一种煤矿综采工作面大型装备集中控制平台的实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种集中控制平台的实现方法，尤其是煤矿综采工作面大型装备集中 控制平台的实现方法。 技术背景
[0002] 我国煤炭资源储量丰富，比重占一次能源的70%W上。我国煤炭工业一直走着"粗 放、高危、无序"的发展之路，普遍存在着产能与市场需求脱节、设备种类繁多、自动化程度 单一低下等问题。在经历了黄金十年的发展之后，煤炭行业现在正处于低谷时期，面临着煤 价持续走低、销量不断下滑、盈利大幅降低等问题。但是，煤炭作为我国的主导能源，在今后 较长时期内，国内对煤炭的需求量依然会呈现增长趋势。根据预测我国煤炭在2015、2020、 2030年的需求量分别为37亿~39亿，39亿~44亿、45亿~51亿t，从我国现有的煤炭开 采设备来看，实现了单个设备部分功能的自动控制，实现了对大部分设备的实时监测，但是 大部分设备的操控依然离不开人工手动机械操作，煤炭开采装备现状严重威胁着煤矿生产 安全，制约着煤炭产量的提升。
[0003] 综采工作面采煤装备主要包括采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、累 站、顺槽皮带输送机。目前综采工作面在煤从煤壁落下到运送出工作面的整个过程中，煤依 次经由采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机和皮带设备，形成煤流。由于煤流的确定性，为 了防止综采设备在起动过程、停止过程或者设备故障停机过程中出现堆煤等现象，故需要 对综采设备启动、停止或者设备故障停机等过程中确立一定的起停顺序和故障停机保护措 施。在工作面开始工作时，为了让煤流可W顺利进行，避免堆煤，在起停设备的时候，综采设 备的起动顺序必须按照皮带、破碎机、转载机、刮板输送机和采煤机的顺序进行，即逆煤流 起动。在工作面从工作到停止时，为了让采煤机割下的煤顺利的全部运输至工作面外，同时 为下一次起动做好准备工作，综采设备的停止顺序必须按照采煤机、刮板输送机、转载机、 破碎机和皮带的顺序进行，即顺煤流停止。在工作面的设备因故障而出现自动停机时，为了 尽可能的避免因堆煤而造成其它设备过负荷，在故障设备顺煤流方向的设备按照顺煤流的 顺序依次停机，在故障设备逆煤流方向的设备全部急停。由上可见，目前综采工作面各装备 的控制仅仅是简单的启停控制，而且各个装备之间没有信息沟通的渠道，无法实现真正的 自动连锁控制。英国在上世纪八十年代就诞生了无或少人值守工作面，也就是说，一个采煤 工作面，只需要很少几个人就能完成采、支、运、供各大环节的自动衔接，达到了高效生产的 目的，大大提高了生产效率。但在集控平台控制下的多装备统一协调的智能化集控制模式， 在国外和国内还未有应用报道。因此建立综采工作面大型装备的集中控制平台，探索综采 工作面群控系统的集中协同智能化控制规律，提出适用于综采工作面采煤装备的智能控制 方法和控制策略，为实现综采工作面无人值守的自动化采煤目标提供理论和技术支持是非 常必要的。
[0004] 本发明"一种煤矿综采工作面大型装备集中控制平台的实现方法"就是为实现上 述目标而提出的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于煤矿井下综采工作面大型装备集中控制平台的实 现方法，W解决煤矿井下无人值守工作面采煤的集中控制问题。
[0006]实现上述目的的具体技术方案如下。
[0007]-种煤矿综采工作面大型装备集中控制平台的实现方法，其所述方法是基于煤矿 综采工作面大型装备各子系统，包括采煤机系统、液压支架系统、工作面运输系统、乳化液 累站系统、移动变电站系统和视频监控系统，并通过控制层高速工控机及其高速数据采集 卡、前端开发平台、数据库、通讯网络，在集中控制平台的集中协调控制下，实现煤矿井下综 采工作面大型装备各子系统按采煤工艺自动进行无人值守的采煤方法；
[0008]所述集中控制平台的实现方法包括实时监测、集中协调控制和信息通讯网络；
[0009]1)所述实时监测是由高速数据采集卡采集所述大型装备各子系统的信息，经所述 控制层高速工控机汇总融合后，W网络通讯协议进入控制层高速工控机，进行实时监测控 审IJ，所述实时监测的控制方法如下：
[0010] (1)实时监测采煤机系统的采煤机截割头振动、电机的电流和溫度；减速箱的溫 度凍箱的溫度、油溫、油位和油压；变频器输入/输出电流、电压、频率和功率；采煤机系统 的采煤机运行速度和运行方向；各部分冷却水的流量、压力和外喷雾流量；当监测量超过 设定值后，系统自动进行报警，并显示故障信息；
[0011] (2)实时监测液压支架系统的液压支架前立柱压力、后立柱压力、推移行程和采煤 机位置；
[0012] (3)实时监测工作面运输系统中刮板输送机电机电流和绕组溫度，减速箱的油溫、 油位和轴溫，冷却水的压力和流量，油缸压力，皮带部分的堆煤、烟雾、纵撕、断带、打滑和张 紧的故障信息；
[001引 （4)实时监测乳化液累站系统的供水量、供油量、油溫、油位、进口压力、出口压力、 液位和浓度；
[0014] 妨实时监测移动变电站系统的一次侧的A/B/C相电流、电压、漏电电流和电源频 率；二次侧的电压、电流和绝缘电阻；一次侧和二次侧的漏电、过流、短路、超溫和断相故障 状态；
[0015]2)所述集中协调控制是利用控制层高速工控机对大型装备各子系统传送的信息 进行分析判断，若判断大型装备各子系统装备状态正常，则根据采煤机位置进行相应的控 审ij;所述集中协调的控制方法如下：
[0016] (1)综采工作面开始采煤时，装备按逆煤流顺序启动控制；
[0017] (2)采煤机位置的双重判断和校正；
[0018]采煤机开始工作时应位于工作面的一端，并将此时采煤机位置设置为初始位置， 采煤机在运行过程中不断记忆其行走的刮板输送机链节数，由此判断采煤机行走位置，同 时结合液压支架系统由红外线传感器检测到的采煤机位置，如果两者一致，则由此自动控 制相应液压支架动作，实现自动追机拉架；如果两者不一致，则报警，停止采煤机运行；每 完成一个往返采煤过程，采煤机回到工作面的初始位置；
[0019] (3)集中控制平台根据采煤机位置及运行方向自动判断采煤工艺段，发出集中控 制命令，使相应液压支架自动跟踪采煤机实施相应的动作；
[0020] (4)在采煤过程中，控制层高速工控机根据采煤机截割头振动、油压和滚筒电机电 流对滚筒高度进行自动调整，控制方案是基于记忆截割的轨迹目标预见控制方法，运种方 法是依据带有径向基神经网络的煤岩界面识别技术实现的；
[002。 妨在采煤过程中，控制层高速工控机根据油缸压力、刮板输送机电机的电流W及 采煤机位置对刮板输送机链条进行自动张紧力控制，刮板输送机链条自动张紧装置由多变 量，即油缸压力、刮板输送机运行电流和采煤位置融合后进行自动控制；
[0022] (6)在采煤过程中，控制层高速工控机自动根据采煤机位置控制视频监控系统中 摄像头的点亮和焰灭，减小海量视频监控信息量传送；
[0023] (7)控制层高速工控机在启动采煤工作时，首先采集大型装备各子系统的工作状 态信息，判断是否开始正常工作，判断方法为向每一设备发出问询信号，大型装备各子系统 接到问询信号后，将约定好的表示自身状态的信息回应给控制层高速工控机，集控平台的 控制层高速工控机经过判断后，若满足启动条件，则发出启动信号；
[0024] a、在采煤过程中，检测到刮板输送机有堆煤发生，此时控制层高速工控机立刻控 制电液控制系统中的端头液压支架，启动安装在一级护帮上的铁爪动作，将堆煤快速送入 转载环节；
[0025] b、在采煤过程中，集中控制平台将集控命令发给电液自动控制系统的端头控制 器，再由端头控制器控制支架控制器执行具体动作，当检测到液压支架电液控制系统的通 讯中断时，则会立即启动电液控制系统的另一个端头控制器，由两个端头控制器分别负责 中断故障发生后中断点两侧控制器正常受控进行动作；
[0026] C、在采煤过程中，集中控制平台根据采煤机工作状况自动调整工作面运输系统装 备的运行速度；
[0027] t在采煤过程中，集中控制平台判断出乳化液累的进口压力和出口压力大于 1.IMpa时自动启动反冲洗过滤器；
[0028] 3)所述信息通讯网络是大型装备各子系统与集中控制平台信息传送的网络结构 和通讯模式，控制层高速工控机与大型装备各个子系统的控制层高速工控机是基于TCP^P 协议的网络通讯，所述信息通讯网络的控制方法如下：
[0029] (1)控制层高速工控机与各个子系统的高速工控机是通过信息通讯网络进行通 讯；
[0030] 似控制层高速工控机作为客户端，大型装备各子系统都作为服务器端，控制层高 速工控机每隔500ms轮巡一次所有大型装备子系统，然后根据巡检结果给出控制量。
[0031] 在上述技术方案中，所述工作面运输系统包括刮板输送机、转载机、破碎机和胶 带输送机；所述控制层高速工控机是高速嵌入式计算机UN0-3072A;高速数据采集卡是 PCI-1716;前端开发平台是化we;rBuilde;r ;数据库是SQLServer ;通讯协议是Modbus TCP/ IP ;通讯网络是工业W太网化hernet。
[0032] 本发明上述所提供的一种煤矿综采工作面大型装备集中控制平台的实现方法的 技术方案，实现了煤矿生产的自动化，填补了国内无人值守采煤生产的空白，打破了国外对 该项