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[摘 要]本文着重介绍了锦界煤矿31111综采工作面集中控制系统（以下简称集控系统）的设计及应用情况，综采工作面机电设备集中控制系统，将综采工作面多个系统集中控制，集中监测，保证了综采工作面生产系统安全可靠运行，提高煤矿综采工作面生产的效率、降低工作人员的劳动强度，多岗合一，减员增效。同时本文分析了综采工作面自动化控制系统在实践过程中存在的问题，并对自动化系统集成方案进行了探讨。
[关键词]综采工作面 自动化 集中控制 记忆割煤 自动拉架
中图分类号：TD：823197 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0089-03
1 前言
随着信息技术的不断发展，多个系统分散管理、分散控制使得操作和管理越来越不方便，将多个系统集中到一个平台进行控制是综采工作面控制的发展方向。实现综采工作面设备的集中控制，可有效提高矿井的供电安全、设备的高效管理，促进煤矿高产高效。同时为了更大程度上提高矿井安全生产的水平，煤矿综采工作面集中监测与控制的实现也至关重要。
目前，煤炭行业进入产能过剩、市场疲软和转型发展新时期，面对生产成本管控的压力，同时为了进一步提高综采工作面自动化水平，锦界煤矿对31111综采工作面采煤机、液压支架、刮板运输机、破碎机、液压泵站、喷雾泵以及供电系统进行改造，实现集中控制、远程遥控控制、设备保护、系统故障自检、紧急停机闭锁、工作面及运输顺槽无线通讯等功能。同时多岗位合并，实现员工一岗多能，达到减员增效的目的。
2 锦界煤矿31111综采工作面简况
31111综采工作面工作面长度243米，推进长度3871.8米，机头、机尾高度差3米，采高范围2.92-3.5米，平均采高3.23米，顺槽剖面煤层厚度范围3.1-3.27米。31111综采工作面采用JOY 7LS6C/LWS638采煤机：装机总功率2125KW、牵引速度0-33m/min、生产能力3500t/h；三机采用天明变频三机：刮板机功率2*1000KW，转载机功率500KW，破碎机功率400KW；液压泵站采用卡马特K35055M（K16065M）型泵站：乳化泵功率4*315KW、喷雾泵功率3*160KW。
锦界煤矿31111综采工作面主要集控设备列表如下：
3 集控系统方案
锦界煤矿31111综采工作面集中控制系统，对整个工作面的底层设备进行彻底改造，对整个综采工作面的控制系统进行重新部署， 实现现场控制与集控调度管理合成一体。综采机头马蒂尔处设置集控控制室，安装本安型集控主机和隔爆兼本安型数据服务器，实现对供电、三机、泵站、煤机、通信、排水等设备一体化监控。同时引入马蒂尔集中操控与无线遥控，实现马蒂尔处三岗合一以及人员的巡检控制，可减少操作工2名（1名控制台电工、1名机头监控人员），减少现场电缆敷设50%，减少顺槽主控设备6台，实现全工作面及设备列车供电、三机、泵站、煤机、通信、排水等系统的无线遥控。系统架构简单，控制层架构少，采用的双总线通信技术，可靠性高，实时性好。集控子系统互相监控，独立控制，不互相影响，降低了操作风险。集控系统设备，除了本安电源外，所有设备均采用接插连接，减少设备复杂的接线，方便快捷，便于检修。乳化液泵根据压力反馈进行变频调速，保证工作面恒压恒流供液的同时节约用电30%以上。同时集控台人机界面为工作人员提供了便捷的操作平台。
3.1 集控系統硬件组成
工作面集控系统是由 KXH18（H）矿用本安型可编程控制器、KJD127（B）矿用隔爆兼本安型计算机组成，在泵站系统、运输机、破碎机等设备上安装KXH18（G）矿用本安型模块化控制器，同时配套DXJ127/18 矿用隔爆兼本安型直流电源，KTK16（D） 矿用本安型急停扩播电话、KHJ16 矿用本安型急停闭锁、KZC127 矿用隔爆兼本安型信号转换器。三机（转载机、破碎机、刮板运输机）控制遥控器，泵站系统、供电系统远程操控器、煤机控制器均采用FYF35 矿用本安型遥控发射机。
3.2 集控系统设计原理
锦界煤矿31111综采工作面采用德国倍福（Beckhoff）PLC进行集中控制，控制箱内的集控主机集成了CAN、I2C、Mod-bus三个现场总线，集中控制器与工作面各个控制模块采用低速CAN总线连接，与三机冷却分站进行通信，三机的传感器就近接入分站，分站通过数据转换和通信将数据传输给集控主机。与控制台操作部分采用高速CAN总线，与显示模块之间采用I2C总线进行集中显示，同时以太网连接一台防爆电脑实现组态画面集中显示。
三机的传感器就近接入KXH18（G）控制分站，采集三机运行数据，冷却状况以及返回信号，分站通过数据转换和通信将数据传输给集控主机。集中控制器与液压泵站控制分站进行通信，分站负责泵站传感器数据的上传以及电磁阀的控制，具体功能有：①集中控制器与组合开关进行通信，控制组合开关的启停。②集中控制器与工作面无线接收站进行通信，无线接收站接收无线遥控器的信号和采煤机的无线信号，并通过总线上传至主机。③集控主机与控制计算机之间采用以太网进行通信。计算机对集控主机进行状态显示和参数配置。④视频计算机与摄像机进行通信，用于显示工作面的视频信息。⑤与控制计算机通过交换机连接，并上传到井下一台环网交换机，通过交换机上传至地面服务器。
3.3 集控系统控制流程
集中控制起动设备有远控、遥控、就地三种模式，按照生产开机流程实现三机、泵站一键起停。
4 集控系统各子系统设计功能
集中控制系统又称中央控制系统，是指通过一定的专用控制设备，与各类终端、系统设备进行通讯，并根据现场需求任意定制流程和人机交互界面，从而达到控制和操作简单化的目的。
锦界煤矿31111工作面集控系统实现从综采工作面底层设备的集成控制，集成操作及集中数据记录。集控主机负责现场的控制，计算机负责现场运行状态的显示，分站用于现场的数据采集与控制。图4为31111综采工作面集中控制系统图。设计的各子系统主要实现以下功能： 4.1 工作面控制系统功能
整个综采工作面三机、泵站、开关、移变、工作面语音通信及闭锁采用一个平台集中监控，实现设备的集中控制、联动控制、遥控控制、远程数据监控；
（1） 通过对采煤机电控系统的改造，同时在工作面加装无线通讯模块，进而实现在集中控制台对煤机进行远程无线控制。采煤机控制系统与支架的电液控系统配合实现自动跟机移架，完成系统所需的参数调用等。该系统直接与液压控制系统相连，并进行数据通讯。采煤机的数据通过液压控制系统上传至地面，在地面能调用采煤机的运行和故障参数。该系统还需具备对工作面刮板运输机的负荷量的连续监测，随时监视其工作状况，在发生超负荷时（如：当刮板运输机发生超负荷时），可放慢采煤机的牵引速度，减少煤量，实现连续工作。
（2）工作面三机一键启停，工作面三机启停时，按照系统设定逻辑实现破碎机、转载机、刮板运输机启停。并具有三机冷却水自动控制功能，工作面三机起动时，驱动电机冷却水阀门自动开启，对电机进行冷却，三机停止时冷却水自动停止。
（3）工作面实现工作面语言全覆盖，并实现工作面紧急广播功能。工作面集控中心集成调度电话功能，当遇到紧急情况，该电话拨通时，工作面沿线扩音电话均可听到电话广播内容。
（4）转载机防压死功能。刮板运输机根据监测转载机的负载电流变化情况，实现转载机过载时刮板机自动停机.
（5）采煤机与液压支架联动控制，煤机根据记忆轨迹实现自动割煤，同时支架通过检测煤机位置实现自动拉架、收护帮板等动作。
（6）马蒂尔集中控制功能。运输机机头机尾及马蒂儿出料口各安装一台高清摄像机及相关组件，在马蒂儿处设置集中监控室，实现工作面所有设备的远程设置、远程监控、无线遥控等功能。将马蒂儿司机、机头看护工、控制台电工“三岗合一”。
4.2 泵站控制系统
通过集控系统的改造，实现对现有卡玛特泵站和雷波泵站的传感器级控制，通过对乳化液泵的运行状态、油温、水压、液位、出液总管压力等数据的实时监测，实现泵站运行时间均衡控制，均匀磨损。通过压力反馈信號实现乳化泵的自动卸载、加载，变频泵站的自动调速，泵站的工作面内闭锁，爆管检测和故障泵站的自动投切。另外工作面内增加乳化液泵急停闭锁，工作面遇到锦界情况时，在综采工作面可直接急停乳化液泵。
4.3 供电及无线通信系统
31111综采工作面安装7台，顺槽安装4台无线通讯综合分站，采用无线综合分站内部组网的方式对工作面及顺槽控制信号的全覆盖，无线通讯分站之间采用标准插口，安装方便快捷。
供电系统实现了主控制器与各类负荷开关的通信，实现移变、组合开关电压、电流、运行状态等实时数据的在线监测，历史故障数据的存储，组合开关的
[关键词]综采工作面 自动化 集中控制 记忆割煤 自动拉架
中图分类号：TD：823197 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0089-03
1 前言
随着信息技术的不断发展，多个系统分散管理、分散控制使得操作和管理越来越不方便，将多个系统集中到一个平台进行控制是综采工作面控制的发展方向。实现综采工作面设备的集中控制，可有效提高矿井的供电安全、设备的高效管理，促进煤矿高产高效。同时为了更大程度上提高矿井安全生产的水平，煤矿综采工作面集中监测与控制的实现也至关重要。
目前，煤炭行业进入产能过剩、市场疲软和转型发展新时期，面对生产成本管控的压力，同时为了进一步提高综采工作面自动化水平，锦界煤矿对31111综采工作面采煤机、液压支架、刮板运输机、破碎机、液压泵站、喷雾泵以及供电系统进行改造，实现集中控制、远程遥控控制、设备保护、系统故障自检、紧急停机闭锁、工作面及运输顺槽无线通讯等功能。同时多岗位合并，实现员工一岗多能，达到减员增效的目的。
2 锦界煤矿31111综采工作面简况
31111综采工作面工作面长度243米，推进长度3871.8米，机头、机尾高度差3米，采高范围2.92-3.5米，平均采高3.23米，顺槽剖面煤层厚度范围3.1-3.27米。31111综采工作面采用JOY 7LS6C/LWS638采煤机：装机总功率2125KW、牵引速度0-33m/min、生产能力3500t/h；三机采用天明变频三机：刮板机功率2*1000KW，转载机功率500KW，破碎机功率400KW；液压泵站采用卡马特K35055M（K16065M）型泵站：乳化泵功率4*315KW、喷雾泵功率3*160KW。
锦界煤矿31111综采工作面主要集控设备列表如下：
3 集控系统方案
锦界煤矿31111综采工作面集中控制系统，对整个工作面的底层设备进行彻底改造，对整个综采工作面的控制系统进行重新部署， 实现现场控制与集控调度管理合成一体。综采机头马蒂尔处设置集控控制室，安装本安型集控主机和隔爆兼本安型数据服务器，实现对供电、三机、泵站、煤机、通信、排水等设备一体化监控。同时引入马蒂尔集中操控与无线遥控，实现马蒂尔处三岗合一以及人员的巡检控制，可减少操作工2名（1名控制台电工、1名机头监控人员），减少现场电缆敷设50%，减少顺槽主控设备6台，实现全工作面及设备列车供电、三机、泵站、煤机、通信、排水等系统的无线遥控。系统架构简单，控制层架构少，采用的双总线通信技术，可靠性高，实时性好。集控子系统互相监控，独立控制，不互相影响，降低了操作风险。集控系统设备，除了本安电源外，所有设备均采用接插连接，减少设备复杂的接线，方便快捷，便于检修。乳化液泵根据压力反馈进行变频调速，保证工作面恒压恒流供液的同时节约用电30%以上。同时集控台人机界面为工作人员提供了便捷的操作平台。
3.1 集控系統硬件组成
工作面集控系统是由 KXH18（H）矿用本安型可编程控制器、KJD127（B）矿用隔爆兼本安型计算机组成，在泵站系统、运输机、破碎机等设备上安装KXH18（G）矿用本安型模块化控制器，同时配套DXJ127/18 矿用隔爆兼本安型直流电源，KTK16（D） 矿用本安型急停扩播电话、KHJ16 矿用本安型急停闭锁、KZC127 矿用隔爆兼本安型信号转换器。三机（转载机、破碎机、刮板运输机）控制遥控器，泵站系统、供电系统远程操控器、煤机控制器均采用FYF35 矿用本安型遥控发射机。
3.2 集控系统设计原理
锦界煤矿31111综采工作面采用德国倍福（Beckhoff）PLC进行集中控制，控制箱内的集控主机集成了CAN、I2C、Mod-bus三个现场总线，集中控制器与工作面各个控制模块采用低速CAN总线连接，与三机冷却分站进行通信，三机的传感器就近接入分站，分站通过数据转换和通信将数据传输给集控主机。与控制台操作部分采用高速CAN总线，与显示模块之间采用I2C总线进行集中显示，同时以太网连接一台防爆电脑实现组态画面集中显示。
三机的传感器就近接入KXH18（G）控制分站，采集三机运行数据，冷却状况以及返回信号，分站通过数据转换和通信将数据传输给集控主机。集中控制器与液压泵站控制分站进行通信，分站负责泵站传感器数据的上传以及电磁阀的控制，具体功能有：①集中控制器与组合开关进行通信，控制组合开关的启停。②集中控制器与工作面无线接收站进行通信，无线接收站接收无线遥控器的信号和采煤机的无线信号，并通过总线上传至主机。③集控主机与控制计算机之间采用以太网进行通信。计算机对集控主机进行状态显示和参数配置。④视频计算机与摄像机进行通信，用于显示工作面的视频信息。⑤与控制计算机通过交换机连接，并上传到井下一台环网交换机，通过交换机上传至地面服务器。
3.3 集控系统控制流程
集中控制起动设备有远控、遥控、就地三种模式，按照生产开机流程实现三机、泵站一键起停。
4 集控系统各子系统设计功能
集中控制系统又称中央控制系统，是指通过一定的专用控制设备，与各类终端、系统设备进行通讯，并根据现场需求任意定制流程和人机交互界面，从而达到控制和操作简单化的目的。
锦界煤矿31111工作面集控系统实现从综采工作面底层设备的集成控制，集成操作及集中数据记录。集控主机负责现场的控制，计算机负责现场运行状态的显示，分站用于现场的数据采集与控制。图4为31111综采工作面集中控制系统图。设计的各子系统主要实现以下功能： 4.1 工作面控制系统功能
整个综采工作面三机、泵站、开关、移变、工作面语音通信及闭锁采用一个平台集中监控，实现设备的集中控制、联动控制、遥控控制、远程数据监控；
（1） 通过对采煤机电控系统的改造，同时在工作面加装无线通讯模块，进而实现在集中控制台对煤机进行远程无线控制。采煤机控制系统与支架的电液控系统配合实现自动跟机移架，完成系统所需的参数调用等。该系统直接与液压控制系统相连，并进行数据通讯。采煤机的数据通过液压控制系统上传至地面，在地面能调用采煤机的运行和故障参数。该系统还需具备对工作面刮板运输机的负荷量的连续监测，随时监视其工作状况，在发生超负荷时（如：当刮板运输机发生超负荷时），可放慢采煤机的牵引速度，减少煤量，实现连续工作。
（2）工作面三机一键启停，工作面三机启停时，按照系统设定逻辑实现破碎机、转载机、刮板运输机启停。并具有三机冷却水自动控制功能，工作面三机起动时，驱动电机冷却水阀门自动开启，对电机进行冷却，三机停止时冷却水自动停止。
（3）工作面实现工作面语言全覆盖，并实现工作面紧急广播功能。工作面集控中心集成调度电话功能，当遇到紧急情况，该电话拨通时，工作面沿线扩音电话均可听到电话广播内容。
（4）转载机防压死功能。刮板运输机根据监测转载机的负载电流变化情况，实现转载机过载时刮板机自动停机.
（5）采煤机与液压支架联动控制，煤机根据记忆轨迹实现自动割煤，同时支架通过检测煤机位置实现自动拉架、收护帮板等动作。
（6）马蒂尔集中控制功能。运输机机头机尾及马蒂儿出料口各安装一台高清摄像机及相关组件，在马蒂儿处设置集中监控室，实现工作面所有设备的远程设置、远程监控、无线遥控等功能。将马蒂儿司机、机头看护工、控制台电工“三岗合一”。
4.2 泵站控制系统
通过集控系统的改造，实现对现有卡玛特泵站和雷波泵站的传感器级控制，通过对乳化液泵的运行状态、油温、水压、液位、出液总管压力等数据的实时监测，实现泵站运行时间均衡控制，均匀磨损。通过压力反馈信號实现乳化泵的自动卸载、加载，变频泵站的自动调速，泵站的工作面内闭锁，爆管检测和故障泵站的自动投切。另外工作面内增加乳化液泵急停闭锁，工作面遇到锦界情况时，在综采工作面可直接急停乳化液泵。
4.3 供电及无线通信系统
31111综采工作面安装7台，顺槽安装4台无线通讯综合分站，采用无线综合分站内部组网的方式对工作面及顺槽控制信号的全覆盖，无线通讯分站之间采用标准插口，安装方便快捷。
供电系统实现了主控制器与各类负荷开关的通信，实现移变、组合开关电压、电流、运行状态等实时数据的在线监测，历史故障数据的存储，组合开关的