智能化工作面自动化控制系统

第六节自动化控制系统

一、自动化控制系统概述及组成

1、自动化控制系统就是将采煤机控制系统、支架电液控制系统、工作面运输控制系统、三机通信控制系统、泵站控制系统及供电系统有机结合，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。采煤机以记忆割煤为主，人工远程干预为辅；液压支架以跟随采煤机自动动作为主，人工远程干预为辅；运输设备实现集中自动化控制。本工作面实现集视频、语音、远程集中控制为一体工作面自动化控制系统，实现工作面采煤机、刮板运输机和液压支架等设备的联动控制和关联闭锁等功能。

2、系统主要由三部分组成，包括单机设备层（第一层）、顺槽监控中心（第二层）、地面（第三层）。

（1）单机设备：采煤机电控系统、液压支架电液控制系统、三机泵站集控系统、乳化液保障系统、供电系统。

（2）顺槽监控中心部分：工作面监测功能、工作面控制功能、工作面视频显示功能。

（3）地面部分：实现工作面监控功能

二、工作面高速工业以太网通信平台

利用工作面的支架控制器、数据接口和服务器，建立一个统一开放的工作面工业以太网，构建控制平台。使工作面设备连接到顺槽集控中心的隔爆服务器，实现工作面设备信息汇集。

工作面以太网主要由隔离耦合器、数据接口、本安型交换机、矿用隔爆兼本质安全型稳压电源、4芯铠装连接器、矿用光缆等组成。

每6个支架配备1台本安型交换机，交换机与交换机之间通过4芯铠装连接器连接，每台接入器通过1台双路矿用隔爆兼本质安全型稳压电源供电。

监控中心至工作面端头、监控中心至工作面端尾之间通过矿用光缆连接，形成百兆工业以太环网。

三、工作面可视化视频监控

每6组支架安装1台监控支架用矿用本质安全型摄像仪，安装在支架的顶梁上，照射方向与工作面平行；每3台支架安装1台监控煤壁视频用矿用本质安全型摄像仪，安装在支架的顶梁上，照射方向与工作面垂直。矿用本质安全型摄像仪的视频数据通过工业以太网网络传输到矿用本质安全型显示器显示；矿用本质安全型显示器可以同时显示4台矿用本质安全型摄像仪拍摄的图像；并可跟随采煤机显示采煤机附近4台的视频。为便于观察工作面其他关键部位，在监控中心内部安装彩色摄像仪一台，通过工业以太网网络传输到地面调度指挥中心显示并保存。

四、采煤机记忆割煤及远程干预控制

采煤机控制系统采用采高传感器实现采高自主定位，采用位置传感器实现工作面位置自主定位，具有记忆截割功能；具备有远程双向通讯功能，可实现远程监测与控制。实现以记忆割煤为主，人工干预为辅的生产工作模式。

五、液压支架跟机自动化及人工干预控制

工作面每台液压支架上配置一套支架控制单元，支架控制单元采用以14功能支架控制器为核心控制部件，支架控制单元包括支架控制器1个，电磁驱动器1个，电液控换向阀1个，推移千斤顶行程传感器1个，监测支架顶板压力的立柱压力传感器1个，监测采煤机运行位置及方向的红外线接收器1个及将上述设备连接在一起的连接器、固定安装所需的附件等。

六、工作面“一键”启停及顺序联动

将集成控制系统设置为“全自动化”工作模式，通过“一键”启停按键启动工作面设备全自动化。

“一键”启动：泵站启动、刮板运输机启动。

“一键”停机：液压支架动作停止、采煤机停机、刮板运输机停机、泵站停机。

运行过程：实时监控工作面设备运行工况，当设备运行异常，可以通过人工干预手段对设备进行远程干预。如采煤机摇臂的调整、液压支架的动作等。

急停：按下工作面“急停”按钮，工作面所有设备停机。

七、监控中心监控

1、监控中心控制功能

监控中心支持全自动控制模式、分机自动控制模式和分机集中控制模式。

（1）全自动控制模式。将集成控制系统设置为“全自动化”工作模式，通过“一键”启、停按键启动工作面设备全自动化。

启动过程：泵站启动、刮板运输机启动、采煤机启动（上电）、采煤机记忆割煤程序启动、液压支架跟随采煤机自动化控制程序启动，全自动化启动。

运行过程：实时监控工作面设备运行工况，当设备运行异常，可以通过人工干预手段对设备进行干预。

停机过程：液压支架动作停止、采煤机停机、刮板运输机停机、转载机停机、全自动化停止。

急停过程：按下工作面“急停”按钮，工作面所有设备停机。

分机自动控制模式，可以单独对设备进行自动化控制。

液压支架远程控制：以电液控计算机主画面和工作面视频画面为辅助手段，通过支架远程操作台实现对液压支架的远程控制；远程控制功能包括液压支架单架推溜，降架，拉架，升架等动作；液压支架跟机自动化控制启停；

采煤机远程控制：依据采煤机主机系统及工作面视频，通过操作

采煤机远程操作台实现对采煤机的远程控制，包括采煤机滚筒升、降、左牵、右牵、急停控制。

（2）工作面泵站集中自动化控制

与泵站控制系统的双向通信可以进行泵站的单设备起停控制、多台泵站的联动控制、对泵站系统的运行状态进行集中显示，具有急停闭锁功能。

2、监控中心安全功能

（1）系统安全：系统软件支持密码权限控制，只有经过授权的用户才可以进行集成自动控制。

（2）单机安全：实时通讯检测，通讯方式上采用了应答、重发、序列等机制，防止在通讯系统中产生错误的信号，导致误操作。

（3）操作模式互锁：采煤机保护锁定，不允许启动及操作；具备就机操作、远程分机自动控制、远程集成自动控制模式，几种模式互锁功能；采煤机自动记忆截割模式下，各项操作均可以人工干预，人工干预具备高优先级。

3、工作面系统集成及数据上传系统

将工作面采煤机、液压支架、刮板运输机、乳化液泵站等有机结合起来，实现在顺槽主控计算机和地面调度指挥中心对工作面设备的远程监测以及各种数据的实时显示等，为井下工作面现场和地面生产、管理人员提供实时的井下工作面生产及安全信息。功能包括：实现设备（液压支架、采煤机、刮板运输机、泵站）数据的集成，在顺槽监控中心对设备的远程监测、显示；实现设备数据上传，通过矿井自动化网络,将设备的数据传到井上，实现地面调度指挥中心对设备的监测、显示；向第三方提供标准的接口，实现矿井自动化集成。