基于PLC的煤矿井下工作面运输控制系统的研究与设计

任永力　王文杰　焦文锦

【摘 要】随着“机械化换人，自动化减人”战略的持续开展，煤矿工作面向无人、少人化方向发展，工作面设备控制也在向集中控制，远程控制，一键控制方向发展。本文结合煤矿技术人员所掌握的技术特点及黔金煤矿工作面运输系统集控的实际需要，研究了基于PLC的煤矿井下工作面运输控制系统的实现，重点分析了系统的结构，系统已在黔金煤矿实施，达到了减人提效的目标。

【关键词】煤矿;工作面;PLC;自动化;运输控制

中图分类号： TD744 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）15-0022-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.010

0 引言

近年来，各大煤矿企业均在不断强调人才队伍的建设，不断加大人才引进力度，大学生在企业人员占比逐年升高，技术人员素质大幅提高，随着机械化换人自动化减人战略的持续开展，全国自动化程度较高的矿井，如河南能化、潞安集团、平煤集团、兖矿集团、中煤集团下属各矿基本已经进行了工作面运输系统的集中控制系统的建设，但采用的仍是单片机技术，预置工艺流程，处理能力差，允许接入的传感器数量受到极大的限制，与其他系统之间的通讯为总线模式，不能根据后期实际需要进行灵活调整，不利于煤矿综合自动化平台建设，阻碍智能矿山的建设。目前大学工科毕业生基本都掌握PLC编程技术、组态技术。随着煤矿工人中大学生比例的增加，为适应这一变化，提出了基于PLC加以太网传输的煤矿井下工作面运输控制系统，实现综采工作面转载机、破碎机、刮板运输机、顺槽皮带的集中控制。基于PLC的设计大幅提高了系统的可维护性，降低了编程难度，兼顾了现场变频设备的需求，能够更好地满足“机械化换人自动化减人”战略需要，为煤矿安全高效生产、减人提效提供技术保障[1]。同时可以有效提高系统运输和生产效率。

1 系统结构

系统主要由以下几部分组成

1.1 地面集控中心

本部分主要由UPS电源，系统主机，上位机软件，打印机，报警装置组成，实现对工作面运输系统的在线监测及控制，记录设备的开停信息，显示传感器状态，参数异常时能够实现语音报警，并根据报警信息的等级及类型自动下发系统控制指令，确保系统的安全高效运行。

1.2 数据传输

采取了工业现场总线/智能设备相结合的基于交换式工业以太网的煤矿工业控制网络模型[2]，系统主控器与传感器、智能设备及急停电话之间采用总线模式实现数据的传输，主控机与地面主机之间采用工业以太网实现数据传输，主控器作为整个系统的关键设备，向上（与系统主机）利用煤矿的工业以太环网实现通讯，向下（与现场设备）实现沿线急停电话、智能设备、传感器、采集终端之间的总线通讯[3]，终端负责采集终端电压及沿线设备台数、位置，并传送给主控器。系统结构如图1所示。

1.3 现场采集控制单元

工作运输控制系统现场主要由主控器，智能设备，急停电话，采集终端，显示屏等组成，对于设备列车上的设备，传感器采集到信号后直接传递给主控器，对于现场分散的其他设备，传感器采集到信号后就近传递给附近的智能设备，由智能设备传递给主控器，同时主控器监视沿线急停电话的急停开关是否被按下，采集沿线急停电话内的线缆状况模块信息。

主控器作为系统井下控制部分的核心，完成现场信息与地面主机之间的信息交互传递，同时将信息同步给现场的显示屏，实现系统运行状况在井下现场的信息发布。主控器具备无主机工作功能，当主控器采集到需要停车的信号时，主动发出停车命令，同时将停车原因发送给地面集控中心，同时当与地面主机失去联系后，系统能够自动切换到就地模式，确保系统的稳定可靠运行。

1.4 语音预警功能

语音预警包括地面主机预警及工作面现场实施语音报警两个方面。地面主机能够利用音箱全面实时地对故障、报警信息等必要的进行及时的语音播报并将报警需求传递到主控器，由主控器控制井下急停电话进行沿线预警，当井下设备启动和停车前均会将即将执行的指令进行两次语音播报，确保工人及时远离设备，确保安全生产。

2 系统控制方式

系统具有四种控制方式：点动控制、检修控制、就地集控、远程集控。

2.1 点动控制

采取点动控制时，设备之间有连锁关系，当前级设备未启动时，后级设备的操作指令无效，此时传感器参与设备的控制。

2.2 检修控制

采取检修控制模式时，设备之间无连锁关系，此时设备可以自由启停，同时对于多电机的设备，还可以控制单电机运转，此时传感器不参与控制，以满足现场检修的实际需要。

2.3 就地集控

采取就地集控模式时，设备之间有连锁关系，且执行流程模式，只需要按下相应的按钮，则可实现现场设备的流程控制，传感器报警时，系统能够自动流程停车。

2.4 远程集控

采取远程集控模式时，设备之间有连锁关系，且执行流程模式，只需要在地面系统主机上电机功能键，此时会弹出确认画面，点击确认后，现场设备自动流程启停，传感器报警时，系统能够自动流程停车。当主控机发现与系统主机通讯中断时，系统自动切换为就地模式，由主控器控制系统设备的运行。

3 系统功能

系统实现了工作运输系统中的转载机、破碎机、刮板运输机、顺槽皮带的集中控制，逻辑控制，具体功能如下：

4 结语

基于PLC的煤矿井下工作面运输控制系统已在黔金煤矿实施应用，转载机、破碎机、刮板运输机、顺槽皮带的就地及地面集中控制，系统预留了综合自动化平台接入接口。区队技术人员能够根据生产工艺要求灵活调整系统参数，根据现场实际增加或减少参控设备。系统投运后，提高了工作面生产运输连续性，达到了工作面运输系统高效运行的的目标。

【参考文献】

[1]王国法，李占平，张金虎.互联网+大采高工作面智能化升级关键技术[J].煤炭科学技术，2016.

[2]李世银，钱建生，孙彦景，李鹏.煤矿工业以太網网络模型研究及应用[J].华中科技大学学报（自然科学版），2007.

[3]张妍.煤矿井下综采工作面监控系统的研究与实现[D].辽宁工程技术大学，2011.