煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統(tǒng)的設計探究

王強強

摘 要：綜采工作面是礦井控制系統(tǒng)重要構成部分，應用集中控制系統(tǒng)可提升采礦作業(yè)效率和安全性。本文簡述了綜采工作面的特點，分析其設備集控要求，并重點研究了集控系統(tǒng)設計方法。

關鍵詞：控制系統(tǒng)設計;集中控制;綜采工作面;煤礦井

1綜采工作面特點

綜采即綜合機械化采煤，是現(xiàn)代采煤工藝中先進工藝。采煤過程分設5個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，分別為破、裝、運、支、處。綜采工藝中，上述環(huán)節(jié)均為機械化，有效釋放人力，生產(chǎn)效率較高。在當前，自動化采礦實施綜采、綜放，自動化是主要生產(chǎn)形式。綜采工作面為提升產(chǎn)能效率，對所用移動變電站為多電壓、大功率類型。高低壓開關為隔爆真空類型，電磁啟動器采用軟啟動模式，聯(lián)合計算機通訊和監(jiān)控設備、電牽引采煤設備等使用，提升礦采效率與安全性，增強自動化屬性。

2綜采設備集控要求

礦采技術漸趨成熟，采煤工作面集成控制各環(huán)節(jié)設備，整合通信與監(jiān)控系統(tǒng)，智能化設計供電系統(tǒng)，與礦井自動化系統(tǒng)連接，進而集中控制工作面設備與輸送機，促進設備保護，加強故障自檢，提升沿線通信功能，優(yōu)化閉鎖管理，實現(xiàn)高效安全采礦。以液壓支架自動控制系統(tǒng)為例，其控制操作基礎是采煤機定位。采煤機運行中，液壓支架以采煤機運行軌跡為依據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)控制。工作面自動化的技術方向是無人化生產(chǎn)。

綜采工作面所用設備具有較高容量，由多臺電動機構成，控制工作面設備時多選擇隔爆組合開關。此類開關屬于多功能開關，驅(qū)動器與數(shù)臺真空接觸器構成，真空接觸器在驅(qū)動器控制下進行，促使相關電動機獨立驅(qū)動。采礦現(xiàn)場具有復雜工況，人工監(jiān)控難以保證全面性和及時性，可能發(fā)生誤操作。工況管理中需要根據(jù)設備運行狀態(tài)指揮設備控制，人力執(zhí)行困難，應用集中控制手段管理綜采工作面設備，可促進供電安全，在此系統(tǒng)設計中應重點關注集中調(diào)度管理，適應無人化工作面要求，同時應完善遠程監(jiān)控。

3集控系統(tǒng)設計方法

3.1功能要求

綜采工作面通常以智能組合電器實現(xiàn)集控要求。在智能組合開關應用中，HT6L1-400Z/1140是常用型號。該開關可集中控制、保護工作面采、送、轉(zhuǎn)等設備。該開關單片機中雖然設置了RS232接口，然而缺少通訊功能，無法聯(lián)通監(jiān)控網(wǎng)實施遠程控制。監(jiān)控主干網(wǎng)的核心技術是Modbus總線技術，井下監(jiān)控系統(tǒng)以該系統(tǒng)為主要構成，組合電器中單片機應同時實現(xiàn)遠程監(jiān)控和集中監(jiān)控，以促進Modbus現(xiàn)場總線兼容。為達到此要求，應通過監(jiān)控分站實時監(jiān)控保護相關電機回路，并對主站輪詢做出回應，上傳故障信息與運行信息，傳輸電壓電流負載數(shù)據(jù)等。與此同時，監(jiān)控分站應積極執(zhí)行主站控制要求[1]。

3.2整體設計

以智能組合電器為基礎的測控系統(tǒng)，核心部分是檢測、采集、處理信號，轉(zhuǎn)換控制手段，此外還有漢顯設備和單片機。通過該測控系統(tǒng)，可控制、保護6路負荷。應用該測控系統(tǒng)，還可實現(xiàn)漏電閉鎖功能，并進行過壓或欠壓保護、短路保護、過載保護、斷相保護等，使用本質(zhì)安全型電路作為先導回路。測控系統(tǒng)分為4種運行方式，包括單機、雙機雙速控制，單回路獨立控制或者多回路程序控制等。該測控系統(tǒng)的應用優(yōu)點是動作精準、性能穩(wěn)定，同時較為智能化。在其控制系統(tǒng)中，分為遙控接收器、電磁閥控制箱、顯示器、操作箱、傳感器等。

控制系統(tǒng)設計目的是通過復合邏輯控制設備中電動機并保護電動機，調(diào)控電磁閥，控制本機和進行遙控等。該控制系統(tǒng)應設有網(wǎng)絡通信功能，可進行自動截割，控制工作面等，同時具有監(jiān)測、保護液壓系統(tǒng)的功能。此外，控制系統(tǒng)須監(jiān)控減速齒輪潤滑狀態(tài)。

在控制箱內(nèi)，DP總線、CAN總線、Modbus總線通過集成構成中央控制器。DP總線負責將下設主回路控制模塊連接至中央控制器;通過CAN總線，顯示器、遙控接收裝置和電磁閥控制裝置等與中央控制器相連。Modbus總線連接中央控制器和操作箱。在設備中設有本質(zhì)安全性傳感器若干個，向控制箱隔離柵傳輸信號，在隔離柵中完成隔離與信號轉(zhuǎn)換，最后信息被傳輸至控制箱中央控制器。

3.3主回路控制

主回路主體、信號處理器是控制箱主回路的兩個核心構成部分。上述兩部分協(xié)調(diào)配合采集系統(tǒng)階段性電流，有效預防電流過載、電壓過載、漏電或者電機過熱等情況。控制回路的核心設備是中央控制器，中央控制器監(jiān)管分支控制模板。在電氣控制箱中設有主回路模塊，模塊中設有控制器，并配備外圍接口、信號處理電路。利用模塊軟件，通過交流采樣方式采集周期性電量信息，從而本地控制主回路電機，實現(xiàn)保護功能，例如對過載、過流、過壓、過熱或斷相、欠壓、漏電閉錯等進行監(jiān)控，保護回路。下設控制模塊與中央控制器通過DP通信雙向溝通，中央控制器向控制模塊發(fā)送控制信號，系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和故障信息經(jīng)由DP總線同步向中央控制器傳送。在運行中，中央控制器發(fā)出控制指令，分路控制器收到指令后執(zhí)行指令要求，動作完成后向中央控制器反饋執(zhí)行現(xiàn)狀。通過中央控制器和分路控制器的此種互動，雙向傳導信息。

例如，主回路處理信號時，先分析信號，檢出異常信號，然后向驅(qū)動執(zhí)行機構發(fā)送異常信號，驅(qū)動執(zhí)行機構診斷異常信號，并向中央控制器提交該問題，由中央控制器診斷信號，通過計算功率、電壓、電流等實際工作數(shù)據(jù)，對照標準數(shù)值，確定故障類型、

3.4控制電路

在系統(tǒng)中，控制電路分設4個部分，包括單片機、芯片、報警系統(tǒng)與LCD信號按鈕。在設計時，第一步在數(shù)據(jù)控制器中錄入信號，控制器單片機分析數(shù)據(jù)。第二部，根據(jù)信號診斷故障，采取處理措施。第三步，向開關傳輸控制信號，開關執(zhí)行開關指令完成開啟或關閉動作。在此過程中，PC串口與通訊信號負責傳輸數(shù)據(jù)，通過LCD顯示系統(tǒng)可監(jiān)控信號傳輸情況。突發(fā)故障出現(xiàn)時，警報系統(tǒng)負責發(fā)出警報。控制電路使用KDW多路電源，報警系統(tǒng)、處理系統(tǒng)通過此電源獲取電能支持?？刂齐娐分羞€需要應用變電站，額定容量4500kVA，負荷峰值是3600kW。額定電流一次側、二次側分別是260A和780A，電壓額定功率50Hz，在（80～120）%區(qū)間適用[2]。

3.5軟件檢測

該部分核心功能是判斷、控制、顯示信息并管理信息串行。在處理信息時，主要流程為：（1）啟動電源，觀察轉(zhuǎn)速，達到額定值后信息在顯示系統(tǒng)中可見。低于額定值時，風速傳感器可自動啟動，促使轉(zhuǎn)速提升，轉(zhuǎn)速達到額定值后，單片機對信息進行判斷。（2）切換控制信息。在控制環(huán)節(jié)中發(fā)生異常情況，系統(tǒng)進行保護判斷。經(jīng)診斷無異常，予以通訊處理。（3）信息檢測流程完成。在上述環(huán)節(jié)中，信息控制系統(tǒng)中設有邏輯處理、信息過濾、防抖和優(yōu)化等多個功能系統(tǒng)。LCD處理結構中分設三個系統(tǒng)，分別負責初始化管理、使能控制與讀寫控制。

結論：綜上，為精簡非必要設備接線，應充分應用總線技術與先進采掘設備，促進系統(tǒng)穩(wěn)定。此外，還應優(yōu)化系統(tǒng)應用靈活性和維護便捷性，在相應電氣設備中分散控制功能，分布式控制現(xiàn)場設備。通過總線控制模塊監(jiān)控運行參數(shù)，分析故障信息，可行獨立控制，不受網(wǎng)絡故障影響，容錯能力和應用穩(wěn)定性提升。交流采樣采集周期性電量數(shù)據(jù)，精準保護電動機。多樣化傳感器聯(lián)合圖形顯示，人機界面應用更便捷。

參考文獻：

[1]張保瓊.煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統(tǒng)的設計探究[J].當代化工研究，2020（20）：142-143.

[2]董相辰.煤礦井下綜采工作面機電設備集中控制系統(tǒng)的設計[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2020（02）：59.