基于PLC的煤礦井下工作面運輸控制系統的研究與設計

任永力　王文杰　焦文錦

【摘 要】隨著“機械化換人，自動化減人”戰略的持續開展，煤礦工作面向無人、少人化方向發展，工作面設備控制也在向集中控制，遠程控制，一鍵控制方向發展。本文結合煤礦技術人員所掌握的技術特點及黔金煤礦工作面運輸系統集控的實際需要，研究了基于PLC的煤礦井下工作面運輸控制系統的實現，重點分析了系統的結構，系統已在黔金煤礦實施，達到了減人提效的目標。

【關鍵詞】煤礦;工作面;PLC;自動化;運輸控制

中圖分類號： TD744 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）15-0022-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.010

0 引言

近年來，各大煤礦企業均在不斷強調人才隊伍的建設，不斷加大人才引進力度，大學生在企業人員占比逐年升高，技術人員素質大幅提高，隨著機械化換人自動化減人戰略的持續開展，全國自動化程度較高的礦井，如河南能化、潞安集團、平煤集團、兗礦集團、中煤集團下屬各礦基本已經進行了工作面運輸系統的集中控制系統的建設，但采用的仍是單片機技術，預置工藝流程，處理能力差，允許接入的傳感器數量受到極大的限制，與其他系統之間的通訊為總線模式，不能根據后期實際需要進行靈活調整，不利于煤礦綜合自動化平臺建設，阻礙智能礦山的建設。目前大學工科畢業生基本都掌握PLC編程技術、組態技術。隨著煤礦工人中大學生比例的增加，為適應這一變化，提出了基于PLC加以太網傳輸的煤礦井下工作面運輸控制系統，實現綜采工作面轉載機、破碎機、刮板運輸機、順槽皮帶的集中控制?；赑LC的設計大幅提高了系統的可維護性，降低了編程難度，兼顧了現場變頻設備的需求，能夠更好地滿足“機械化換人自動化減人”戰略需要，為煤礦安全高效生產、減人提效提供技術保障[1]。同時可以有效提高系統運輸和生產效率。

1 系統結構

系統主要由以下幾部分組成

1.1 地面集控中心

本部分主要由UPS電源，系統主機，上位機軟件，打印機，報警裝置組成，實現對工作面運輸系統的在線監測及控制，記錄設備的開停信息，顯示傳感器狀態，參數異常時能夠實現語音報警，并根據報警信息的等級及類型自動下發系統控制指令，確保系統的安全高效運行。

1.2 數據傳輸

采取了工業現場總線/智能設備相結合的基于交換式工業以太網的煤礦工業控制網絡模型[2]，系統主控器與傳感器、智能設備及急停電話之間采用總線模式實現數據的傳輸，主控機與地面主機之間采用工業以太網實現數據傳輸，主控器作為整個系統的關鍵設備，向上（與系統主機）利用煤礦的工業以太環網實現通訊，向下（與現場設備）實現沿線急停電話、智能設備、傳感器、采集終端之間的總線通訊[3]，終端負責采集終端電壓及沿線設備臺數、位置，并傳送給主控器。系統結構如圖1所示。

1.3 現場采集控制單元

工作運輸控制系統現場主要由主控器，智能設備，急停電話，采集終端，顯示屏等組成，對于設備列車上的設備，傳感器采集到信號后直接傳遞給主控器，對于現場分散的其他設備，傳感器采集到信號后就近傳遞給附近的智能設備，由智能設備傳遞給主控器，同時主控器監視沿線急停電話的急停開關是否被按下，采集沿線急停電話內的線纜狀況模塊信息。

主控器作為系統井下控制部分的核心，完成現場信息與地面主機之間的信息交互傳遞，同時將信息同步給現場的顯示屏，實現系統運行狀況在井下現場的信息發布。主控器具備無主機工作功能，當主控器采集到需要停車的信號時，主動發出停車命令，同時將停車原因發送給地面集控中心，同時當與地面主機失去聯系后，系統能夠自動切換到就地模式，確保系統的穩定可靠運行。

1.4 語音預警功能

語音預警包括地面主機預警及工作面現場實施語音報警兩個方面。地面主機能夠利用音箱全面實時地對故障、報警信息等必要的進行及時的語音播報并將報警需求傳遞到主控器，由主控器控制井下急停電話進行沿線預警，當井下設備啟動和停車前均會將即將執行的指令進行兩次語音播報，確保工人及時遠離設備，確保安全生產。

2 系統控制方式

系統具有四種控制方式：點動控制、檢修控制、就地集控、遠程集控。

2.1 點動控制

采取點動控制時，設備之間有連鎖關系，當前級設備未啟動時，后級設備的操作指令無效，此時傳感器參與設備的控制。

2.2 檢修控制

采取檢修控制模式時，設備之間無連鎖關系，此時設備可以自由啟停，同時對于多電機的設備，還可以控制單電機運轉，此時傳感器不參與控制，以滿足現場檢修的實際需要。

2.3 就地集控

采取就地集控模式時，設備之間有連鎖關系，且執行流程模式，只需要按下相應的按鈕，則可實現現場設備的流程控制，傳感器報警時，系統能夠自動流程停車。

2.4 遠程集控

采取遠程集控模式時，設備之間有連鎖關系，且執行流程模式，只需要在地面系統主機上電機功能鍵，此時會彈出確認畫面，點擊確認后，現場設備自動流程啟停，傳感器報警時，系統能夠自動流程停車。當主控機發現與系統主機通訊中斷時，系統自動切換為就地模式，由主控器控制系統設備的運行。

3 系統功能

系統實現了工作運輸系統中的轉載機、破碎機、刮板運輸機、順槽皮帶的集中控制，邏輯控制，具體功能如下：

4 結語

基于PLC的煤礦井下工作面運輸控制系統已在黔金煤礦實施應用，轉載機、破碎機、刮板運輸機、順槽皮帶的就地及地面集中控制，系統預留了綜合自動化平臺接入接口。區隊技術人員能夠根據生產工藝要求靈活調整系統參數，根據現場實際增加或減少參控設備。系統投運后，提高了工作面生產運輸連續性，達到了工作面運輸系統高效運行的的目標。

【參考文獻】

[1]王國法，李占平，張金虎.互聯網+大采高工作面智能化升級關鍵技術[J].煤炭科學技術，2016.

[2]李世銀，錢建生，孫彥景，李鵬.煤礦工業以太網網絡模型研究及應用[J].華中科技大學學報（自然科學版），2007.

[3]張妍.煤礦井下綜采工作面監控系統的研究與實現[D].遼寧工程技術大學，2011.