综采工作面自动化系统集成研究.pdf

第 4 0卷 第 6 期 2 0 1 4年 6月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut oma t i on Vo 1 ． 4 0 NO ． 6 J u n ．2 O 1 4 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 4 0 6 0 0 3 1 0 3 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 0 8 夏护国 ， 宋卫军， 杨宪国． 综采工作面 自动化系统集成研究E J 3 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 6 3 1 3 3 ． 综采工作面 自动化系统集成研究 夏 护 国 ， 宋卫 军 ， 杨 宪国 1 ． 陕煤集团 神南产业发展有限公司 ， 陕西 神木7 1 9 3 0 0 ； 2 ． 陕西煤业股份有限公司 神南矿业公司 ， 陕西 神木7 1 9 3 0 0 摘 要 分析 了综采 工作 面 自动化 系统 已实现 的功 能及 存 在 的 问题 ， 研 究 了综采 工 作 面 自动 化 集成 方 案 ， 对现阶段 实施综采工作 面自动化具有指导意义。 关键 词 综采 工作 面 ；自动 化 集成 ；智能控 制 ； 远 程操 作 中图分类号 T D6 7 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 4 0 5 3 O 0 9 5 2 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ ww w． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d o i ／ 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 0 8 ． h t ml Re s e a r c h o f a u t o ma t i o n s y s t e m i nt e gr a t i o n o f f u l l y me c ha ni z e d c o a l mi n i ng f a c e XI A Hu g u o ， S ONG We i j u n ， YANG Xi a n g u o 1． She nn a n I ndu s t r y De ve l op m e nt Co．，Lt d． ，Sh a a nx i Coa l a nd Che mi c a l I ndu s t r y Gr o up， She n m u 7 1 93 0 0，Chi n a； 2 ． S h e n n a n Mi n i n g Co ． ，Lt d ． ，S h a a n x i Co a l I n d u s t r y Co mp a n y Li mi t e d ，S h e n mu 7 1 9 3 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t The p a pe r a n a l yz e d f un c t i ons a nd pr ob l e ms o f a ut oma t i on s ys t e m of f ul l y m e c ha n i z e d c o a l m i n i ng f a c e ，a n d s t u di e d a ut o m a t i on i n t e g r a t i o n s o l ut i ons of f ul l y me c ha ni z e d c o a l mi ni n g f a c e，whi c h ha d gui di n g s i gni f i c a nc e f or i m p l e me n t a t i o n of a ut o m a t i o n o f f ul l y me c ha n i z e d c o a l m i ni n g f a c e a t t he pr e s e n t st age． Ke y wo r d s f ul l y m e c h a ni z e d c o a l m i n i ng f a c e； a u t o ma t i o n i nt e gr a t i o n； i nt e l l i ge n t c o nt r ol ； r e mot e op e r a t i o n 0引言 了探讨 。 我 国煤炭工业正在 由劳动密集 向资本密集和技 术密集转化， 煤炭生产工艺在实现综合机械化的基 础 上 ， 向遥控 和 自动 化 发 展 。 国 内煤 炭企 业 越来 越 关注生产 自动化 ， 许 多大型煤炭企业率先进行了综 采 工作 面 自动化 生 产 的应 用 探 索 ， 基 本 实 现 了 自动 化 开采 ， 取得 了很 好 的效 果 。 自动 化 工作 面 的 应用 有利于提高工程质量， 降低工人劳动强度 ， 发挥 了先 进设备的效能 ， 提高 了综采工作面的装备水平 ， 为我 国综采工作面 自动化技术 的应用积累了成功的实践 经验。本文分析 了综采工作面 自动化系统 已实现的 功能及存在的问题 ， 并对 自动化系统集成方 案进行 1综 采工 作面 自动 化 系统现 状 1 ． 1 已 买 现 功 能 目前采煤机 、 液压支架 、 刮板输送机 、 转载机、 泵 站 、 移动变电站 、 组合开关等设备本身已经具备 了远 控 、 数 据通 信等 部分 自动 化功 能 ， 并 能 与多种 通信 系 统 和接 口进 行双 向数 据传 输[ 1 ] 。各企 业基 于现 有设 备单机 自动化功能所进行 的综采工作面生产 自动化 集成实践 ， 基本实现了综采工作面 自动化开采 。各 设 备通 过 与液压 支架 电液控 制系统 工作 面巷道 主机 或工作面通信控制系统 进行数据通信 ， 实现信息 共享和联锁控制 ； 液压支架 电液控制系统工作面巷 收稿 日期 2 0 1 3 - 1 0 2 4 ； 修 回日期 2 0 1 4 - 0 3 2 8 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 国家战略性新兴产业发展专项资金计划 发改办高技[ 2 O 1 1 3 2 5 4 8号 。 作者简介 夏护 国 1 9 7 2 一 ， 男 ， 陕西咸 阳人 ， 高级工程师 ， 现从事煤矿设备管理和技术工作 ， E - ma i l x i a h u g u o s o h u ． c o m。 3 2 工矿 自动 化 2 0 1 4年 第 4 0卷 道 主机 或 工作 面通 信控 制 系统 通过 矿井 自动化 系 统的以太网， 将工作 面设备运行参数上传到地 面调 度 中心 ， 实 现综 采工 作 面生产 状况 的实时监 控 。 我 国煤 炭企 业 实现综 采工 作 面 自动化 的一 般做 法 在综采工作面设备招标以后 ， 由矿方组织各设备 供 货 商召 开 自动化 集 成 技 术 联 络会 ， 确 定 工 作 面设 备 自动化集成方案、 通信协议 、 数据接 口等方面存在 的问题 ， 使 每个 供货 商确 定设 备配 置 ， 在工 作 面安装 后 的试 生产 期 间进行 自动化调 试 _ 2 ] 。 目前虽 已基本 实 现 了 自动化 开采 ， 但 还 没 有 真 正 实 现 以 设 备 自动 化 生产 为 主导 、 人工 远 程 干 预 为 辅 助 方 式 的遥 控 采 煤 工作 模式 。 1 ． 2 存在 问题 1 采 煤 机 在 割 通 两 端 头 时 ， 需 采 用 手 动模 式 割 煤 。综采 工 作面 出现 各 种 突 发情 况 时 ， 采 煤 机无 法 自动识别 。 2 支架 自动 跟 机 拉 架 时 ， 拉 架 速 度 与采 煤 机 速 度 不匹 配 、 拉 架 不 到位 、 漏 拉 架 、 顶 梁 不 能 自动调 整 、 传感 器 故障 等 问题对 支架 自动 化影 响较 大 。 3 各设 备通 信协议 、 数 据 接 口不 统 一 ， 煤 炭行 业 没有 相关 综 采工作 面 自动 化 的规程 和技 术标 准 。 4 需 要 由专业 厂 家对 综 采 自动 化 系统 进 行 系 统 研 究和集 成 。 5 需要在支架上安装行程传感器 、 压力传感 器 、 角度传感器等感知支架的状态 ， 防止因支架误动 作 造 成机 械事 故 ， 并 保证 支架 达 到支撑 效果 ， 以实 现 支 架 的智 能控 制功 能 。 6 需要开发集视频、 语音 、 通信为一体 的工作 面 自动化 控制 系统 ， 提 高 远 程 控 制 技 术 和 监 视 系 统 的可靠 性 。 7 需要研制远程操作 台， 可以在 工作面巷道 监控中心 ， 实现对液压支架 、 采煤机等设备的远程控 制， 解决综采工作面设备状态远程精确监视和安全 问题 ， 从 而实现 工作 面 以 自动化生 产 为 主 、 远 程人 工 干预 为辅 的工 作模 式 。 8 需要 开 发工 作面 可视 化 系统 和 三 维仿 真模 拟 系 统 ， 实 现工 作 面设备 运行 的模 拟 仿真 ， 实 时反 映 工作 面 的变化 ， 协 助 司机 完 成 远 程 监 视 和 远 程 控 制 作 、 I 。 2自动 化集成 方 案 综采工作面 自动化集成即以综采工作面智能控 制系统为核心 ， 将采煤机控制系统、 支架电液控制系 统、 工作面“ 三机” 通信控制 系统、 运输控 制系统 、 泵 站 控制 系统 及供 电系 统进 行 集 成 ， 实 现 对 综 合机 械 化采 煤 工作 面设 备 的协调 管理 与集 中控制 [ 。集成 系 统结 构如 图 1所示 。在 地 面调度 中心 建立综 采工 作 面监 测控 制 平 台 ， 实 现 工 作 面 设 备 监 测 、 设 备 诊 断 、 数 据分 析与 数据 发布 等功 能_ 4 ] 。 2 ． 1 液压 支架智 能控 制 系统 该 系 统在 支 架 电液控 制 系 统标 配 基 础上 ， 通 过 增加 多 种传感 器 ， 如接 近 传 感 器 、 倾 角传 感 器 、 测 距 仪 、 护帮板行程传感器 等， 以实现支 架智能控制功 能 。液 压支 架 电液 控 制 系统 配 置 有 支架 控制 器 、 驱 动 器 、 各 种传 感 器 、 信 号转 换 器 、 工 作 面 巷 道监 控 主 机 和地 面监 控 中心服 务器 等 。 2 ． 2 采煤机 智 能控 制 系统 该 系统 通过 工作 面视 频 系统实 现采煤 机定 位及 视 频跟 踪 ； 通过 工作 面 巷 道 远 程操 作 台控 制 采煤 机 的速度 和启 停 ， 使采 煤 机 在 工 作 面按 设 定 工 艺程 序 自动运 行 、 自动 调 高 、 卧底 、 加 速 、 减 速 ； 根 据 工作 面 运 行情 况 ， 人 工 随时 可 以干预 采煤机 运行 ， 从 而实现 对采 煤 机 的远程 人工 干预 j 。 采 煤机 必须 具 备 以下 功能 ① 基 本参 数监 测功 能 ； ② 姿 态 感 知及 控 制 功 能 ； ③ 定 位 功能 ； ④ 智 能 化快速记忆及截割 自动控制功能； ⑤ 主动式采煤机 与运 输系统状 态及运 能的 自适应配合 ， 采煤 机与 液压 支架 自移系统 的 自适应协 调控制 ； ⑥ 急停 闭锁功 能 。 2 ． 3刮板 输送 机 智能控 制 系统 工 作 面刮板 输送 机 、 转载 机 、 破 碎机 采用综 合在 线监测集中控制系统 ， 实现减速器和电动机温度监 测 、 双 速 电动机 降压 启动 、 智 能调速 型液 力耦 合器 软 启 动 、 “ 三机 ” 启 停 和软启 动集 成控 制 、 链 条张 力监测 与智能化机尾伸缩 自动控制、 润滑油在线铁谱分析 、 轴 承在 线振 动检 测 、 转载 机及 破碎 机 自动推 移 、 带式 输 送机 机尾 自动 伸缩 等功 能 。 由采 用手 动操 纵 阀调整 带式输 送机 机尾 的相 对 位 置 ， 改为 电液 自动 控 制 的 系统 。 自动控 制 系 统 根 据 现场 需 要 可 自动 或 手 动 完成 带 式 输 送 机 机 尾 前 移 、 胶 带跑 偏调 整 、 调高 、 转 载机推 移方 向校 正 、 浮 动 托辊组 的高低调整等功能。 2 ． 4 泵 站智 能控 制 系统 泵站控制系统 配置有各种传感器， 用来进行泵 站 的状 态 预 警 与 保 护 ， 具 有 电控 、 液 控 2种 卸 载 功 能 ， 可 实现 乳化 液 泵站 的空 载启停 、 系统 压力 波动 的 最小化及系统瞬间供液最大化、 工作面恒压供液。 2 ． 5 工 作 面巷 道 智 能综合控 制 系统 工作面巷道智能综合控制系统是整个工作面的