煤矿采掘工作面数字化集成与控制系统

煤矿采掘工作面数字化集成与控制系统赵云徐州中矿大华洋通信设备有限公司电话：[phone]Email：[e-mail]2015年5月6日主要内容1、综采工作面自动化系统组成综采工作面数字化集成与控制系统是将工作面所有综采设备有机集成，设备之间形成有效联动，使用同一软件平台监控工作面设备正常有序工作。同时系统具备数据分析监控功能，当有设备出现异常时，系统能够根据之前的参数设定进行相应控制功能，能够做到精确、及时、有效地保护综采设备运行。主要包括以下系统：1、采煤机自动化系统2、液压支架电液控自动化系统3、工作面语音通讯控制系统4、集成供液系统5、移动变电站监测系统6、组合开关监控系统7、工作面环境监测系统8、顺槽集控列车设计2、综采工作面数字化集成2.1数字化集成通信拓扑结构2.2数字化集成通信接口2.3数字化集成界面2.1数字化集成通信拓扑结构序号系统名称硬件接口类型数量软件接口协议厂家及型号1采煤机自动化系统以太网RJ45接口1OPC艾柯夫SL7502支架电液控自动化系统以太网RJ45接口1OPC天玛电液3工作面三机保护系统RS4856ModbusRTU张煤机4工作面变频中心RS4851ModbusRTU张煤机5语音通信控制系统RS4854ModbusRTU天津华宁KTC1016顺槽皮带集控系统以太网RJ45接口1TCP/IP上海煤科院7工作面集中供液系统以太网RJ45接口1TCP/IP天玛电液8移动变电站RS4852MODBUSRTU泰安众诚保护器9组合开关以太网RJ45接口2OPC上海李氏10工作面环境监测系统以太网RJ45接口1OPC天津中煤KJ862.2数字化集成通信接口2.3数字化集成界面3、综采工作面自动化控制系统3.1综采工作面自动化控制系统结构3.2采煤机自动化系统3.3液压支架电液控系统3.4顺槽集控中心设计3.5工作面三机协同控制3.6工作面自动化系统建设3.7工作面自动化系统功能3.1综采工作面自动化控制系统结构3.2采煤机自动化系统采煤机系统通常采用就地控制，一般不具备远程控制功能。国产采煤机实现自动化控制一般需要新上电牵引采煤机，例如西安煤机厂MG400/1130-GWD系采煤机，采用PLC控制核心，可实现自动化控制。进口采煤机一般预留改造自动化升级接口，例如艾柯夫SL750系列采煤机，久益7LS系列采煤机。可增加远程控制台，升级自动化套件，实现自动化控制。采煤机单机自动化系统要求具备以下功能：3.2采煤机自动化系统1、采煤机集中控制系统的主要功能：在采煤机处于记忆截割模式时，通过顺槽集控主机向采煤机远程控制台发送控制指令达到对采煤机进行远程控制功能，主要包括：调整截割参数，包括采高、速度等参数。监控截割状态，包括牵引、截割电机电流，采煤机的行走速度和方向，采煤机位置，油温，摇臂高度等。通过远程控制台控制和操作采煤机，包括启动、停止、减速控制2、采煤机视频监控系统功能采煤机上需要安装4个摄像头，每个摇臂1台，沿煤壁方向观察滚筒前方的截割情况。另2个摄像头安装在机身上，接近电缆拖曳装置，用于观察电缆夹的情况。主要功能:捕获支架顶梁位置和前滚筒的动作监控大块煤与采煤机的碰撞观察电缆夹在电缆槽内放置正确与否所有摄像头装备有自动水喷雾清洗系统3、采煤机自身定位系统完善利用采煤机现有的轴编码器定位系统进行采煤机精确定位，同时将数据通过远程控制台传输给工作面集控主机。3.2采煤机自动化系统西安煤机厂薄煤层采煤机摄像头安装位置显示器监视图像3.2采煤机自动化系统JOY控制台设备布置3.2采煤机自动化系统3.2采煤机自动化系统艾柯夫控制台设备布置3.3液压支架电液控系统电液控系统功能：邻架控制远程控制成组控制无人化控制3.3液压支架电液控系统顺槽集控主机通过与支架电液控系统通讯，实现数据监测及控制功能主要包括：1、数据监测功能获取工作面支架状态信息及运行数据，包括：支架立柱压力、推移行程、煤机位置（使用红外对射器检测）数据，同时显示支架闭锁信息、传感器故障信息等相关内容。2、控制功能电液控系统具备对工作面液压支架的远程控制，控制功能包括：升柱、降柱、推溜、拉架、护帮、伸缩梁、喷雾等控制功能。3、跟机自动化及割三角煤功能顺槽集控主机提供自动跟机指令给电液控主机，电液控系统根据液压支架自身红外对射器监测的采煤机位置数据，实现跟机自动化以及自动割三角煤功能，保证采煤机前进时支架能够自动做出正确动作；自动化功能能够通过电液控集控主机进行远程控制和参数设置。3.3液压支架电液控系统功能键，方向键，急停键本架急停和电磁阀直接相连无附加电缆在线程序传输防护等级IP68双向控制四芯电缆接口Marco实用电液控制系统实用电液控制器实用电液控制器+主阀3.3液压支架电液控系统控制板可以对左右邻架以及再邻架进行控制。控制功能数6到22功能。邻架控制时，假若操作人员操作被控架的控制板，邻架控制功能立刻停止。控制板直接安装在主阀上。非主从控制器设计，可在任何一架控制左右邻架(隔架）三架，即对六个支架直接进行控制。单键单动作，组合动作，成组推溜和自动移架。Marco实用电液控制系统特点3.4顺槽集控中心设计3.4顺槽集控中心设计装有井下控制主机的集成控制室内置布线系统可变的结构可按照客户要求定制3.5工作面三机协同控制综采工作面“三机”协同控制有两个重要的过程：系统启动与停止。其他设备启动刮板输送机启动采煤机液压支架跟机关停刮板输送机关停采煤机液压支架跟机其他设备“三机”设备启动顺序“三机”设备停止顺序3.5工作面三机协同控制13r2s4q65p79m8n101211131514161817l采煤机收护帮板移架伸护帮板煤层溜槽推溜推溜推溜推溜无动作无动作无动作无动作液压支架采煤机记忆截割模式下，液压支架根据采煤机位置实现自动跟机动作，并实现推溜、拉架，上图为三机协同动作示意图。3.6工作面自动化系统建设1、系统控制模式全自动化模式:A、一键顺序启停机功能,启动顺序如下：系统供电状态检测-系统启动条件检测-语音报警-泵站-顺槽皮带-破碎机-转载机-前部运输机-后部运输机-采煤机记忆截割工作-液压支架自动跟机；B、停机顺序如下：采煤机-液压支架-前部运输机-后部运输机-转载机-破碎机-顺槽皮带-泵站。启停闭锁关系以前一设备的反馈信号为标志位。单机模式：在联锁的情况下由集控主机对泵站、前部运输机、后部运输机、转载机、破碎机、顺槽皮带进行直接控制，设备按顺序启停，液压支架及采煤机由各自集控主机控制，不参与集控。检修模式：在联锁解除的情况下由集控主机直接控制三机、泵站、顺槽皮带，通过语音系统对三机、顺槽皮带进行闭锁。液压支架及采煤机由各自集控主机控制，不参与集控。3.6工作面自动化系统建设2、异常情况处理逻辑启动控制逻辑及异常处理：设备启动命令启动时间运行反馈正常正常结束启动流程停止切换就地控制模式超时无否启动下一设备是停止控制逻辑及异常处理：设备停止命令停止时间停止反馈正常正常结束停止流程中断关联设备断电超时无否停止下一设备是切换就地控制模式3.6工作面自动化系统建设3、故障报警处理：将系统故障报警划分为二级：二级故障使用图文提示，不停机；一级故障使用图文提示，并进入停机流程。4、系统急停：将前部运输机与采煤机通过变频器及组合开关闭锁，当前部运输机停止时，采煤机必须停止。系统急停划分为三个流程：A、后部运输机急停；B、前部运输机、采煤机急停；C、后部运输机、前部运输机、采煤机、转载机、破碎机急停。5、机械故障判断：通过负载电流判断刮板运输机断链；通过减速机轴头速度判断破碎机锤头不动作；现场巡检人员判断。3.7工作面自动化系统功能1、液压支架电液控系统可实现随采煤机自动动作。2、系统配置红外对射定位系统及采煤机轴编码器定位系统两种定位系统，实时比对数据，为全自动控制提供可靠数据；3、采煤机配置远程控制中心，可实现对采煤机的远程控制，并具备记忆截割功能；4、工作面所有自动化系统集成到统一的数据平台，实现各自动化系统的数据交换及控制联动；5、实现在顺槽集控中心对放顶煤综采工作面设备进行远程集控，减少了现场操作人员。6、系统可以和矿井综合信息化系统融合，实现信息发布自动化控制主界面3.7工作面自动化系统功能自动化控制界面3.7工作面自动化系统功能采煤机集成控制界面3.7工作面自动化系统功能负荷中心集成控制界面3.7工作面自动化系统功能移变集成监测界面3.7工作面自动化系统功能转载机集成控制界面3.7工作面自动化系统功能液压支架集成控制界面3.7工作面自动化系统功能供液系统集成控制界面3.7工作面自动化系统功能4、综采工作面音视频系统4.1工作面语音通信系统集成4.2视频实时采集与全景拼接系统4.1工作面语音通信系统集成对于工作面华宁的扩播电话、皮带沿线的扩播电话，采用综合接入网关，接入现有的工业以太环网。通过软交换平台，将无线通信系统、有线程控调度电话系统等集成起来，通过地面通信集成主机，进行统一的管理、控制。语音通信系统集成拓扑结构4.1工作面语音通信系统集成1、互通互联：4.1工作面语音通信系统集成2、人员定位系统呼叫和联动：4.1工作面语音通信系统集成3、安全监测系统的集成和联动：4.1工作面语音通信系统集成4、华宁等现有扩音电话系统接入：实现对现有扩音电话系统接入到通信联络系统内，充分利用现有资源。5、与综合自动化系统联动：工作面自动化系统可通过上位机控制界面实现对程控电话、无线通信、扩音电话的直接呼叫、通话。4.2视频实时采集与全景拼接系统工作面视频系统拓扑结构4.2视频实时采集与全景拼接系统功能1、系统具有图像拼接功能，可将多个摄像仪的视频图像进行拼接，形成工作面全景视频。2、综采工作面视频画面可人工切换，也可根据采煤机位置信息实现自动循环切换，为综采工作面无人化集控运行提供技术保障。3、在采煤机上安装摄像仪，实现对采煤机前后滚筒及电缆拖放情况实施监视。5、综采工作面信息融合发布平台5.1基于3DVR的综采工作面虚拟现实系统5.2移动互联数据平台5.1基于3DVR的综采工作面虚拟现实系统利用物联网技术、三维地理信息系统和监测监控技术，形成工作面3DVR监测监控平台，可进行矿山综采工作面各生产系统的三维动画模拟。5.1基于3DVR的综采工作面虚拟现实系统系统功能：1、利用3DVR虚拟现实技术，建立综采工作面三维虚拟场景，实现采煤机的开采状态割煤效果展现，可以实时显示工作面主要设备及环境运行工况。2、以采煤机为焦点的视觉演示，进行跟机自动化控制生产过程的设备三维动画显示。5.2移动互联数据平台利用移动互联服务器、综合接入网关、无线交换机、本安型平板电脑等构建工作面移动互联数据平台。利用无线通信系统，在矿用本安型平板电脑和智能手机上实现工作面视频数据、安全监测数据、人员定位数据及工作面工况信息数据的实时监测。5.2移动互联数据平台功能1、构建完整的有线/无线安全生产调度平台，通过智能手机、本安型平板电脑等智能终端，可查询煤矿的生产、管理等各种信息、报表，接收告警推送，实现井下的移动调度和办公。2、系统各监测点数据支持自主设置，可以灵活调整，系统扩展性及可操作性高。5.2移动互联数据平台5.2移动互联数据平台6、掘进工作面自动化系统建设实时监测掘进机设备的运行参数、工作状态、保护状态、声光报警信息等；实时显示掘进机的工作位置、姿态、切割头的位置等信息；显示掘进机工作面及切割断面的视频图像、切割轮廓；具有掘进机具有工作行程历史回放功能；具有设备故障分析和报警功能；具有历史数据保存和显示功能、设备故障、报警记录信息查询功能。掘进机无线摄像仪谢谢