综采工作面自动化控制技术研究

综采工作面自动化控制技术研究

0综采自动化控制体系采用综合采收部门自动化技术是提高综合采收部门生产效率、减少人员和降低工作效率的主要途径。国外已有成熟的采煤机综采工作面控制技术,工作面成套综采设备已形成一套独立、完善的综采自动化控制体系。国内目前还没有成套综采工作面自动化控制系统,但有多个厂家有工作面集控系统,其主要功能是工作面语音通信、“三机”(刮板输送机、转载机、破碎机)集中控制、闭锁、保护等。国内外综采自动化控制技术比较如下:国外控制对象是以支架、采煤机、“三机”为主的全工作面自动化控制,采用控制中心+控制器+工业现场总线的控制技术,自动化控制程度较高,而国内控制对象是以“三机”、输送带、泵站局部综采设备简单集控,采用控制器+工业现场总线的控制技术,自动化控制程度较低。1综合采区的自动控制技术分析1.1同套电液控制系统的特点液压支架作为综采的主要设备,其控制系统的功能、可靠性和操作方便等性能直接影响工作面的产量和效率。采用电液控制系统是液压支架提高移架速度最有效的技术途径,既是实现安全高效的基础,也是实现生产自动化的技术基础。电液控制系统和液压支架相对独立,同套液压支架可以配各种型号电液控制系统产品。电液控制系统,是一套较为独立的控制系统,采用专用控制器(单片机结构),通过工业现场总线,将整个工作面设备进行集成。电液控制系统在满足自身功能的基础上,还能实现部分高级功能,如跟机自动化和数据上传,但其仍具有一定的局限性,如工业现场总线由于带宽的局限,满足不了大量数据传输需求。这就限制了液压支架与工作面其他设备的联系,如定量生产、高效生产(采煤速度、截深、放煤)、与采煤机关联(速度)、与运输系统关联(放煤)、与供液系统关联等。因此,为了满足液压支架与采煤机、“三机”等设备之间的协调、高效,就应该研究成套综采工作面自动化控制技术。1.2采煤机控制系统采煤机是综采工作面生产必不可缺的关键设备,是集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣,如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失。采煤机控制系统复杂,几乎所有主流采煤机厂商都自主研制控制核心。采煤机与支架的控制方式不同,控制单元集中,主要采用PLC集中控制和变频技术,并且采煤机的控制以人工遥控控制为主。由于采煤机是动态的,且线缆传输环境恶劣,这就限制了采煤机与工作面其他综采设备关联,如提高采煤机高智能自动化控制要求、速度自动控制(产量需求、输送机设备负荷、工作面环境)、采高自动控制(煤岩识别、与支架关联)、视频(与支架关联)、远程控制等。因此,也迫切需要建立一套系统,为采煤机与其他综采设备,尤其是与支架建立关联。1.3主要设备组成在当前采煤工作面内,“三机”作用不仅是运送煤和物料,而且刮板输送机还是采煤机的运行轨道,因此它成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。“三机”控制系统分为2部分:(1)监控(自动张紧、传感器监测)和启动(软启动、液力偶合器启动)系统,并预留通信接口。(2)联锁启停控制系统,设备的启停、联锁控制与设备较为独立,即同一套“三机”设备可以配套各种集控系统。因此,综采工作面自动化控制技术应将”三机”的集中自动化控制、输送机自动张紧控制系统、信息化整合(输送机负荷)、刮板输送机速度控制等有效结合起来。1.4工作面自动化控制技术在综采工作面,带式输送机主要用于煤矿井下巷道运输系统。具有运量大、运距长、设备故障少和运输成本低等方面的优点,是综采工作面不可缺少的主要配套设备之一。在控制方面,工作面带式输送机通常被考虑成是整个煤流系统的一部分,与巷道带式输送机形成一套独立的运输系统,具有专门的控制体系,并预留通信接口。因此,综采工作面自动化控制技术的研究应包括:带式输送机启停、联锁控制关联(与“三机”);带式输送机负荷控制关联(输送机速度、采煤速度);带式输送机速度控制关联(变频控制接口)。1.5工作面自动化控制技术研究乳化液泵站是向综采工作面液压支架输送高压乳化液的设备,工作面用液系统的保障,是机械化采煤工作面的主要设备之一。在控制方面,泵站控制系统与泵站较为独立,同一套泵站可以配套不同型号的泵站控制系统,并且泵站厂商一般只供应泵站,不设计控制系统。因此,综采工作面自动化控制技术应研究以下内容:完善自身智能控制系统;与电液控制系统关联,按需用液,现有供液系统采用压力控制方式,是一种滞后于生产的控制。1.6工作面综采设备在综采工作面,供电设备被称为组合开关或负荷中心,是工作面综采设备的动力源,机械化采煤工作面的主要设备之一。供电设备方面应研究以下内容:组合开关的控制方式和控制原理;组合开关的通信方式,即数据的交互。2综采工作面生产管理的信息化对策在综采工作面各个设备实现单机自动化的基础上,进行自动化系统集成,实现液压支架电液控制跟机自动化,综采设备智能自动化控制,设备运行状态监测和环境监测的神经网络,数据集成、视频、音频、通信于一体的综采工作面生产数字化、自动化、信息化系统,确保工作面各设备协调、连续、高效、安全运行,实现井下工作面生产的集中自动化监测、控制和地面调度中心的集中管理,达到生产管理的信息化,笔者认为应重点攻克以下技术难题。2.1控制体系的构造随着微电子和计算机技术进一步普及,矿井自动化、信息化、数字化的发展,矿井调度指挥中心发挥越来越重要的作用。然而,煤矿生产是一项复杂的系统工程,工艺流程复杂,各综采设备相对独立,没有形成一套完善的控制体系,各个设备之间相互联系和协调工作受到极大约束。因此,需要建设综采工作面的中央控制中心(工作面生产调度指挥中心),实现综采设备能够协调、连续、高效、安全运行。工作面成套装备控制模式以工作面控制中心为核心,集工作面成套装备配套运行控制、液压支架工况自动电液控制、各种设备智能自动化控制及神经网络、数据集成、视频、音频、通信于一体,采用液压支架移架技术、采煤机截割高度自动控制技术和工作面信息网络系统,对综采工作面液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机、电气开关、泵站等设备进行集中监测与自动化控制,确保各设备协调、连续、高效、安全运行,形成生产过程自动化。2.2快速接入高速工业联网随着现代通信技术、网络技术和多媒体技术的迅速发展,煤矿用户对综采工作面的需求由原来单一的设备工况信息集成及上传而发展为包括话音、图像、视频、数据的多媒体业务。因此,需设计一种总线,以满足其带宽大、实时性高的要求。在综采工作面建立高速工业以太网,为工作面信息(包括话音、图像、视频、数据等)传输提供通道。实现工作面综采设备,如液压支架、采煤机、破碎机、转载机、刮板输送机、带式输送机、泵站、供电系统等快速接入到高速以太网通道。工业以太网在煤矿井下被广泛应用,但主要用于矿井自动化建设,因此设计成防爆通信网络系统。综采工作面由于环境的特殊性,很难放置体积庞大的防爆通信网络设备。因此研究工作面本安型工业以太环网显得尤为重要。2.3光纤传输介质实现少人甚至无人化工作面,仅靠传感器无法全面获得工作面的情况,应用视频监控技术显得尤为重要。当前,矿用主流视频系统都采用模拟的视频信号,诸如NTSC、PAL、SECAM等标准电视信号,通过光纤等传输介质传到地面控制室的终端显示器。这种是一种成熟的方式,但是受限于一对一显示方式,且工作面条件限制使用光纤。另外一种主流方式是采用网络摄像头,经过以太网传到地面的视频服务器,再由视频服务器输出到各个显示终端。但是这种方式需要1台高性能的视频服务器,这种设备无法在井下使用。因此,需要结合模拟视频信号和数字视频信号两者的优点,采用先进的视频传输方式和显示方式实现在工作面端头或巷道列车上实现对整个工作面的视频监控,查看工作面设备的工作情况,以确保设备安全、高效生产。2.4充分发挥会话功能目前,综采工作面的语言通话系统只能实现单双工通信,如果工作面有2个或2个以上的人对话时,不同的声音会产生叠加,造成音质下降,而VOIP技术正好能够解决此问题,并且能够实现多路功能,或者多人同时进行会议功能,还可以把工作面的分站设置成几个小组,不同小组之间也能实现会话功能。同时还能实现整个矿井的综合语音业务。VOIP技术是一种基于以太网的语音通信技术,能够在同一条线路上传输比传统电话网更多的通话,大幅提高了效率。但是针对煤矿用户来说,需要考虑如何与传统模拟语音技术达到最佳的结合,即如何最有效地运用VOIP技术,提高综采工作面语音通信系统的实用性,确保综采工作面安全、高效生产。2.5综采工作面数据分析与预测综采工作面是一个复杂的系统工程,它是不同领域技术的交叉和综合,实现工作面自动化控制需要全方位的整合与统筹。综采工作面自动化控制技术模型的建立是一个非常复杂的过程和技术难题。首先,需要对综采工作面数据进行处理、分析以及评价,实现综采工作面装备故障及寿命智能诊断、分析与预测,减少设备的故障率和提高设备的开机率;其次,通过有线或无线方式远程控制关键生产设备,监测其工况,利用采煤机的自主定位与自动导航技术、煤岩自动识别技术、液压支架电液控制技术、刮板输送机自动推移技术、集成供液智能自动控制技术、工作面视频监控技术、工作面高速双向通信技术、集中控制技术等自动完成割煤、移架、移刮板输