摘 要：文章在目前綜采工作面控制技術(shù)的發(fā)展狀況和趨勢的基礎(chǔ)上，研究并設(shè)計出符合具體生產(chǎn)工況的集控制、以太網(wǎng)、監(jiān)測、通信等多種功能的綜采工作面設(shè)備集中控制系統(tǒng)，通過先進的工業(yè)嵌入式計算機（PC104）控制和現(xiàn)場CAN總線技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)在巷道監(jiān)控中心對綜采設(shè)備的集中自動化控制，并且可以通過工業(yè)以太網(wǎng)和上位機進行實時通信。實現(xiàn)采煤工作面設(shè)備控制的自動化、大大減少人員配置，具有較好的實用性和效益性。

關(guān)鍵詞：工作面；設(shè)；集中控制；數(shù)據(jù)傳輸

引言

煤炭作為我國現(xiàn)階段的主要能源，《煤炭工業(yè)發(fā)展十二五規(guī)劃》中指出要不斷提高煤礦設(shè)備的大型化、系統(tǒng)自動化和管理信息化水平，目前綜采設(shè)備發(fā)展趨勢為大型化、自動化、智能化，設(shè)備功率與技術(shù)含量不斷增加，需要采掘設(shè)備對井下惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力更強，文章主要研究了用于煤礦井下采煤工作面的集控制、檢測、保護、通話、語言報警于一體的控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成及原理框圖（如圖1所示）

1.1 集控系統(tǒng)組成

（1）主控制器：控制、監(jiān)測、顯示中心。（2）礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源：用于系統(tǒng)的供電。（3）系列組合擴音電話：可以實現(xiàn)拉線急停、沿線閉鎖、通話、預(yù)警等功能。（4）系列組合急停閉鎖開關(guān)：可以實現(xiàn)拉線急停、沿線雙向閉鎖。（5）系列本安型輸入輸出：即遠程控制分站，也被稱為下位機。用于遠距離信號采集和遠程控制。（6）系列多功能終端：用于一個系統(tǒng)的末端或兩個系統(tǒng)之間的尾尾搭接。（7）系列礦用七芯拉力阻燃電纜：帶有兩層護套、雙層屏蔽、兩個快速不銹鋼插頭。（8）礦用遠程控制箱：當本系統(tǒng)控制非本安設(shè)備時，用于電氣隔離轉(zhuǎn)換；提供DC18V本安電源。

1.2 系統(tǒng)功能

工作面設(shè)備：破碎機、轉(zhuǎn)載機、前部運輸機、后部運輸機、各種泵站、組合開關(guān)（開關(guān)提供本安接點）。實現(xiàn)逆煤流開、順煤流停。系統(tǒng)具有同煤流方向互相閉鎖功能，能有效地杜絕工作面各設(shè)備的帶載啟動。（1）對于工作面運煤設(shè)備起?？刂?，具有電機高低速切換功能，逆煤流啟動，順煤流停車；（2）對于各種泵站的起?？刂疲⒖梢詫Ρ玫囊何缓蛪毫M行檢測并顯示，并根據(jù)液位和壓力的變化來對泵的電磁閥進行邏輯控制。

2 控制系統(tǒng)功能

具有遠程集中控制、就地集中控制、就地檢修方式控制、點動方式控制，各控制狀態(tài)能可靠的切換并運行。采用一根電纜完成綜放工作面沿線設(shè)備的控制、通話、閉鎖、急停、裝置供電。

2.1 工作面設(shè)備控制

工作面設(shè)備：破碎機、轉(zhuǎn)載機、前部運輸機、后部運輸機、各種泵站、組合開關(guān)（開關(guān)提供本安接點）。實現(xiàn)逆煤流開、順煤流停。系統(tǒng)具有同煤流方向互相閉鎖功能，能有效地杜絕工作面各設(shè)備的帶載啟動。

（1）對于工作面運煤設(shè)備起?？刂疲哂须姍C高低速切換功能，逆煤流啟動，順煤流停車；（2）對于各種泵站的起?？刂?，并可以對泵的液位和壓力進行檢測并顯示，并根據(jù)液位和壓力的變化來對泵的電磁閥進行邏輯控制。具有遠程集中控制、就地集中控制、就地檢修方式控制、點動方式控制，各控制狀態(tài)能可靠的切換并運行。采用一根電纜完成綜放工作面沿線設(shè)備的控制、通話、閉鎖、急停、裝置供電。

2.2 語言報警

具有完善的語言報警提示功能，對于設(shè)備的起停、沿線閉鎖及沿線故障、等都帶有語言報警提示和漢字顯示設(shè)備當時的狀態(tài)。

2.3 設(shè)備故障自診斷顯示

通過按下沿線的急停按鈕可實現(xiàn)緊急停機，主控器同時顯示急停位置。精準的漢字信息顯示故障位置、原因，可助操作人員更加簡便的觀察、處理。

2.4 遠程通信及聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳

具有數(shù)據(jù)通訊功能，可通過自動化環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)與地面計算機的數(shù)據(jù)通訊功能，地面通過組態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)地面對井下工作面的監(jiān)測、控制。

通過一臺控制器就可以將各個分系統(tǒng)控制和檢測的所有設(shè)備工作狀態(tài)和參數(shù)傳輸給井上計算機，在井上計算機進行顯示和控制。采煤工作面集控主控器嵌入式計算機帶有RS232/485串行接口，具有國際標準的ModBUS開放式通訊協(xié)議，能與全礦井監(jiān)控系統(tǒng)無縫連接?？蓪崿F(xiàn)通過地面計算機完成遠程集中控制?？蓪崿F(xiàn)主控畫面的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布（公司局域網(wǎng)和Internet），在任何地方都可以利用Web瀏覽器（如微軟公司的IE）實時查看井下現(xiàn)場情況。生產(chǎn)廠家應(yīng)提供上位機組態(tài)監(jiān)控分析軟件。通信距離：最長30公里；通信速率：最大38.4KBps，在10公里時可保證19.2 KBps。

2.5 工作面設(shè)備的電流、溫度檢測

可對受控回路電動機的電流、溫度進行檢測，當電動機過載時發(fā)出語音報警，提示現(xiàn)場工作人員同時也可以調(diào)節(jié)控制器參數(shù)。電動機、減速箱冷卻水進行自動控制，溫度檢測實現(xiàn)對電動機超溫進行報警和保護。

2.6 通話電話

（1）采煤工作面集控系統(tǒng)中語音通訊系統(tǒng)，系統(tǒng)組件中的組合語音電話（本質(zhì)安全型；防護等級IP54）應(yīng)具有急停閉鎖、對講通話、聯(lián)絡(luò)打點、起動預(yù)警、通話廣播等功能。（2）組合擴音電話功率不小于1.6W；聲強107dB（雙向放音）；失真度不大于8%；工作電壓DC18V（+10%～-25%）；工作電流≤35mA。（3）當系統(tǒng)要在其他巷道延伸使用時，只需在延伸處放置一通話電話就可以完全進行語音通訊，不影響整套設(shè)備的運行使用。

2.7 閉鎖功能

2.7.1 軟件閉鎖：按下組合擴音電話或組合急停閉鎖開關(guān)上的閉鎖按鈕，可以實現(xiàn)與該沿線閉鎖連鎖的設(shè)備閉鎖停機，且在閉鎖解除之前不允許其再次啟動。（如圖2所示）

圖2 電話閉鎖接線圖

2.7.2 強制閉鎖：在任何情況和任何地點，通過按下沿線的急停按鈕（機械閉鎖）可實現(xiàn)緊急停機，所有被控設(shè)備立即停車，以保證人身和設(shè)備的安全，閉鎖按鈕任何時候都必須能可靠閉鎖設(shè)備，使其不能啟動。endprint

2.8 分布式控制

在系統(tǒng)中可串接智能輸入輸出，它本身帶有4-12路輸入和輸出。輸出為開關(guān)量，可分別單獨設(shè)定成與閉鎖聯(lián)鎖或與閉鎖不聯(lián)鎖；輸入可接入開關(guān)量或模擬量。有了它，只需要一條七芯多屏蔽礦用井下電纜的工作面走向?qū)崿F(xiàn)控制、通話以及數(shù)據(jù)通訊，不需從控制器另外布線，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程采集和遠程控制。

2.9 源信號輸出/輸入

基本型：控制器輸出20路（開關(guān)量）；輸入最多48路（開關(guān)量/模擬量可選）。

擴展型：串接智能輸出/輸入后，最多擴展輸出140路（開關(guān)量）；輸入168路（開關(guān)量/模擬量可選）。

2.10 停電后的通話

電話帶有電池，停電后可正常通話，通話時間大于24小時。電池充電電流：15～35mA；電池容量：500mAh。

2.11 電纜及接插件

在系統(tǒng)中，采用了七芯雙屏蔽雙護套強拉力阻燃電纜，接插件采用專利技術(shù)并鍍金處理，接插件外殼為精鑄不銹鋼，插頭、插座采用“U”型銷（防護等級IP67）快速連接。

3 系統(tǒng)方案配置

3.1 工作面的基本情況

大屯公司7709工作面長度為250米，工作面移動變電站及破碎機、轉(zhuǎn)載機、前后部運輸機的電機開關(guān)均安裝在溜尾的方向，工作面的各被控設(shè)備為：破碎機、轉(zhuǎn)載機、前后部運輸機和泵站（最多至10臺）。

3.2 工作面配置說明

根據(jù)以上要求，做以下配置：（1）主控制器一臺，安裝于工作面開關(guān)車移動變電站附近，用于工作面各被控設(shè)備的控制、顯示等。（2）礦用隔爆兼本安電源箱一臺，用于工作面的主控制器系統(tǒng)供電。（3）從工作面的型主控制器開始，從CS1沿線連出一條200米長的MHYBV-7-1-X30型帶插頭七芯屏蔽阻燃拉力電纜（以下簡稱七芯電纜），電纜另一端接一臺帶閉鎖擴音電話（此擴音電話安裝在泵站），從該電話向下再接一條100米帶插頭七芯電纜，直到溜尾。（4）在溜尾安裝一臺多功能電話，其上有2個按鈕，可分別用于工作面的喊話與打點預(yù)警功能。（5）從溜尾多功能電話開始，在250米的工作面沿線中，每隔15米（十架）安裝一臺帶閉鎖電話，電話之間用25米的MHYBV-7-1-X25拉力電纜連接（每架余量一米），直到溜頭。（6）在溜頭，安裝一臺多功能電話，同樣實現(xiàn)總停及前、后部運輸機的單停。（7）在轉(zhuǎn)載機頭附近安裝一臺多功能電話，可實現(xiàn)總停及破碎機、轉(zhuǎn)載機的單停。（8）在轉(zhuǎn)載機頭的多功能電話后插上1件多功能終端實現(xiàn)沿線信號的終端檢測與對控制臺檢測信號返回應(yīng)答。

3.3 系統(tǒng)配置圖

根據(jù)以上要求，下面給出一個系統(tǒng)用于工作面及皮帶沿線的配置圖。（如圖3所示）

圖3 配置圖

4 結(jié)束語

文章研究的基于采煤工作面設(shè)備集中控制系統(tǒng)經(jīng)過在煤礦生產(chǎn)中的實際應(yīng)用表明：（1）采用分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信息共享，結(jié)構(gòu)合理，提高設(shè)備運行效率和生產(chǎn)率，達到減人提效的目的。（2）操作便捷，維護簡單；維修人員能從系統(tǒng)了解到盡可能多的故障提示，從而提高故障排查速度。

參考文獻

[1]使用說明書.天津華寧KTC101通訊、控制一體化系統(tǒng)使用說明書[S].

[2]黃曾華，苗建軍.綜采工作面設(shè)備集中控制技術(shù)的應(yīng)用研究[J].煤炭科學技術(shù)，2013，41（11）：14-21.

[3]孫永才，吳永祥.基于ARM和工業(yè)以太網(wǎng)的變電所監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機械，2010，31（2）：23-25.

[4]張翠云，王福中.基于RS-485總線的煤礦井下供電遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].礦山機械，2007，35（5）：120-121.

作者簡介：魏洋（1988-），男，漢族，陜西西安人，任職于中煤上海大屯能源股份有限公司，從事設(shè)備技術(shù)管理工作。endprint

2.8 分布式控制

在系統(tǒng)中可串接智能輸入輸出，它本身帶有4-12路輸入和輸出。輸出為開關(guān)量，可分別單獨設(shè)定成與閉鎖聯(lián)鎖或與閉鎖不聯(lián)鎖；輸入可接入開關(guān)量或模擬量。有了它，只需要一條七芯多屏蔽礦用井下電纜的工作面走向?qū)崿F(xiàn)控制、通話以及數(shù)據(jù)通訊，不需從控制器另外布線，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程采集和遠程控制。

2.9 源信號輸出/輸入

基本型：控制器輸出20路（開關(guān)量）；輸入最多48路（開關(guān)量/模擬量可選）。

擴展型：串接智能輸出/輸入后，最多擴展輸出140路（開關(guān)量）；輸入168路（開關(guān)量/模擬量可選）。

2.10 停電后的通話

電話帶有電池，停電后可正常通話，通話時間大于24小時。電池充電電流：15～35mA；電池容量：500mAh。

2.11 電纜及接插件

在系統(tǒng)中，采用了七芯雙屏蔽雙護套強拉力阻燃電纜，接插件采用專利技術(shù)并鍍金處理，接插件外殼為精鑄不銹鋼，插頭、插座采用“U”型銷（防護等級IP67）快速連接。

3 系統(tǒng)方案配置

3.1 工作面的基本情況

大屯公司7709工作面長度為250米，工作面移動變電站及破碎機、轉(zhuǎn)載機、前后部運輸機的電機開關(guān)均安裝在溜尾的方向，工作面的各被控設(shè)備為：破碎機、轉(zhuǎn)載機、前后部運輸機和泵站（最多至10臺）。

3.2 工作面配置說明

根據(jù)以上要求，做以下配置：（1）主控制器一臺，安裝于工作面開關(guān)車移動變電站附近，用于工作面各被控設(shè)備的控制、顯示等。（2）礦用隔爆兼本安電源箱一臺，用于工作面的主控制器系統(tǒng)供電。（3）從工作面的型主控制器開始，從CS1沿線連出一條200米長的MHYBV-7-1-X30型帶插頭七芯屏蔽阻燃拉力電纜（以下簡稱七芯電纜），電纜另一端接一臺帶閉鎖擴音電話（此擴音電話安裝在泵站），從該電話向下再接一條100米帶插頭七芯電纜，直到溜尾。（4）在溜尾安裝一臺多功能電話，其上有2個按鈕，可分別用于工作面的喊話與打點預(yù)警功能。（5）從溜尾多功能電話開始，在250米的工作面沿線中，每隔15米（十架）安裝一臺帶閉鎖電話，電話之間用25米的MHYBV-7-1-X25拉力電纜連接（每架余量一米），直到溜頭。（6）在溜頭，安裝一臺多功能電話，同樣實現(xiàn)總停及前、后部運輸機的單停。（7）在轉(zhuǎn)載機頭附近安裝一臺多功能電話，可實現(xiàn)總停及破碎機、轉(zhuǎn)載機的單停。（8）在轉(zhuǎn)載機頭的多功能電話后插上1件多功能終端實現(xiàn)沿線信號的終端檢測與對控制臺檢測信號返回應(yīng)答。

3.3 系統(tǒng)配置圖

根據(jù)以上要求，下面給出一個系統(tǒng)用于工作面及皮帶沿線的配置圖。（如圖3所示）

圖3 配置圖

4 結(jié)束語

文章研究的基于采煤工作面設(shè)備集中控制系統(tǒng)經(jīng)過在煤礦生產(chǎn)中的實際應(yīng)用表明：（1）采用分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信息共享，結(jié)構(gòu)合理，提高設(shè)備運行效率和生產(chǎn)率，達到減人提效的目的。（2）操作便捷，維護簡單；維修人員能從系統(tǒng)了解到盡可能多的故障提示，從而提高故障排查速度。

參考文獻

[1]使用說明書.天津華寧KTC101通訊、控制一體化系統(tǒng)使用說明書[S].

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[3]孫永才，吳永祥.基于ARM和工業(yè)以太網(wǎng)的變電所監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機械，2010，31（2）：23-25.

[4]張翠云，王福中.基于RS-485總線的煤礦井下供電遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].礦山機械，2007，35（5）：120-121.

作者簡介：魏洋（1988-），男，漢族，陜西西安人，任職于中煤上海大屯能源股份有限公司，從事設(shè)備技術(shù)管理工作。endprint

2.8 分布式控制

在系統(tǒng)中可串接智能輸入輸出，它本身帶有4-12路輸入和輸出。輸出為開關(guān)量，可分別單獨設(shè)定成與閉鎖聯(lián)鎖或與閉鎖不聯(lián)鎖；輸入可接入開關(guān)量或模擬量。有了它，只需要一條七芯多屏蔽礦用井下電纜的工作面走向?qū)崿F(xiàn)控制、通話以及數(shù)據(jù)通訊，不需從控制器另外布線，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程采集和遠程控制。

2.9 源信號輸出/輸入

基本型：控制器輸出20路（開關(guān)量）；輸入最多48路（開關(guān)量/模擬量可選）。

擴展型：串接智能輸出/輸入后，最多擴展輸出140路（開關(guān)量）；輸入168路（開關(guān)量/模擬量可選）。

2.10 停電后的通話

電話帶有電池，停電后可正常通話，通話時間大于24小時。電池充電電流：15～35mA；電池容量：500mAh。

2.11 電纜及接插件

在系統(tǒng)中，采用了七芯雙屏蔽雙護套強拉力阻燃電纜，接插件采用專利技術(shù)并鍍金處理，接插件外殼為精鑄不銹鋼，插頭、插座采用“U”型銷（防護等級IP67）快速連接。

3 系統(tǒng)方案配置

3.1 工作面的基本情況

大屯公司7709工作面長度為250米，工作面移動變電站及破碎機、轉(zhuǎn)載機、前后部運輸機的電機開關(guān)均安裝在溜尾的方向，工作面的各被控設(shè)備為：破碎機、轉(zhuǎn)載機、前后部運輸機和泵站（最多至10臺）。

3.2 工作面配置說明

根據(jù)以上要求，做以下配置：（1）主控制器一臺，安裝于工作面開關(guān)車移動變電站附近，用于工作面各被控設(shè)備的控制、顯示等。（2）礦用隔爆兼本安電源箱一臺，用于工作面的主控制器系統(tǒng)供電。（3）從工作面的型主控制器開始，從CS1沿線連出一條200米長的MHYBV-7-1-X30型帶插頭七芯屏蔽阻燃拉力電纜（以下簡稱七芯電纜），電纜另一端接一臺帶閉鎖擴音電話（此擴音電話安裝在泵站），從該電話向下再接一條100米帶插頭七芯電纜，直到溜尾。（4）在溜尾安裝一臺多功能電話，其上有2個按鈕，可分別用于工作面的喊話與打點預(yù)警功能。（5）從溜尾多功能電話開始，在250米的工作面沿線中，每隔15米（十架）安裝一臺帶閉鎖電話，電話之間用25米的MHYBV-7-1-X25拉力電纜連接（每架余量一米），直到溜頭。（6）在溜頭，安裝一臺多功能電話，同樣實現(xiàn)總停及前、后部運輸機的單停。（7）在轉(zhuǎn)載機頭附近安裝一臺多功能電話，可實現(xiàn)總停及破碎機、轉(zhuǎn)載機的單停。（8）在轉(zhuǎn)載機頭的多功能電話后插上1件多功能終端實現(xiàn)沿線信號的終端檢測與對控制臺檢測信號返回應(yīng)答。

3.3 系統(tǒng)配置圖

根據(jù)以上要求，下面給出一個系統(tǒng)用于工作面及皮帶沿線的配置圖。（如圖3所示）

圖3 配置圖

4 結(jié)束語

文章研究的基于采煤工作面設(shè)備集中控制系統(tǒng)經(jīng)過在煤礦生產(chǎn)中的實際應(yīng)用表明：（1）采用分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信息共享，結(jié)構(gòu)合理，提高設(shè)備運行效率和生產(chǎn)率，達到減人提效的目的。（2）操作便捷，維護簡單；維修人員能從系統(tǒng)了解到盡可能多的故障提示，從而提高故障排查速度。

參考文獻

[1]使用說明書.天津華寧KTC101通訊、控制一體化系統(tǒng)使用說明書[S].

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[3]孫永才，吳永祥.基于ARM和工業(yè)以太網(wǎng)的變電所監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機械，2010，31（2）：23-25.

[4]張翠云，王福中.基于RS-485總線的煤礦井下供電遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].礦山機械，2007，35（5）：120-121.

作者簡介：魏洋（1988-），男，漢族，陜西西安人，任職于中煤上海大屯能源股份有限公司，從事設(shè)備技術(shù)管理工作。endprint