能多的故障提示，从而提高故障排查速度。

参考文献

[1]使用说明书.天津华宁KTC101通讯、控制一体化系统使用说明书[S].

[2]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）：14-21.

[3]孙永才，吴永祥.基于ARM和工业以太网的变电所监控系统设计[J].煤矿机械，2010，31（2）：23-25.

[4]张翠云，王福中.基于RS-485总线的煤矿井下供电远程监控系统[J].矿山机械，2007，35（5）：120-121.

作者简介：魏洋（1988-），男，汉族，陕西西安人，任职于中煤上海大屯能源股份有限公司，从事设备技术管理工作。endprint