1 引言

沙章圖煤礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)作為實(shí)現(xiàn)全礦井的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的信息化基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)聯(lián)動(dòng)報(bào)警有效預(yù)防和及時(shí)處理各種突發(fā)事故和自然災(zāi)害，為礦井安全生產(chǎn)提供有效手段，為礦井信息化的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在本規(guī)劃中，礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)作為生產(chǎn)執(zhí)行層，一方面實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)在統(tǒng)一界面下的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，另一方面將歸檔數(shù)據(jù)完整的傳遞到礦井綜合信息平臺(tái)，為生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供設(shè)備動(dòng)態(tài)信息。

2 綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)

在沙章圖礦井井下各綜采工作面設(shè)PLC監(jiān)控站。將工作面設(shè)備配電控制用的電氣組合開(kāi)關(guān)各種電量信號(hào)采集到PLC控制站。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)各個(gè)綜采工作面電量信號(hào)和電液閥動(dòng)作信號(hào)的上傳功能?？刂普就鈿げ捎酶舯刂葡?，控制電源供電選用隔爆電源。

該控制站作為井下綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)與礦井綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的連接橋梁，將該系統(tǒng)接入到礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的井下光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上。在礦井生產(chǎn)調(diào)度指揮中心可觀察到綜采工作面各個(gè)設(shè)備的電量參數(shù)。通訊協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在綜采工作面順槽設(shè)置防爆PLC控制站，主控裝置采用知名品牌PLC?？刂普九渲孟鄳?yīng)的通訊模塊與泵站電控系統(tǒng)和組合開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)預(yù)留通訊接口（如Modbus通訊協(xié)議）進(jìn)行通訊，將組合開(kāi)關(guān)的各種電量信號(hào)采集到PLC控制站。同樣，利用通信模塊將支架、采煤機(jī)等相關(guān)信息采集到PLC控制站?？刂普九渲霉I(yè)以太網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)綜采工作面信息的上傳功能?？刂普就鈿げ捎酶舯刂葡洌刂齐娫垂╇娺x用隔爆電源。

在綜采工作面設(shè)置井下低照度防爆攝像頭，通過(guò)光纜將現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)傳輸?shù)秸{(diào)度中心。

圖1 綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

該控制站作為綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)與礦井綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的連接橋梁，將綜采面監(jiān)控系統(tǒng)接入到礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的井下光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上，通訊協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議。在礦井生產(chǎn)調(diào)度指揮中心可觀察到綜采工作面各個(gè)設(shè)備的電量參數(shù)。

4 系統(tǒng)接入

綜采面監(jiān)控子系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)完成，系統(tǒng)接入工業(yè)以太網(wǎng)（子系統(tǒng)具備工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊直接接入環(huán)網(wǎng)如圖1所示；系統(tǒng)具備Modbus等485接口通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口接入環(huán)網(wǎng)，如圖2所示）。

圖2 綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

5 系統(tǒng)功能

（1）實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)工作面設(shè)備工況及故障并傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心，監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：

1）監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的牽引速度、方向、位置。

2）監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的電機(jī)電流、電機(jī)溫度、缺水信息。

3）測(cè)液壓支架的工作狀況。

4）監(jiān)測(cè)泵站、動(dòng)力中心的工作狀態(tài)、參數(shù)、故障信息。

5）監(jiān)測(cè)刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)。

6）監(jiān)測(cè)被控電機(jī)工作電壓，電流，溫度，啟動(dòng)狀態(tài)，故障狀態(tài)。

7）移動(dòng)變電站信息、組合開(kāi)關(guān)信息。

（2）現(xiàn)場(chǎng)條件具備時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站、液壓支架移架的遠(yuǎn)程控制，可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程啟動(dòng)與停車(chē)。

（3）系統(tǒng)還可以與工作面支架壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊通訊，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)的工作面礦壓情況，并將數(shù)據(jù)上傳。

（4）在地面操作員站顯示實(shí)時(shí)工況圖，在服務(wù)器存儲(chǔ)采集的信息，構(gòu)建歷史數(shù)據(jù)。

（5）在控制中心實(shí)現(xiàn)工作面的設(shè)備信息的WEB發(fā)布。

（6）數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)入1000M環(huán)網(wǎng)，減輕了服務(wù)器的軟件開(kāi)銷(xiāo)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和速度。

6 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)應(yīng)用的上位監(jiān)控如圖3所示。

圖3 綜采工作面系統(tǒng)上位監(jiān)控圖

7 主煤流運(yùn)輸集控系統(tǒng)

沙章圖礦井井下主要運(yùn)輸方式為膠帶機(jī)輸送。主煤流運(yùn)輸集控系統(tǒng)的目的是對(duì)主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的各條皮帶進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)各條皮帶的保護(hù)型號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，并將監(jiān)測(cè)信息傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度指揮中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的集中調(diào)度與指揮。

8 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）膠帶機(jī)控制站

膠帶機(jī)控制站采用礦用隔爆兼本安型控制器?？刂品终就瓿烧麄€(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、信息傳輸及網(wǎng)絡(luò)通訊。

1）裝置有各種繼電器轉(zhuǎn)換板、中間繼電器、接觸器、輸入/輸出隔離板等，用于信號(hào)的轉(zhuǎn)換，輸入信號(hào)的隔離、放大及輸出控制外圍設(shè)備等。對(duì)于本安型控制器還具有本安電源模塊、本安/非本安隔離板等，用于本安/非本安信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

2）控制分站的控制核心器件是可編程序控制器，用于集控、就地、檢修工作方式下，程序控制膠帶機(jī)。PLC有通訊接口模塊，可接入井下1000M工業(yè)以太網(wǎng)，并提供完整的控制變量表，控制系統(tǒng)能夠在線診斷，并且其控制程序可在地面主機(jī)在線下載。

（2）安全保護(hù)

安全保護(hù)系統(tǒng)具有膠帶機(jī)打滑、堆煤、滿倉(cāng)、煤位、超溫灑水、煙霧、溫度、沿線急停、跑偏、斷帶、撕裂和語(yǔ)音系統(tǒng)等多種保護(hù)和裝置。

1）智能跑偏/拉線保護(hù)：對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)行當(dāng)中的跑偏故障進(jìn)行保護(hù)和沿線出現(xiàn)緊急情況時(shí)進(jìn)行緊急停車(chē)。由于選用的智能跑偏/拉線開(kāi)關(guān)，在操縱臺(tái)上可以監(jiān)視到智能跑偏/拉線開(kāi)關(guān)的動(dòng)作位置，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障地點(diǎn)，進(jìn)行處理，恢復(fù)生產(chǎn)。

2）堆煤保護(hù)：監(jiān)測(cè)上煤點(diǎn)是否堵塞，出現(xiàn)故障能控制膠帶機(jī)緊急停車(chē)。

3）煙霧保護(hù)：監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)部因機(jī)械摩擦產(chǎn)生的煙霧，并能提供信號(hào)控制膠帶機(jī)緊急停車(chē)。

4）超溫灑水保護(hù)：對(duì)驅(qū)動(dòng)部發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行停車(chē)，灑水保護(hù)。

5）打滑保護(hù)：膠帶機(jī)上安裝測(cè)速傳感器，連續(xù)監(jiān)測(cè)膠帶機(jī)的速度，并提供打滑保護(hù)信號(hào)。

6）煤位監(jiān)測(cè)：通過(guò)監(jiān)測(cè)傳感器可以連續(xù)監(jiān)測(cè)煤倉(cāng)的煤位信號(hào)。

7）溫度保護(hù)：通過(guò)設(shè)置在電機(jī)上的溫度傳感器可以連續(xù)監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度，并提供溫度超限報(bào)警。

8）斷帶保護(hù)：通過(guò)斷帶保護(hù)傳感器監(jiān)測(cè)膠帶是否斷裂，并能提供信號(hào)控制膠帶機(jī)緊急停車(chē)。

9）撕裂保護(hù)：通過(guò)縱撕保護(hù)傳感器監(jiān)測(cè)膠帶是否縱向撕裂，提供信號(hào)控制膠帶機(jī)緊急停車(chē)。

10）膠帶機(jī)語(yǔ)音電話系統(tǒng)：在膠帶機(jī)沿線單獨(dú)設(shè)有一路電話系統(tǒng)進(jìn)行通話聯(lián)絡(luò)。

順槽皮帶膠帶機(jī)控制系統(tǒng)示意圖如圖4：

圖4 膠帶機(jī)控制系統(tǒng)示意圖

9 系統(tǒng)功能

可以采集或接入各種參數(shù)、保護(hù)信號(hào)、相關(guān)設(shè)施狀態(tài)信號(hào)、并具有擴(kuò)展性。

（1）可以方便定義和修改所有被測(cè)模擬參數(shù)的報(bào)警值、保護(hù)動(dòng)作值。

(2）實(shí)現(xiàn)多路控制輸出，啟動(dòng)或停止有關(guān)設(shè)施（有的輸出帶延時(shí)，且延時(shí)時(shí)間可調(diào)）。

(3）控制功能：

1）啟動(dòng)

啟動(dòng)條件具備時(shí)，接收到啟動(dòng)命令即可開(kāi)啟膠帶。

①啟動(dòng)條件

各種保護(hù)都處于正常狀態(tài)。

膠帶機(jī)相關(guān)設(shè)備狀態(tài)滿足開(kāi)機(jī)條件。

煤倉(cāng)煤位正常，且符合開(kāi)機(jī)條件。

②啟動(dòng)命令

就地控制模式為就地啟動(dòng)按鈕。

遠(yuǎn)程控制模式通過(guò)地面計(jì)算機(jī)啟動(dòng)按鍵。

自動(dòng)控制命令。

在自動(dòng)控制模式下，以主煤流系統(tǒng)各設(shè)備、設(shè)施正常，各種保護(hù)正常，其他相關(guān)信號(hào)滿足啟動(dòng)要求為條件，由地面主控機(jī)直接按程序發(fā)出啟動(dòng)指令。膠帶開(kāi)起來(lái)后，再開(kāi)起給煤機(jī)。

2）停止

分為自動(dòng)停止、手動(dòng)停止和故障停止三種方式。在停膠帶機(jī)前，停止給煤機(jī)。

3）故障停車(chē)

當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作（立即或延時(shí)停）。如：堆煤、跑偏等各種保護(hù)任一種動(dòng)作都要停膠帶機(jī)。

為防止造成膠帶機(jī)上堆煤，當(dāng)煤倉(cāng)煤位需停膠帶機(jī)時(shí)，按從里到外順序延時(shí)停機(jī)。具體高煤位與滿煤位高差多少、T為多長(zhǎng)時(shí)間，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。

4）人工停車(chē)

就地按停止按鈕或遠(yuǎn)程操作停止按鈕時(shí)，停止膠帶機(jī)運(yùn)行。隨后相關(guān)膠帶機(jī)或設(shè)備停止運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)分塊連控，既將整個(gè)煤流系統(tǒng)分為三個(gè)獨(dú)立控制部分，各連控塊之間分別獨(dú)立控制運(yùn)行。

10 系統(tǒng)接入

主煤流運(yùn)輸集控子系統(tǒng)，變頻、軟起部分和皮帶保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)電控系統(tǒng)PLC配置的Modbus模塊接入各個(gè)皮帶控制子系統(tǒng)，各皮帶控制配置工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊，膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)控制中心設(shè)在主井井口房，通過(guò)主井井口房的上位機(jī)直接接入地面工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)；數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)協(xié)議傳輸?shù)秸{(diào)度中心集控室，以O(shè)PC方式實(shí)現(xiàn)與調(diào)度中心通信，實(shí)現(xiàn)集中控制[5]。

11 結(jié)束語(yǔ)

沙章圖礦井將建成一個(gè)統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)、監(jiān)視、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，并充分考慮現(xiàn)有系統(tǒng)和今后其它子系統(tǒng)的接入和整合，從而節(jié)省投資、提高系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)、監(jiān)控礦井地面和井下各工序節(jié)點(diǎn)，可靈活地設(shè)罝監(jiān)控模式，并可進(jìn)行實(shí)時(shí)的高質(zhì)量的視頻流、數(shù)據(jù)流、信息流、語(yǔ)音流的傳輸，方便存儲(chǔ)和檢索，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，全面提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]侯美華.可編程控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用[J].電氣開(kāi)關(guān),2000,(6)

[2]陳帥.基于TCP/IP協(xié)議的分布式遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院，2003

[3]王平，謝昊飛，肖瓊等.工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)［M］.科學(xué)出版社，2007

[4]李寶仁，周磊，周洪.基于ModbusTCP協(xié)議通信節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)床與液壓，2004,（12）

[5]李紅梁.基于OPC的PC與PLC實(shí)時(shí)通訊的LabVIEW實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2003.20（12）:115～118