1 引言

沙章圖煤礦綜合自動化平臺作為實現全礦井的數據采集、生產調度、決策指揮的信息化基礎平臺，通過聯動報警有效預防和及時處理各種突發事故和自然災害，為礦井安全生產提供有效手段，為礦井信息化的應用和發展奠定基礎。在本規劃中，礦井綜合自動化平臺作為生產執行層，一方面實現各子系統在統一界面下的監測監控，另一方面將歸檔數據完整的傳遞到礦井綜合信息平臺，為生產管理系統提供設備動態信息。

2 綜采工作面監控系統

在沙章圖礦井井下各綜采工作面設PLC監控站。將工作面設備配電控制用的電氣組合開關各種電量信號采集到PLC控制站。通過工業以太網模塊，實現各個綜采工作面電量信號和電液閥動作信號的上傳功能。控制站外殼采用隔爆控制箱，控制電源供電選用隔爆電源。

該控制站作為井下綜采工作面監控系統與礦井綜合自動化網絡的連接橋梁，將該系統接入到礦井綜合自動化系統的井下光纖工業以太環網上。在礦井生產調度指揮中心可觀察到綜采工作面各個設備的電量參數。通訊協議采用TCP/IP協議。

3 系統設計

在綜采工作面順槽設置防爆PLC控制站，主控裝置采用知名品牌PLC。控制站配置相應的通訊模塊與泵站電控系統和組合開關控制系統預留通訊接口（如Modbus通訊協議）進行通訊，將組合開關的各種電量信號采集到PLC控制站。同樣，利用通信模塊將支架、采煤機等相關信息采集到PLC控制站。控制站配置工業以太網模塊，實現綜采工作面信息的上傳功能。控制站外殼采用隔爆控制箱，控制電源供電選用隔爆電源。

在綜采工作面設置井下低照度防爆攝像頭，通過光纜將現場視頻信號傳輸到調度中心。

圖1 綜采工作面監控系統示意圖

該控制站作為綜采工作面監控系統與礦井綜合自動化網絡的連接橋梁，將綜采面監控系統接入到礦井綜合自動化系統的井下光纖工業以太環網上，通訊協議采用TCP/IP協議。在礦井生產調度指揮中心可觀察到綜采工作面各個設備的電量參數。

4 系統接入

綜采面監控子系統已經建設完成，系統接入工業以太網（子系統具備工業以太網接口模塊直接接入環網如圖1所示；系統具備Modbus等485接口通過協議轉換器，轉換為以太網接口接入環網，如圖2所示）。

圖2 綜采工作面監控系統示意圖

5 系統功能

（1）實現在線監測工作面設備工況及故障并傳輸到地面調度中心，監測的內容包括：

1）監測采煤機的牽引速度、方向、位置。

2）監測采煤機的電機電流、電機溫度、缺水信息。

3）測液壓支架的工作狀況。

4）監測泵站、動力中心的工作狀態、參數、故障信息。

5）監測刮板機、轉載機、破碎機運行狀態及相關參數。

6）監測被控電機工作電壓，電流，溫度，啟動狀態，故障狀態。

7）移動變電站信息、組合開關信息。

（2）現場條件具備時可實現對泵站、液壓支架移架的遠程控制，可實現采煤機的遠程啟動與停車。

（3）系統還可以與工作面支架壓力監測系統通過數據轉換模塊通訊，實時顯示監測的工作面礦壓情況，并將數據上傳。

（4）在地面操作員站顯示實時工況圖，在服務器存儲采集的信息，構建歷史數據。

（5）在控制中心實現工作面的設備信息的WEB發布。

（6）數據以標準格式進入1000M環網，減輕了服務器的軟件開銷，提高了系統的穩定性和速度。

6 系統應用

系統應用的上位監控如圖3所示。

圖3 綜采工作面系統上位監控圖

7 主煤流運輸集控系統

沙章圖礦井井下主要運輸方式為膠帶機輸送。主煤流運輸集控系統的目的是對主煤流運輸系統的各條皮帶進行監控，對各條皮帶的保護型號進行監測和分析，并將監測信息傳輸到地面調度指揮中心，實現對主煤流運輸系統的集中調度與指揮。

8 系統設計

（1）膠帶機控制站

膠帶機控制站采用礦用隔爆兼本安型控制器。控制分站完成整個系統的數據采集、設備控制、信息傳輸及網絡通訊。

1）裝置有各種繼電器轉換板、中間繼電器、接觸器、輸入/輸出隔離板等，用于信號的轉換，輸入信號的隔離、放大及輸出控制外圍設備等。對于本安型控制器還具有本安電源模塊、本安/非本安隔離板等，用于本安/非本安信號的轉換。

2）控制分站的控制核心器件是可編程序控制器，用于集控、就地、檢修工作方式下，程序控制膠帶機。PLC有通訊接口模塊，可接入井下1000M工業以太網，并提供完整的控制變量表，控制系統能夠在線診斷，并且其控制程序可在地面主機在線下載。

（2）安全保護

安全保護系統具有膠帶機打滑、堆煤、滿倉、煤位、超溫灑水、煙霧、溫度、沿線急停、跑偏、斷帶、撕裂和語音系統等多種保護和裝置。

1）智能跑偏/拉線保護：對膠帶機運行當中的跑偏故障進行保護和沿線出現緊急情況時進行緊急停車。由于選用的智能跑偏/拉線開關，在操縱臺上可以監視到智能跑偏/拉線開關的動作位置，以便及時發現故障地點，進行處理，恢復生產。

2）堆煤保護：監測上煤點是否堵塞，出現故障能控制膠帶機緊急停車。

3）煙霧保護：監測驅動部因機械摩擦產生的煙霧，并能提供信號控制膠帶機緊急停車。

4）超溫灑水保護：對驅動部發生火災進行停車，灑水保護。

5）打滑保護：膠帶機上安裝測速傳感器，連續監測膠帶機的速度，并提供打滑保護信號。

6）煤位監測：通過監測傳感器可以連續監測煤倉的煤位信號。

7）溫度保護：通過設置在電機上的溫度傳感器可以連續監測電機溫度，并提供溫度超限報警。

8）斷帶保護：通過斷帶保護傳感器監測膠帶是否斷裂，并能提供信號控制膠帶機緊急停車。

9）撕裂保護：通過縱撕保護傳感器監測膠帶是否縱向撕裂，提供信號控制膠帶機緊急停車。

10）膠帶機語音電話系統：在膠帶機沿線單獨設有一路電話系統進行通話聯絡。

順槽皮帶膠帶機控制系統示意圖如圖4：

圖4 膠帶機控制系統示意圖

9 系統功能

可以采集或接入各種參數、保護信號、相關設施狀態信號、并具有擴展性。

（1）可以方便定義和修改所有被測模擬參數的報警值、保護動作值。

(2）實現多路控制輸出，啟動或停止有關設施（有的輸出帶延時，且延時時間可調）。

(3）控制功能：

1）啟動

啟動條件具備時，接收到啟動命令即可開啟膠帶。

①啟動條件

各種保護都處于正常狀態。

膠帶機相關設備狀態滿足開機條件。

煤倉煤位正常，且符合開機條件。

②啟動命令

就地控制模式為就地啟動按鈕。

遠程控制模式通過地面計算機啟動按鍵。

自動控制命令。

在自動控制模式下，以主煤流系統各設備、設施正常，各種保護正常，其他相關信號滿足啟動要求為條件，由地面主控機直接按程序發出啟動指令。膠帶開起來后，再開起給煤機。

2）停止

分為自動停止、手動停止和故障停止三種方式。在停膠帶機前，停止給煤機。

3）故障停車

當出現故障時，保護動作（立即或延時停）。如：堆煤、跑偏等各種保護任一種動作都要停膠帶機。

為防止造成膠帶機上堆煤，當煤倉煤位需停膠帶機時，按從里到外順序延時停機。具體高煤位與滿煤位高差多少、T為多長時間，通過實際運行進行現場調整。

4）人工停車

就地按停止按鈕或遠程操作停止按鈕時，停止膠帶機運行。隨后相關膠帶機或設備停止運行。根據實際需要實現分塊連控，既將整個煤流系統分為三個獨立控制部分，各連控塊之間分別獨立控制運行。

10 系統接入

主煤流運輸集控子系統，變頻、軟起部分和皮帶保護系統通過電控系統PLC配置的Modbus模塊接入各個皮帶控制子系統，各皮帶控制配置工業以太網接口模塊，膠帶機集中控制系統控制中心設在主井井口房，通過主井井口房的上位機直接接入地面工業以太環網；數據通過標準的TCP/IP數據協議傳輸到調度中心集控室，以OPC方式實現與調度中心通信，實現集中控制[5]。

11 結束語

沙章圖礦井將建成一個統一的監測、監視、監控網絡管理平臺，并充分考慮現有系統和今后其它子系統的接入和整合，從而節省投資、提高系統功能：實現集中監測、監控礦井地面和井下各工序節點，可靈活地設罝監控模式，并可進行實時的高質量的視頻流、數據流、信息流、語音流的傳輸，方便存儲和檢索，為實現數字化礦山奠定堅實的技術基礎，全面提高企業核心競爭力和綜合競爭力。

參考文獻

[1]侯美華.可編程控制器在工業控制中的應用[J].電氣開關,2000,(6)

[2]陳帥.基于TCP/IP協議的分布式遠程控制系統研究[D].中國科學院研究生院，2003

[3]王平，謝昊飛，肖瓊等.工業以太網技術［M］.科學出版社，2007

[4]李寶仁，周磊，周洪.基于ModbusTCP協議通信節點的實現[J].機床與液壓，2004,（12）

[5]李紅梁.基于OPC的PC與PLC實時通訊的LabVIEW實現[J].計算機應用研究，2003.20（12）:115～118