煤矿工作面自动化控制系统探讨

煤矿工作面自动化控制系统探讨（精选8篇）

煤矿工作面自动化控制系统探讨 第1篇

摘要：我国综采工作面自动化的研究己经有十多年的历史，但总的来说，综采工作面自动化的设备零散组合多，整体成套系统少，因此系统可靠性有待提高。本文介绍工作面综采自动化控制系统的配套应用，以实现工作面少人化、无人化开采为目标。系统依托贯穿工作面、顺槽的工业以太网通信系统及无线网络通信平台，实现以综采设备自动化控制为核心，人员就地巡视干预为辅助，顺槽、地面远程集中监控为支撑的自动化控制模式。

关键词：综采工作面;自动化;成套设备;远程监控

1概述

我国煤矿有综采工作面3000多个，其中配备高端自动化装备的工作面有450个，仅占综采工作面总数的15%。而发达国家已达到100%，基本开始了综采工作面从5人采煤向2人采煤再向无人化采煤的过渡[1，2]。例如：平均日产1.07万吨，采高2.05米的OakyCreek煤矿;平均日产近2万吨，采高3-3.2米的嘉能可(Glencore)公司布尔加井工矿(BulgaUnderground);日产最高4.5万吨，采高4.5-4.8米，最高月产100万吨的Anglo公司莫兰巴北矿等。这些煤矿已发展到工作面班长1人，操作工3人，巡视工1人的5人开采模式[3]。国内也有二十多个矿区进行过综采工作面自动化的探索与尝试[3，4]，典型的有神东榆家梁、黄陵矿等。这些探索很大程序上促进了我国综采设备的发展。如液压支架可以实现跟随采煤机的位置和方向自动完成降-移-升、推溜、喷雾等动作，采煤机能够实现记忆割煤，运输设备能够实现变频启停和煤流监控调速等技术。但总的来说，综采工作面自动化的整体配套设备还有欠缺，系统可靠性还有待提高。本文以红柳煤矿I040301综采工作面为例，介绍工作面综采自动化控制系统的配套及可靠容错机制。综采自动化以工作面少人化、无人化开采为目标，依托贯穿工作面、顺槽的工业以太网通信系统及无线网络通信平台，实现以综采设备自动化控制为核心，人员就地巡视干预为辅助，顺槽、地面远程集中监控为支撑的自动化控制模式[5]。

煤矿工作面自动化控制系统探讨 第2篇

3.1控制功能

在两大功能当中，又以控制功能为最。自动化控制技术因操作类型的不同又下分为自动机械控制和人工手动控制。该控制功能将有效解决一些运输事故，如出现故障时，控制器会受到相应的信号，并反馈给集控中心，使得相关工作人员第一时间收到故障信息，第一时间进行维修作业，保障矿石输送环节的正常运行。在进行正常作业时，操作人员对集控中心输入启动指令，集控中心进行相应的逻辑运算，按照已编制的控制程序进行运作，从而实现煤矿开采生产自动化，大大提高其工作效率。

3.2保护功能

煤矿自动化控制技术中的保护功能也是极具代表性，当皮带输送设备出现故障时，会触动周边设置众多的保护开关，这些保护开关通过相关数据的反馈，初步判断出故障原因并反馈给集控中心，从而进行具体的处理工作。并且在皮带输送过程中，常常会出现温度过高和电流过大的情况，这些情况都会对输送环节产生影响，由PLC控制系统对皮带输送环节进行实时把控，对于温度和电流变化进行监视，出现情况时进行具体处理，保证矿石开采生产环节的正常运行。

4结语

目前煤矿开采正逐步升级为智能化、数字化、机械化、自动化的高速生产，煤矿自动化控制技术在皮带运输中的良好应用将大大的减少不必要的劳动力浪费，节约开采成本，从而大力的提高其煤矿开采率，为相关的煤矿企业提供更高的经济效益，并且自动化控制技术自身具备的保护功能，也可以从一定程度上提供煤矿开采环境的安全可靠性，为我国的煤矿开采事业提供保障。

参考文献：

[1]崔智明.煤矿电气自动化控制技术中单片机的应用[J].科技创新与应用，(24):126.

[2]王永坤.电气自动化控制技术在煤矿生产中的应用探讨[J].科技创新与应用，2015(15):127.

[3]吴琦.煤矿电气自动化控制技术中单片机的应用[J].硅谷，2015(3):118,120

煤矿综合自动化系统构架探讨 第3篇

1) 采用OPC及组态软件等技术接入软件平台接入地面集控中心, 实现对井下皮带、供电、排水等设备的远程启停控制和在线监测。2) 利用WEB发布功能, 实现视频监控系统、人员定位系统及虹膜考勤系统的远程web登录、查询、控制等功能。3) 利用比较成熟的WIFI无线通讯技术, 建立井下无线通讯系统, 实现井下作业人员移动通信, 为应急处理等提供良好保障措施。4) 建立了矿井工业电视监视系统, 将井下和地面各主要地点摄像机的信号传输到地面视频服务器, 在集控中心显示和切换图像, 为地面远程控制提供了必备的监视手段。5) 通过ifix组态软件, 远程采集各系统信令, 汇集到地面集控中心, 实现远程对井下各主要设备的启停控制。

2 煤矿综合自动化系统的组成

煤矿综合自动化系统采用管理层、控制层、设备层的架构体系, 主要由硬件平台、软件平台、各接入系统组成, 其网络结构如图1所示。

1) 硬件平台。该系统以山南总部、新集大厦和刘庄作为网络核心节点, 建设成一个基于SDH的网络承载平台, 为工业自动化、信息数据业务、生产监控、网真视频会议系统、程控交换等业务提供一套高速、安全、可靠的网络平台, 并通过SDH联入公司内部网络, 实现和公司内部千兆网络的接入。地面集控中心采取双机互备的方式设置各子系统工作站、数据库服务器、管控服务器等, 分别接入工业以太网核心交换机。整个控制网络为独立的监控信息传输网络, 只通过硬件防火墙与管理信息网联接, 保证系统的安全。在管理信息网内配置Web服务器, 用于提供Web应用发布, 使管理信息网内的客户端能够浏览到综合自动化系统的相关信息数据。

2) 软件平台。煤矿综合自动化系统采用3层网络体系结构:浏览器 (客户端) 、应用逻辑服务器、数据库服务器, 如图2所示。

煤矿综合自动化系统的开发平台为GE公司i Fix组态软件, 以网络操作系统Windows2003Server为运行环境, 以关系数据库MSSQL Server、Oracle为数据库支撑。

3) 各接入子系统。a.becker自动化控制系统。该子系统包括供配电系统 (包含中央变电所、采区变电所及各大型设备供配电点) 、压风管网、矸石胶带运输系统、煤流胶带运输机系统、工作面 (包含工作面三机、采煤机、电液控的集成控制) 及高压泵站、井下控制网络及通讯系统、井下主要煤仓及矸石仓、道岔控制等9个井下自动化子系统。各子系统通过Mining Master进行系统控制, 就近接入工业环网, 实现信息传输。b.通讯联络系统。通讯联络主系统选用江西联创DDK-6型数字程控交换系统, 系统容量400门, 冗余100门, 电话终端分部井下各重要区域、巷道、硐室、工作面及施工场地等, 已实现通信全覆盖, 部分重要场所可一键直拨调度指挥中心。它包含无线通讯系统及IP广播系统两个辅助系统。无线通讯系统井下安装基站26个, 配置无线手机700部, 井下信号覆盖率达90%以上。IP广播系统现安装井下终端23个, 覆盖井下等候室、主巷道及各皮带巷、工作面等, 现已向西翼拓展。c.视频监控系统。口孜东矿安防及视频监控系统主要分地面部分 (工广安防) 和井下部分 (生产视频监控) 。现该系统地面安装视频探头170余个, 井下安装防爆摄像机20余个, 并分别于矿保卫及集控中心设置监控大屏显示系统, 24小时实时监控记录。该系统通过独立光缆传输无压缩视频信号, 极大的降低了视频的失真率, 保持了良好的现场监控状况, 同时支持远程web登录、控制等操作。d.人员定位系统。矿井人员定位系统由地面信息采集基站及井下分站组成, 地面布置采集分站1个, 井下布置大分站5个, 小分站20余个, 无线收发器30余个, 配置标识卡10000张, 实现一人一卡入井。根据矿井开拓需要, 现已向西翼扩展, 并于各岔道口、重要场所布置分站或无线收发器, 并根据场所重要程度划分区域等级及应急等级等。e.集控大屏监控系统。口孜东矿集控中心系统共划分五个功能区, 分别是调度指挥区、井下生产控制区、地面生产监控区、人员定位及视频监控区及矿井监测监控区。配置国外进口Barco大屏12块、国内一流背投大屏24块, 高端主机10台、19寸液晶显示屏40台, 一机拖四屏, 四屏无缝衔接。通过贝克自动化系统可实现远程一键开启井下工作面采煤机等大型设备。f.自动化平台系统。建成统一的集控操作平台, 各系统通过自动控制网和通讯传输网, 实现对公司矿井的采煤、掘进、运输、提升、供电、通风、排水、压风、物流、物瓦斯监测、视频等各类系统的远程在线监控、监测和远程操作, 全景展示监视、控制、状态、事件、自动化过程, 支持多监视器、小组协同工作, 实现了对自动化监控画面对象的连贯性。并通过中心机房WEBSERVER服务器、I/O服务器、数据服务器、核心交换设备、控制终端等设备实现信息的采集与处理。

3 结语

煤矿综合自动化系统在地面远程控制井下设备, 实现现场无人值守, 不仅减人提效, 也是煤矿“无人为安”思想的体现。国投新集口孜东矿自动化系统实现了生产过程的自动化、管理流程的信息化、系统监控的数字化, 取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]储璐.浅谈煤矿综合自动化系统架构及实施.

煤矿工作面自动化控制系统探讨 第4篇

关键词：煤矿；井下；人员管理

中图分类号：TD76

文献标识码：A

文章编号：1000-8136(2009)20-0093-03

在近几年发生的多起煤矿重大安全责任事故中，反映出了一个共性问题：即部分煤矿生产企业劳动组织管理混乱，表现为职工考勤制度执行不严，提前升井现象十分普遍，下井登记、检身管理混乱，煤矿井下人员的数量、实时分布情况难于掌控。

1煤矿井下作业人员管理系统工作原理

煤矿井下作业人员管理系统由软件系统和硬件系统组成，其中，软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分，主要完成信息的采集、识别、加工及其传输，构建不同的应用系统。硬件系统包括地面监控计算机、传输适配器、射频读写器、射频识别卡和天线等组成，见图1。主要完成信息采集和识别，从而实现人员识别、人员定位的功能。

1.1井下作业人员管理系统硬件设备工作原理

1.1.1射频识别卡和读写器工作原理

(1)射频识别卡：每个射频识别卡具有唯一的电子编码，其内部储存着特殊信息，用来标识目标对象。识别卡平时处于睡眠状态，当进入系统工作区后，射频卡被激活工作，进行射频数据的收发。识别卡通常随身携带。射频识别卡通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。当射频识别卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。

(2)射频读写器：每个监测点安装一个射频读写器，射频读写器将低频的加密数据载波信号经发射天线向外发送，用来激活进入该区域的识别卡；同时把接收天线接收来的识别卡的高频载波信号进行放大、解调。提取有效的数字信号通过RS485等总线传给地面监控计算机。

RHD读写器，读写模块的核心部分包括一个控制用微处理器和一个RFID基站芯片。它能独立完成对符合ISO15693标准卡片的所有操作，它还具有与用户主系统的串行通信能力，可根据用户系统的命令完成对RHD卡的读写操作。并将所得数据返回给用户系统，这个用户系统可以是一个主控板或PC机。

RFID读写模块提供多种通信方式与用户系统进行通信，极大地方便了用户的连接。RHD读写器，读写模块硬件主要由中央微处理器(89C52)、RFID基站芯片、高频电路、模块天线、RS232通信电路、复位电路、LED状态显示和喇叭驱动电路等组成。其硬件结构见图2。

1.1.2天线设计原理

射频天线含发射天线和接收天线，与井下射频读写器连接，形成监测点，完成与识别卡的通讯。发射天线用于发射天线电信号以激活识别卡，接收天线接收识别卡发出的无线电信号。射频天线固定在巷道顶部，采用同轴电缆与监测点连接，连接距离不大于10m为佳。

RFID的天线主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3种基本形式的天线。其中，小于1m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线，它们主要工作在中低频段。而1m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的RFID天线，它们工作在高频及微波频段。在远距离耦合的RHD应用系统中，最常用的是偶极子天线(又称对称振子天线)。偶极子天线及其演化形式见图3，其中，偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成，信号从中间的两个端点馈入，在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布，这种电流分布就在天线周围空间激发电磁场，利用麦克斯韦方程就可以求出其辐射场强。

当单个振子臂的长度为λ／4时，输入阻抗的电抗分量为零，天线输入阻抗可视为一个纯电阻。在忽略天线粗细的横向影响下，简单的偶极子天线设计可以取振子的长度为λ／4的整数倍。如工作频率为2.45GHz的半波偶极子天线，其长度约为6cm。当要求偶极子天线有较大的输入阻抗时，可采用图3(b)的折合振子。

1.1.3地面监控计算机

通过对读写器传送来的编码信号进行分析，识别出人员的身份、位置，并将相关信息进行实时显示、存储，可直观动态显示井下人员的分布情况。

1.1.4传输适配器

传输适配器安装在监控计算机旁边，作为数据传输接口，适配器带有RS232／RS485接口，可以连接多个监测点，实现20km以内的远距离信息传输。根据巷道分布图布置监测点，各监测点通过矿用通讯电缆或光缆组网，与传输适配器连接，传输适配器通过RS232与监控计算机连接。

1.2井下作业人员管理系统软件设计工作原理

煤矿井下作业人员管理系统软件设计分为嵌入式软件和应用软件，嵌入式软件主要针对井下硬件设备开发，完成井下实时数据的采集、传输及处理，形成井上数据库；应用软件以数据库为核心完成井下人员定位系统的员工管理和考核统计等功能。嵌入式软件设计主要包括读写器软件设计和射频识别卡软件设计。

1.2.1读写器软件设计

读写器上电，电源指示灯亮，经初始化后，首先从拨码开关上读取相应的信息，然后确定本机的地址、要采取哪种无线通信协议，采用多大的通信速率进行数据上传。按照确定无线通讯协议接收射频识别卡信息，接收到，同时进行声光提示。如果协议需要校验，则对接收到的射频识别卡进行相应的校验，校验合格后，识别卡信息加上进入标志一起存入上传通信缓存区，同时，也把识别卡信息写入无线接收存储区，该识别卡进入时间计数器开始计数。在一段时间内，若这张标识卡信息再次被接收到，则计数器清零，重新计数；否则，把标识卡加上出去标志一起存人上传通信缓存区，清除该标识卡在无线接收存储区的信息。在此期间，接收到上传数据的命令，经验证命令准确，则按协议上传数据，同时通信指示灯闪烁，待接收到下一帧数据，同时把前一帧数据从上传通信缓存区清除。

1.2.2射频识别卡软件设计

识别卡软件主要有以下3部分组成：主程序模块、电源低电压检测程序模块、组织发送数据程序模块。主程序模块实现对微处理器MCU和发射芯片的初始化配置，然后进入掉电模式，以节省电能；电源低电压检测程序模块负责对电池电压的定时监测，在识别卡上完成欠压指示功能的同时，把欠压信息送人发射缓冲区，作为识别卡发送数据包的一部分进行无线传输；组织发送数据程序模块完成接收地址、识别卡号、校验码及电池状态等有效信息由微处理器到发射模块的低速传递。其中，电源低电压检测程序和组织发送数据程序共同构成识别卡的中断程序。

1.2.3上位机应用软件界面设计

为了达到直观、形象、动态地显示井下巷道布置情况，准确

地实现人员定位的目的，大多数系统会引入第三方图形控件，将井下巷道布置图引入到上位机软件中，可以在图形上实时观察各个站点的人员信息，当发生异常时候还可以监测到实时报警信息。在上位机软件主界面上可实现如下功能：

(1)定位：在图形上标注不同的区域，通过上位机软件对采集到的数据进行处理，将各个区域的数据信息显示在图上对应的位置，并可查看当前该区域有哪些人员。

(2)实时显示：可在界面上查看各个区域人员的流动情况。包括进出限制区域、中点区域时间，超员报警、超时报警、工作异常报警等。

(3)报警功能：可通过设定下井时间，对下井超过一定时间的人员提示报警，并给出相关人员的名单等信息；可对进入一些重要位置、危险场合的人员进行报警，从而有效阻止人员违章进入，并将违章人员记录在案。

(4)模拟动画：可对图片进行放大、缩小、漫游等功能。可以监测特定人员的活动路线，可实现指示灯、区域信息分类显示、历史轨迹回放等功能。

2煤矿井下作业人员管理系统应用探讨

2.1井下作业人员管理系统使用情况和存在的问题

针对目前煤矿井下还普遍存在入井人员管理困难，井上管理人员难以及时准确掌握井下人员的分布及作业情况，一旦发生事故，抢险救灾、安全救护的效率低，特别是事故发生后对矿井人员的抢救缺乏可靠的位置信息现状。最近几年。很多厂家在已有监控系统的基础上陆续推出了基于无线射频识别技术(RFID)的“矿井人员跟踪定位及考勤管理系统”。在一定程度上解决了煤矿的这些困难。因此，国家最新颁布了《A06210-2007煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》和《AQ1048-2007煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》。山西省要求所有煤矿全部安装井下作业人员管理系统。然而市面上取得国家允许的煤矿安全生产标志证书的厂商很多，煤矿在对井下作业人员管理系统进行选型时，由于缺乏经验和相关产品的专业知识。在选择产品时存在一定的盲目性，致使煤矿上安装的很多系统在运行过程中仍表现出稳定性较差，需要长期投入大量的人力和物力去检修和维护，煤矿的安全生产仍然受到一定的影响。相当一部分系统不能准确、有效地对入井人员进行实时监控。主要暴露出了以下缺陷：

(1)功能不完善，可靠性不高，不能实现100％的人员识别区域定位，易出现“多卡”、“漏卡”或“一卡同时多位置”等井下人员所在区域与地面控制中心反映的实时情况严重不符的问题。

(2)识别目标的距离较短，识别时间延时长，对快速通过的目标不能及时识别，造成实现系统扩展车辆定位功能瓶颈。

(3)系统无线传输过程中，抗干扰性能不强，校验机制不理想，信号失真或丢失问题严重。

2.2井下作业人员管理系统的缺陷分析及解决方案

事实上，目前煤矿作业人员管理系统出现的上述缺陷归根于无线射频技术中无线信号传递的缺陷，要保证每一次无线信号传递的有效性，就要保证信号的传输强度和读取信号的时间。目前，国内各个厂家开发的矿井人员定位射频卡所使用的频率主要集中在433MHz和2.4GHz两个频点，这两个频点各有特点，在此作一个比较：

在正在制定的《煤矿井下人员位置监测与管理系统通用技术条件》中明确说明：无线工作频率宜在433MHz、862MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等中选取。

下式为无线信号在空气中传输时的损耗计算公式：

Los=32.44+20lgd(km)+201gf(MHz)

Los是传输损耗，单位为dB；d是距离，单位是km。f是工作频率，单位是MHz。

可见，传输损耗与频率成正比，即频率越高，传输损耗越大；或者说在同样传输损耗情况下，传输距离与频率成反比，即频率越高，传输距离越短。故：

(1)目前的2.4G设备信号传输距离短(一般为10m～30m，可靠通讯距离10m)，传输过程信号衰减大，信号穿透、绕射能力弱，易被物体遮挡。

(2)433M信号传输距离长，穿透、绕射能力强，传输过程衰减较小。在矿井人员定位这一特定的射频技术应用中，所需要传输的数据量很少。一个射频卡一般1至几秒才发送一次数据，每次也只需要发送几个字节。因此完全不需要很高的通讯速率。433MHz下的通讯速率已经完全可以满足200个卡的并发识别数量。

影响漏卡率的关键因素是信号质量而不是传输速率，如果信号很弱甚至收不到信号，那么速率再高也没有用。确保收到信号才是根本。目前人员定位系统在实际使用中出现的漏卡现象，其实当时分站附近的人员数量并不多，一般也就20～40人，远远没到200人的并发识别数量极限，所以主要的原因决不是传输速率的问题，而是因为分站信号覆盖范围太小，特别是对于2.4GHz这样的设备，因为遮挡和距离对其信号影响很大，在很多情况下会出现某些卡的信号收不到，进而导致漏卡。

所以解决漏卡问题的关键是提高分站信号覆盖范围，确保分站能收到每个射频卡的信号并有足够的读卡时间。

矿井人员定位是非常简单的射频技术应用，目前所采用的射频收发芯片，无论是433MHz，还是2.4GHz，其芯片的结构和技术含量都差不多，很难说谁比谁更先进。2.4GHz技术的先进性实际体现在基于该频点上所开发的带有复杂智能协议的应用，如无线局域网、蓝牙、无线传感器网络ZigBee等，它们的先进性体现在复杂的协议和应用上，如智能网络和自组网技术等，而绝不是体现在射频收发采用了2.4GHz这个频率。在矿井人员定位这个特定的应用中，如果说2.4GHz比433MHz先进，那是偷换了概念。而实际上2.4GHz通讯速度较快的优势在此应用中并不能得到体现，相反它的缺点却明显地表现出来，如信号弱、通讯距离短、信号易被遮挡等，甚至因信号弱接收不到，而出现漏卡。

(3)抗干扰性：由于2.4GHz频段在国际上和国内都是无需许可证的开放频段，因此在此频段开发了许多应用，这一频段已十分拥挤。目前在2.4GHz频段上开发的应用主要有：无线局域网、蓝牙、ZigBee无线传感器网络、部分无绳电话以及其他一些短距离无线通讯设备等。其中无线局域网和蓝牙已经大量应用。无线传感器网络也是方兴未艾。由于射频卡数量大(每个矿少则几百，多则几千)，而且很多卡会由相关人员携带在矿区各处行走、移动，如果采用2.4GHz频段，则对其他2.4GHz应用来说，在整个矿区将会增加大量移动的2.4GHz干扰信号源，势必对这些设备和它们的正常使用产生干扰。

从技术的发展趋势来看，以太网技术已经开始应用到井下。无线局域网设备也必然逐渐应用到井下，另外ZigBee无线传感器设备也将逐渐应用到井下，如果射频卡也采用2.4GHz，那么这些设备之间将产生严重的相互干扰，使得各种2.4GHz设备都无法正常工作。

因此应当慎重考虑2.4GHz射频卡的使用。而如果采用433MHz势必会使原来系统的多卡、漏卡、不稳定、易受干扰等缺陷轻松得到解决。

3结语

煤矿自动化控制技术工作流程分析 第5篇

煤矿自动化控制技术在发展过程中，主要存在着两种类型的控制器系统，即ST200和PLC控制器系统。其中的PLC控制器系统为当今比较主流的控制系统，该控制系统的输入点和输出点为24和16，该系统的模块又下分为主要的几个部分：输入、输出和拓展，个数分别为4、2和1。为了适应矿洞下多变的开采环境，就需要比较高配置的零部件，控制系统所需的相应传感器、控制元件、电器线路都必须达到一定的`规格才可施用到控制系统中，并根据实际的系统运作情况来设置隔离和转换电路，从而保证系统运转时，实现转变无电位接点的24路开关信号为非无电位接点正常输出，且工作过程中的接点容量维持在250V/5A的数值范围内。PLC控制系统将从根本上对输入点和输入信号、输出点和输出控制进行人工把控，实现彼此间对应，根据接点和通道的实际情况来配置其相应的输出信号和输入信号，且在后续操作中由几个信号共用一个输出点，来保证整个PLC控制器系统的良好运行，从而全面提高煤矿开采率。

煤矿自动化控制系统 第6篇

主、副井提升自动控制系统一、系统概述：

矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着提升煤炭、矿石、下放材料、升降人员和设备等的重要运输责任，其电控技术的发展对促进矿井生产效率的提高和安全作业，无疑具有极其重大的影响。近年来，随着我国经济的快速发展和对矿山资源需求的高速增长，对矿山生产技术提出了越来越高的要求。因此为使用现代化信息技术，充分发挥煤矿管理信息网络和各生产控制系统应有的功效，实现监管控一体化的理想格局，并达到减员增效的目的；我公司特为现矿井提升机配置新型工业监控系统，组成原煤生产运输的集中监控系统，由地面计算机统一管理，对主副井提升电控系统进行自动化控制。

二、系统功能原理图：

（主井定量装载提升系统图）（副井操车提升系统图）

（定量装载流程图）

（箕斗提升及卸载流程图）

（箕斗定量装载上位机主画面图）

三、系统功能：

我国目前正在服务的矿井提升机的电控系统主要有以下四种方案：交直交变频调速系统、转子电路串电阻的交流调速系统、直流发电机与直流电动机组成的GM直流调速系统和晶闸管整流装置供电的V-M直流调速系统。公司本系统以安全、可靠、高效、经济为出发点，以可靠性原则为依据，使系统不仅适用于煤矿井下有瓦斯，煤尘爆炸危险的恶劣环境，也适用于地面恶劣环境，而且它可完成提升行程的测量和设定；本系统实现了对提升过程的程序控制，精度高，甚至可以取消爬行段；实现了速度、电流以及矢量的数字交换等，对提升机进行闭环调节；实现行程、速度等重要参数及提升状态的监视；具有良好的控制监视系统；实现了显示、记录和打印等有关数据的全部自动化，并能和全矿井监控系统联网运行。在配备一至二名巡检员之后，各点无需再配备专门人员，所有监控均由集控室来操作完成。因此该系统明显降低了设备故障率、简化了操作、减轻了工人劳动强度、提高了生产运行的安全可靠性、最大限度地缩减装卸载的时间，达到了提高产量，实现增效的目的。

四、系统组成与特点：

1、本集控系统由监控主站和上井口PLC（提升）、下井口PLC（定量或信号）的监控分站、视频监控子系统组成。

2、地面监控主站：监控主站由上位工控机、不间断电源、信号传输接口和集控软件、视频监控子系统等部分组成。该主站可单机监控各设备，并可通过以太网接口与全矿网络联接。主站设在地面集控室，为2台工业PC机。

上位机系统：上位机系统含工控机、大屏幕LCD、打印机、不间断电源等，2台工控机的配置完全相同，组成同时工作的冗余系统。平时，可1台作为操作员站工作于监控方式、另1台作为工程师站工作于管理方式，也可2台都工作于监控方式，均可实现对运输系统设备的监控和开、停各运输系统。

组态软件：上位机组态软件选用SIMENS公司WINCC6.0（正版）实时监控组态软件，工作于Window 2000平台，完成所需的图形监控、动态图形显示、历史数据采集、状态趋势图、自诊断、报警等诸多功能。集控系统的组网功能，上位PC机可通过以太网接口与全矿综合自动化网络连接，实现信息共享。

3、监控分站：在上井口和下井口分别设 KJD24Z 可编程控制机，实现各系统设备的监控及自动控制； 通过PROFIBUS总线接口与监控主站连接。此可编程控制机为本系统的核心主控单元，它采用高性能进口西门子PLC技术，从根本上提高了系统的工作可靠性及使用寿命。其多 CPU 并行处理技术、多重抗干扰技术、模块化结构和高防护等级设计，配以电源继电器箱、各种传感器保护装置、通信信号装置以及与驱动装置相应的控制设备构成适用于各种类型提升系统的高可靠性电控成套设备。并具备完善的保护和通信信号联络功能。

4、变频、高开通信软件：选用本公司开发的实时监控通信软件，工作于PC平台，通过RS485总线完成对高开柜的保护模块（PA150微机综合保护）及高压变频控制器的数据采集及控制任务，及时将所需的数据、历史数据记录、故障及动作记录参数融入WINCC组态系统中，实现实时在线式的远程监控功能。

5、高开柜、低压配电柜：高开室内安装多台高开柜，采用双回路供电，其中2台是进线柜，1台PT柜，电机启动柜（根据电机台数确定）；高开柜内使用小车式高压BC开关，具有运行稳定，更换方面，维护简单等特点；高开柜的线路和设备保护选用PA150微机综合保护装置，具有检测精度高，保护动作反应快，数据处理记录功能强大等特点。在集控室配置多台GGD低压配电柜，采用双回路供电，低压配电柜主要为提升电控保护系统和盘型闸泵站电机提供电源，同时也为小型负荷提供电源。

6、提升系统保护及数据采集：采用智能数据采集技术、其通过采集模块以RS485总线与可编程控制机进行通信，实时在线不间断地采集现场保护数据；本系统保护不但动作灵敏度高、反应及时；而且在安装施工及维护中，大大节约电缆的使用量、减少施工工程进度和日常维护量。

7、提升系统故障保护: ⑴、立即安全制动故障。该类故障综合在硬软件安全电路中, 安全电路正常时吸合, 有紧急故障时释放, 一旦安全电路释放, 就会立即封锁变频器、跳制动油泵, 并控制油压系统电磁阀实施安全制动、抱安全闸。主要安全制动故障有: ① 转动系统故障。如主回路和控制回路电源故障, 主电机过热、堵转, 变频器故障等;②过卷故障;③超速故障。如等速、超速、减速段定点超速和连续超速等;④ 紧急故障;⑤ 液压制动系统故障。如制动油泵跳, 系统油压高等;⑥错向;⑦测速轴编码器断线;⑧松绳故障。

⑵、先电气制动、后安全制动故障。故障发生后, 转动系统会自动进行减速, 当速度降到爬行速度时会立即转为紧急制动。故障主要有事故停车和闸瓦磨损等。⑶、完成本次开车后, 不允许再次开车故障。开车前如出现这类故障, 则开不起车;如在运行过程中出现, 则允许本次开车完成, 但不允许下次开车, 除故障解除。故障主要有电机过热报警、液压站油温过高等。

8、视频监控子系统：在提升系统重要岗点安装防爆广角度红外摄像头，进行现场信息采集，以光纤为载体传入集控室主机柜，经视频分配器输出至各监视器和显示服务器，实现了各岗点设备运行状态和生产情况的24小时全天候监控，发现问题可以及时处理，有效降低了事故发生率，提高了生产效率。9.系统特点主要概括：

⑴、主、副井提升信号及自动装卸载各自具有集控、自动、手动三种工件方式，手动方式用于装卸载的调试和检修。信号在检修状态只有慢车信号。

⑵、自动装载定量、定容、定时保护及显示。

⑶、故障自动报警功能，及传感器的故障自诊断。

⑷、提升次数记忆功能和提升信号的断电记忆功能。

⑸、有工业光纤环网冗余通讯功能。

⑹、上、下井口信号间的闭锁功能、检测箕斗的装卸载位置异常功能。

⑺、防止二次装载保护功能。

⑻、主、副井提升信号及自动装卸载有上位机系统、能监测各个设备的运行状态、故障记忆查询、产量的累计及报表、空载、满载、超载的标定，及定量斗假余煤的校零功能。

⑼、与绞车控制回路的闭锁功能、及PROFIBUS-DP软件通讯回路闭锁。

⑽、有联络呼叫功能。⑾、有井上下煤仓煤位的连续实时监测功能。

⑿、有与全矿井综合自动化的以太网接口。

⒀、系统有供电电源的绝缘监测与电压监测功能。

⒁、箕斗的卸载状态监视功能，检测箕斗是否卸空。

⒂、有对装载皮带的温度、烟雾、跑偏、堆煤、断带及拉线急停等八大保护功能。

⒃、有对动力负荷的保护上位机监测功能，如缺相,短路,堵转,过载,相不平衡,漏电等故障进行监测保护。

⒄、整个系统的通过网络访问维护功能。

五、依据的标准及规范：

GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求 GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：隔爆型“d”

GB3836.4-2000爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：本质安全型“ｉ” GB4942.2 低压电器外壳防护等级

煤矿工作面自动化控制系统探讨 第7篇

摘要：:煤矿企业在实际生产、监控、操作的过程中主要采用电气自动化控制。一套优良的电气自动化控制系统对于保证企业稳定、高效的生产运行起着至关重要的作用，同时电气化控制生产的过程，可以给煤矿生产提供足够的安全保证。文章从电气自动化控制系统的控制方式入手来介绍电气自动化控制在软件硬件方面优化的具体方法，引出对于设备的选型原则。

关键词：:煤矿;电气自动化;优化分析

电气自动化控制的技术在煤矿安全生产过程中操控着生产过程的每一个环节，所以要对电气系统进行升级首先就应当对电气化自动控制方法进行升级，同时对于采煤过程中的各个环节进行进一步的效率化控制以及规范处理。为保证采煤系统在工作过程中系统运行的效率和可靠性就要对于井上下供配电系统、通风系统、瓦斯检测系统、综采系统、机运系统以及排水系统等关键点进行重点把握，确保全矿井的安全生产。

煤矿工作面自动化控制系统探讨 第8篇

关键词：煤矿通风,自动化,安全控制技术应用

煤矿生产的安全问题是生产管理的重中之重, 煤矿通风系统是保证生产是否安全的重要保障。由于该系统是由多种系统组合而成, 加之井下环境的特殊性, 容易出现潜在危险多、管理不到位等问题。因此, 只有科学地应用自动化控制技术, 实现对煤矿通风安全的全面控制, 才能比较彻底地解决好煤矿井下通风的问题。认真研究煤矿通风安全技术的原理和效果, 加强煤矿通风安全自动化控制技术的应用, 对于有效防止有害气体对煤炭生产造成的危害, 对于保证现场作业的安全, 对于提高煤矿的生产效率, 具有积极的促进意义。

在煤炭生产中, 煤矿通风具有三大作用:

(1) 清除有害气体。在深达几十米、几百米的地下, 除了岩石与煤层等固体物质之外, 还有地下水、各种气体等物质。其中, 一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等有毒有害气体, 均会给人身安全带来伤害。煤矿通风的根本性作用就是及时清除地层中溢出的有害气体, 降低危害指数, 创造安全的生产环境。

(2) 预防生产事故。煤矿通风通过排出有害气体, 输入新鲜空气, 可以实现井下空气流通, 有效预防生产人员缺氧窒息、粉尘堆积、瓦斯气爆炸等生产事故的发生, 从而保证了生产人员的健康状态, 提高了煤炭生产的安全性。

(3) 指导煤炭生产。煤矿通风是通过通风系统得以实现的, 通风系统的设置与性能, 直接影响着生产部门对煤炭生产场地的选择和掘进, 在设置与性能比较良好的地方, 可以促进煤炭生产进度, 在有害气体经常溢出或浓度较大的地方, 可以提前根据通风情况制定适宜的生产作业方案。

1 PLC自动化控制技术

PLC是Programmable Logic Controller英文缩写, 即:可编程逻辑控制器。PLC是一种应用于工业生产的数字化机电自动操作设备。其工作原理如下:在存储器中编辑好控制程序, 根据逻辑运算、顺序运算等数学原理, 发出计数计时、算术运算等指令, 通过输入输出等传导系统, 在执行系统末端实现对机械生产设备的控制。

PLC自动控制技术依据“集中控制, 分散检测”的工作原则, 在煤矿的各个工作面上, 设置若干监测点, 监测所在区域的风压、风量、温度、粉尘及瓦斯等变化情况, 即时将监测数据传回控制系统, 供主机操作人员分析、推断, 然后将操作人员下达的指令传输到通风机等机械系统, 利用变频装置实现对通风的控制, 自动改善煤矿的通风状况, 从而有效避免有毒有害物质对生产人员的伤害。

PLC自动控制技术, 主要通过传感系统、中央控制系统、执行系统的共同作用得以实现。

1.1 传感系统

传感系统相当于PLC的神经系统, 其主要功能是测量各种监测对象和传递数据信号。在测量与监测方面, 有测量风压的差压变送器, 检测风速的风速仪, 检测矿井瓦斯浓度的光谱仪, 测量温度的红外监测仪、热敏仪等仪器仪表;在传递数据方面, 通过载频器发送接收频率, 通过专用线或动力线来传递信号。现行的传输制式有两种, 一种是时分制, 一种是频分制。时分制是根据信号时序的不同来依次发送与接收各路信号;频分制是根据信号频率的不同来发送与接收各路信号, 具有电路简单、传输容量大、故障率低等优点, 最为常用。

1.2 中央控制系统

中央控制系统, 简称CPU, 相当于PLC的大脑, 其主要功能是汇总并分析由传感系统传输回来的各种信号与信息, 按照对生产影响的轻重缓急不同情况, 下达动态调整指令, 同时向主机操作人员显示工作状况, 另外在紧急时候, 可以第一时间下达报警指令。

能否有效实现控制, 关键是中央控制系统的运算能力, CPU接口多、运算速度快、扩展能力强、自动化程度高的, 其控制速度与精准性就强。

1.3 执行系统

执行系统相当于PLC的肌肉与骨骼, 其主要作用是接受指令控制通风。完成这一功能, 有两种途径, 一是改变风门或百叶窗的角度, 二是通过变频装置。前者的运行机理是调整风门或百叶窗开合角度, 这种操作方式需要主机操作人员综合分析相关数据后, 手动下达指令;后者可以实现PLC完全自动控制, 需要精细化检测工作面瓦斯浓度、空气温度等信号数据, 需要更为高级的中央控制系统软件。目前, 我国依旧使用的是第一种执行途径。由此可知, PLC自动控制技术自我研发自我完善, 以及相关的仪器设备的升级换代, 是未来的发展方向。

2 PLC自动化控制技术的应用

在矿井通风工作领域引入PLC自动化控制技术, 可以大幅提高通风系统的可靠性, 可以大幅提升矿井通风的管理水平, 可以有效节约人力资源成本。

在矿井通风领域, PLC自动化控制技术有以下应用:

2.1 实现数据的实时监测

需要监测的数据主要有:监测所在区域的风压、风量、温度、粉尘及瓦斯等变化情况;监测风机、仪器仪表等设备的运作情况。监测的途径:分布于各个区域的传感器、监控器、控制器。通过这些设备, 可以为技术人员提供完整的实时监测。

2.2 发现并排除异常状况

当工作面发生异常状况的时候, PLC自动控制系统可以立即发出指令, 自动开启备用通风系统, 加强有害气体的排放, 同时切断工作台面电源, 防止发生闪爆等恶性事故, 另外, 向相关单位和人员发出警报, 提醒技术人员开展救援与排查工作。

2.3 记录并查询数据报表

PLC自动控制系统具有强大的存储功能, 在记录、存储各个监测数据的同时, 可以对监测数据和操作执行情况进行自动备份。技术人员可以据此查询各种数据, 并根据数据总结、分析出PLC的工作情况, 还原煤矿生产的即时状况。

3 结论

在煤矿通风中, PLC自动控制技术与常规继电器控制技术相比较, 具有可靠性高、维护便捷、发生故障少、节约人力成本等优点。在实际工作应用中, 我国的PLC自动控制技术与发达国家的相比, 仍然存在计算机软硬件技术相对落后的情况, 我们更应该积极引入PLC自动控制技术, 在应用过程中提高和完善PLC自动控制技术, 以促进我国矿井通风事业的全面发展。

参考文献

[1]高毅.煤矿通风系统中的安全问题分析[J].企业技术开发, 2014 (10) .