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煤礦綜采工作面自動控制系統
煤礦綜采工作面自動控制系統
詳細說明



一、概述


綜采工作面自動化控制系統以地面監控平臺及順槽監控平臺為核心,以千兆以太網、無線及現場總線為數據傳輸平臺,對現場設備狀態、視頻、音頻等信息進行采集及數據分析,在順槽監控中心及地面調度室實現對采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉載機、破碎機、順槽膠帶機、液壓泵站、供電設備等綜采設備進行遠程監測和控制。系統集成了工業以太網、現場總線、無線數據傳輸、現場可編程和現場可組態技術,獨立開發,擁有自主知識產權,可滿足用戶個性化要求。嵌入式系統、多主并發處理及冗余總線等多種技術的融合,系統性能可靠、實時性強、容易維護、操作簡便,為綜采工作面目前實現少人化最終無人化提供可行的解決方案。


二、系統特點


(1)提供從子系統到綜采工作面集控系統的完整解決方案

(2)順槽集控、地面集控雙中心模式,每個中心與現場系統直接相連,單臺集控計算機的損壞不會影響集控功能

(3)各子系統控制獨立,數據共享,保證控制的可靠性

(4)可以根據用戶的實際情況進行靈活增減,已有的子系統可以直接接入集控系統,節約投資

(5)采用千兆環網作為主干網絡,保證通信的高效、高速和高可靠性

(6)子系統之間、子系統與SCADA之間采用以太網進行傳輸,保證最快的響應周期和最大的數據吞吐量

(7)子系統內采用以太網或現場總線通信方式取代原有的節點控制,減少現場的布線量,提高了通信速度和可靠性

(8)無線信號能覆蓋整個工作面,可以使用無線遙控器啟停控制工作面全部設備

(9)Wifi無線接入,可通過智能終端訪問系統數據

(10)工作面沿線擴音電話具備與調度室雙向通話功能

(11)兼容精確人員定位系統

(12)系統可以擴展遠程移動終端APP功能,使用手機可以查看井下集控系統的狀態

(13)具備以太網、RS485、CAN等接口,對外采用標準、開放的通信協議

(14)工作面磁力啟動器、變頻器、綜保等設備的集中控制和監測

(15)可接入煤機控制裝置,實現采煤機工作面遠程數據上傳、遠程控制和自動化割煤

(16)可接入支架電液控制裝置,實現全自動液壓支架控制,自動跟機拉架,成組動作

(17)機電設備啟動、停車、故障均具備語音預警功能;

(18)采用接插光纜和接插電纜連接,減少設備的安裝和維護時間

(19)采用組態方式進行系統的部署,不需用戶修改程序便可以實現系統軟硬件的擴充、控制對象的改變

(20)核心主機、分站等采用模塊化結構,模塊軟硬件通用,可以方便的替換

(21)閉鎖、急停擴音電話采用冗余總線方式通信,總線互相冗余,并帶有獨立的安全回路,可以硬件斷開輸出

(22)具備自動識別技術,沿線的設備類型、地址能自動識別,無需人工配置或打開設備設置地址

(23)具備設備故障診斷及在線監測功能,可以顯示設備工作狀態、定位故障位置

(24)主機、現場控制分站、無線基站等程序均可在線升級,無需返廠或升井離線升級

(25)軟硬件完全自主開發,可以針對現場進行軟硬件定制,及時響應滿足用戶的需求


三、典型系統結構


(1)系統結構圖一:綜采工作面目前沒有控制子系統或僅有少數子系統

從現場設備傳感器層開始統籌構建各子系統,建設數據傳輸平臺、集控平臺。其特點是最大限度發揮裝置的性能,控制層級少、系統架構合理,系統控制響應周期短、調試方便。


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(2)系統結構圖二:綜采工作面各控制子系統已有或大部分已有或子系統分步實施

在現有的設備基礎上進行系統集成,最大限度的保留利用已有的子系統,子系統通過通信方式接入集控系統。其特點是設備改造量小、設備投資少。

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四、系統組成及功能


系統由地面集控中心、順槽集控中心、千兆環網與無線通信設備、三機控制裝置、泵站控制裝置、工作面通信控制裝置、順槽皮帶保護控制裝置、圖像監控系統、人員定位系統、液壓支架電液控制裝置接入、采煤機電控裝置接入、供配電設備數據采集裝置等組成。

4.1、地面集控中心

   地面集控中心由6臺工控機、1臺交換機、1臺IP語音話臺、采煤機操作臺、液壓支架操作臺、集控操作臺組成。其主要功能有:

(1)采煤機的信息顯示與遠程程控

(2)支架狀態的顯示與遠程程控

(3)液壓泵站系統的顯示與遠程程控

(4)刮板機、轉載機、破碎機的狀態顯示、調速、操作與遠程程控

(5)工作面語音通話功能

(6)順槽皮帶的遠程程控與自動調速

(7)工作面視頻顯示

(8)人員精確定位

(9)組合開關的狀態顯示與遠程程控

(10)移變、磁力啟動器的狀態顯示與遠程程控

4.2 順槽集控中心

順槽集控室由1臺KXH18(G)礦用本安型可編程控制器、1臺KDY127礦用隔爆兼本型直流電源、3臺KXJ127礦用隔爆兼本安型控制器、6臺XH12礦用本安顯示屏、1臺KJJ12礦用本安型無線接入器、1臺KTG12礦用本安型光端機、1臺TH12礦用本安型操作臺和1臺HXH18(F)礦用本安型控制器組成。可用于整個綜采工作面所有設備的控制、數據的顯示上傳、井下視頻監控顯示和綜采工作面無紙化辦公。其主要功能有:

(1)采煤機的信息顯示與集中程控

(2)支架狀態的顯示與集中程控

(3)液壓泵站系統的顯示與集中程控

(4)刮板機、轉載機、破碎機的狀態顯示、調速、操作與集中程控

(5)工作面語音通話功能

(6)順槽皮帶的集中程控與自動調速

(7)工作面視頻顯示

(8)人員精確定位

(9)組合開關的狀態顯示與集中程控

(10)移變、磁力啟動器的狀態顯示與集中程控

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4.3三機控制裝置(破碎機、轉載機、運輸機)

三機(刮板機、轉載機、破碎機)控制裝置由KXH18(G)礦用本安型可編程控制器、KXH18(A)礦用本安型可編程控制器(獨立控制時需要配置)、DXJ660/18(A)礦用隔爆兼本安型電源箱(獨立控制時需要配置)、KXH18(C)礦用本安型控制器、DXJ660/18礦用隔爆兼本安型電源箱、鎧裝接插電纜、鎧裝接插網線、壓力傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、位移傳感器、隔爆兼本安型電動球閥、本安型電磁先導閥等設備組成。KXH18(C)礦用本安型控制器之間可以采用鎧裝接插電纜連接,也可以直接使用鎧裝接插網線連接。其主要功能有:

(1)集控室啟停、無線遙控啟停、就地啟停與管理,實現一鍵啟停、連鎖和互鎖

(2)滿足變頻器、高低速、TTT等多種驅動方式的控制

(3)電機、齒輪箱的冷卻水壓力、冷卻水溫度的監測保護

(4)電機繞組溫度、減速機油溫、輸入軸溫度、輸出軸溫度的監測和保護

(5)電機、減速機的振動檢測和保護

(6)冷卻水電動球閥自動控制

(7)刮板機煤流量監測:監測刮板運輸機的煤量,實現刮板運輸機調速和堆煤保護

(8)刮板機的遠程調速與自動調速

(9)刮板機限定電流報警與語音預警

(10)刮板運輸機的無線遙控啟停

(11)刮板運輸機與煤機的雙向聯動調速

(12)電機狀態顯示,故障和歷史數據記錄及數據上傳

(13)刮板機自動張緊控制

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4.4泵站電控裝置

泵站控制裝置由KXH18(G)礦用本安型可編程控制器、KXH18(A)礦用本安型可編程控制器(獨立控制時需要配置)、DXJ660/18(A)礦用隔爆兼本安型電源箱(獨立控制時需要配置)、KXH18(C)礦用本安型控制器、DXJ660/18礦用隔爆兼本安型電源箱、鎧裝接插電纜、鎧裝接插網線、本安型電磁閥、壓力傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、液位傳感器、乳化液濃度傳感器等設備組成。裝置可以控制變頻乳化泵和噴霧泵站,實現泵站的啟停控制、保護及恒壓供液。其主要功能有:

(1)乳化泵、噴霧泵的潤滑油溫度、潤滑油壓力、潤滑油油位、進液口壓力的監測與保護

(2)自動控制乳化泵站電子卸載閥,實現系統壓力低泵站自動加載,系統壓力高泵站自動卸載

(3)泵站欠壓啟動:泵站運行時,系統壓力低于設定值時,備用泵站自動啟動

(4)泵站空載停車:當泵站一直處于空載狀態運行時,系統自動停止泵站

(5)泵站故障切換功能:泵站運行時,運行中的泵站突發故障停車,備用泵將自動啟動

(6)具備泵站運行時間均衡控制:系統記錄每臺泵的運行時間,系統自動均衡每臺泵的運行時間

(7)具備增壓泵控制功能和吸液口壓力監測功能,避免泵站吸空導致泵站損壞

(8)泵站爆管保護:系統設置爆管監測,當系統發生爆管故障時,系統自動停車

(9)具備變頻泵站控制功能:可以根據現場壓力大小動態的給定變頻器的速度,達到恒壓供液的目標

(10)泵站自動補液功能:系統根據液箱液位自動進行補液

(11)泵站就地操作和隔離功能:泵站可以就地手動不加載試運轉,也可以通過急停按鈕,將泵站隔離鎖定,防止泵站在檢修時誤啟動

(12)泵站裝置工作面急停功能,可以在工作面設置急停按鈕,閉鎖乳化液泵站系統,防止維修液壓管路時發生危險

(13)噴霧泵站與煤機聯動功能,實現先啟動泵站,后啟動煤機和煤機停車后泵站延遲停車功能

(14)泵站啟停和故障時,具備語音預警功能,保證人員的安全

(15)泵站的無線遙控和狀態查看

(16)支持遠距離供液控制系統

(17)可以擴展自動混液控制功能

(18)可以擴展自動高壓過濾站反沖洗功能

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4.5工作面通信控制裝置

工作面通信控制裝置由KXH18(G)礦用本安型可編程控制器、KXH18(A)礦用本安型可編程控制器(獨立控制時需要配置)、DXJ660/18(A)礦用隔爆兼本安型電源箱(獨立控制時需要配置)、KTK18(B)礦用本安型急停擴音電話、KTK18(D)礦用本安型急停擴音電話、KTA18礦用本安型信號耦合器、DXJ660/18礦用隔爆兼本安型電源箱、鎧裝接插電纜等設備組成。裝置用于控制刮板運輸機、轉載機、破碎機的啟停,工作面沿線和順槽的語音通話、打點、預警,工作面設備的急停閉鎖等。其主要功能有:

(1)實現遠距離通信控制功能,集控室與工作面距離可達2000m以上

(2)具有運行狀態、沿線電纜狀態、沿線電話狀態、控制器自檢信息及其它連鎖設備運行狀態等顯示功能,可檢測沿線電纜的斷路位置

(3)實現對沿線每臺設備電源的監控,包括沿線電源的電流和機尾的終端電壓

(4)沿線采用雙總線控制,具備冗余通信功能,一路總線故障,不影響系統運行

(5)采用不銹鋼鎧裝接插拉力電纜,接插件鍍金結構,連接部位加裝電纜固定裝置,防護等級達到IP67以上,通過一根鎧裝電纜將系統音頻、閉鎖、拉線急停、數字通訊、系統供電融為一體

(6)閉鎖:按下閉鎖后, 強制切斷控制輸出,主控器以漢字和彩色圖形的方式顯示閉鎖位置,沿線擴音電話自動播報閉鎖動作位置,響應時間不大于0.1秒

(7)急停擴音電話:聲強不小于100分貝、聲音清晰;擴音電話帶有電池,可顯示電池電量,停電后可正常通話,待機不小于72小時

(8)沿線設備類型(閉鎖、擴音電話或其它設備)自動識別,地址順序由主控器進行自動分配,無需進行人工配置或設置地址

(9)地面調度與工作面實現一鍵廣播和一鍵語音通訊

(10)主機具有以太網、RS485通信,可以與開關或變頻器通信,實現周邊設備的數據上傳

(11)工作方式:遠控模式、自動模式、檢修模式、手動模式、點動模式

(12)揚聲器: 擴音電話殼體采用雙腔室設計,揚聲器內置

(13)參數設定: 將所有參數內置,所有的改動只需調整參數就可

(14)具備參數U盤導入、導出功能,現場維護非常方便

(15)具備遠控功能,通過通信可以實現調度室對系統進行數據監控,參數設置、遠程程控

4.6采煤機電控裝置接入

采煤機電控裝置接入由采煤機廠商負責將數據通過以太網傳輸到集控中心,并提供相應的通信協議和數據點表,開放遠程控制功能,實現以下功能:

(1)通過集控操作臺,遠程操作采煤機的牽引,搖臂升降和電機的啟停

(2)采煤機加裝搖臂傾角傳感器、機身傾角傳感器、編碼器、位移校準傳感器,具備記憶截割功能

(3)具備記憶割煤人工干預功能,并自動記憶人工干預的結果,用于下刀煤的記憶截割

(4)具備自動割三角煤的功能

(5)可以顯示采煤機本的所有狀態,具備故障診斷功能

(6)可擴展等高割煤法和煤層曲線割煤法

(7)具備加裝慣導的接口

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4.7液壓支架電液控制裝置接入

液壓支架電液控制裝置接入由支架電液控制系統廠商負責將數據通過以太網傳輸到集控中心,并提供相應的通信協議和數據點表,開放遠程控制功能,實現以下功能:

(1)通過集控操作臺,遠程操作支架收打互幫、移架和推溜

(2)通過操作臺遠程操作支架成組收打互幫、自動移架和成組推溜

(3)具備支架自動跟機拉架功能

(4)具備自動補壓功能

(5)具備自動推轉載機和皮帶機自移機尾功能

4.8千兆環網與無線通信裝置

千兆環網與無線通信裝置由KTG12礦用本安型光端機、KJJ12礦用本安型無線接入器、DXJ660/18礦用隔爆兼本安型電源箱、接插光纖和鎧裝接插網線等組成。集控中心的KTG12礦用本安型光端機通過光纖與KJJ12礦用本安型無線接入器連接,KJJ12礦用本安型無線接入器之間采用千兆鎧裝接插網線連接,組成整個工作面傳輸的千兆環網。其主要功能有:

(1)無線接入器自帶WiFi接入功能,實現綜采工作面和設備列車WiFi全覆蓋

(2)無線接入器具備工作面攝像儀接入功能,攝像機可以就近接入無線綜合接入器,實現對整個采面的視頻監控

(3)無線接入器具備KXH18(C)礦用本安型控制器接入功能,實現數據采集和程控功能

(4)具備動態管理無線遙控系統功能,可以實現無線遙控器在無線綜合接入器之間無縫漫游

(5)無線接入器具備自動IP地址分配功能,可以根據分配的首臺設備IP地址自動分配其余無線接入器的IP地址

(6)具備設備IP地址與編號綁定功能,進行控制組態時只需要使用編號,無需記憶設備IP地址和MAC地址

(7)可擴展RS485控制和CAN總線控制功能

4.9皮帶保護控制裝置

皮帶保護控制裝置由KXH18(A)礦用本安型可編程控制器、KXH18(C)礦用本安型控制器、KXH18(E)礦用本安型控制器、DXJ660/18(A)礦用隔爆兼本安型電源箱、KTK18(C)礦用本安型拉繩急停擴音電話、KHJ18礦用本安型拉繩急停閉鎖開關、GL3-18礦用本安型料流傳感器、DXJ660/18礦用隔爆兼本安型電源箱、GEJ20/40礦用本安型跑偏傳感器、GUJ19礦用本安型堆煤傳感器、GSH6礦用本安型速度傳感器、GWH300礦用本安型紅外溫度傳感器、礦用本安型縱撕傳感器、礦用本安型張力傳感器、以及開停傳感器、振動傳感器等設備組成。其主要功能有:

(1)控制限矩型、調速型、變頻型皮帶機

(2)實現對整個皮帶運輸系統實現集控和調速

(3)具有完備的皮帶保護和通信功能,可以中文/圖形顯示膠帶主電機的狀態、張力值、膠帶速度、實時時鐘以及故障、閉鎖動作位置、跑偏動作位置、沿線拉力電纜斷線位置、閉鎖開關及擴音電話狀態等信息,同時可以修改本皮帶機的各種工作參數以及故障查詢和語音報警等功能

(4)皮帶機的保護:可實現閉鎖、打滑、超溫、煙霧、跑偏、縱撕、堆煤、灑水、張力下降、振動的保護。保護動作時,系統沿線可播報具體故障的信息,保護可以設置為報警不停車和報警停車兩種保護級別

(5)實現對上級皮帶的連鎖輸入和對下級皮帶的連鎖輸出,具有皮帶間連鎖、皮帶與給煤機間連鎖功能,連鎖輸出可以在沿線電話中直接輸出

(6)可以實現給煤機的就地控制、機頭控制及集中控制

(7)地面調度與皮帶沿線實現一鍵廣播和一鍵語音通訊

(8)沿線采用雙現場總線控制,具備冗余通信功能,一路總線故障,不影響系統運行

(9)皮帶沿線通過一根鎧裝電纜將裝置音頻、閉鎖、拉線急停、數字通訊、裝置供電融為一體,也可做為急停閉鎖開關的拉繩。電纜采用不銹鋼快速接插件,U型銷快速連接(防護等級IP67)

(10)主機可以實現對皮帶沿線電源的監控,包括電源的電流和機尾的終端電壓

(11)全裝置沿線統一安全回路,主機可以檢測并顯示安全回路斷開的位置,安全回路可以直接硬件斷開主控機的輸出

(12)沿線每臺急停擴音電話或閉鎖開關均能接入跑偏、縱撕等傳感器的信號,并能提供用于連鎖的輸出信號;閉鎖動作后控制器能以漢字和彩色圖形的方式顯示閉鎖位置,同時沿線擴音電話自動播報閉鎖的動作位置,響應時間不大于0.1秒,可強制切斷控制輸出

(13)急停擴音電話:聲強大于100分貝、聲音清晰;擴音電話帶有電池,停電后可正常通話不小于24小時;控制器能顯示每臺擴音電話電池的電量狀態;任意兩急停擴音電話之間都可以實現語音對講和打點的功能

(14)可編程控制器能自動識別并顯示沿線設備類型(閉鎖、擴音電話、分站或其它設備),地址順序由控制器進行自動分配,無需進行人工配置或設置地址,單條沿線控制長度無中繼時應達到4公里

(15)可編程控制器屏幕顯示:本安彩色液晶顯示屏可顯示設備運行狀態、故障狀態、控制器自檢信息、其他設備運行狀態、閉鎖動作位置、跑偏動作位置、沿線拉力電纜斷線位置、閉鎖開關及擴音電話狀態等

(16)統計:可對裝置控制的主要設備的開機時間、開機率等進行統計

(17)歷史記錄:可對裝置的報警信息、故障信息進行歷史記錄,方便后續問題查找,歷史故障條數不低于1000條

(18)故障自診斷:裝置具有完善的故障自診斷功能,控制器能檢測顯示沿線全部閉鎖、擴音電話等設備的狀態,其中一臺設備的故障不能影響其它設備狀態的檢測;能檢測并顯示沿線電纜全部芯線的斷線狀態和位置

(19)語音報警:具有完善的語音報警功能,能夠對單個設備的啟停、沿線設備動作及故障狀態、故障名稱及故障位置、各種傳感器接入故障等信息進行語音報警及提示

(20)參數設定:控制器應具有現場人員調整維護參數功能,維護人員可以方便的進行運行參數更改,無需廠家派專人修改程序

(21)具備參數U盤導入、導出功能,現場維護非常方便

(22)配置以太網、RS485、CAN等多種接口,具備完善的遠控功能,通過通信可以實現調度室對系統進行數據監控,參數設置、遠程控制

4.10供配電設備數據采集裝置

供配電設備數據集裝置由KXH18(G)礦用本安型可編程控制器、KXH18(E)礦用本安型控制器、DXJ660/18礦用隔爆兼本安型電源箱等組成,可實現工作面移變、組合開關、磁力啟動器、饋電和照明綜保等設備的監控,其主要功能有:

(1)以太網/RS485/CAN總線通信控制與復位

(2)設備數據上傳

(3)設備的無線遙控

(4)設備的遠程參數設置與整定(需要開關支持)

(5)實現一鍵啟停、連鎖和互鎖

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4.11圖像視頻系統

圖像視頻系統由KXJ127(A)礦用隔爆兼本安型控制器、XH12礦用本安型顯示器、KJJ12礦用本安型無線接入器、KBA129(A)礦用隔爆兼本安型攝像儀、KBA12礦用本安型網絡攝像儀、礦用本安型除塵攝像儀KBA12(B)、礦用本安型云臺攝像儀KBA12(C)等組成。其主要功能有:

(1)可配置人員闖入報警系統,實現無線電子圍欄,當人員靠近或越過電子圍欄時實現聲光報警,并聯動設備延緩停機或立即停機

(2)具備煤流異常物體監測、報警、圖像抓捕及故障智能定位語音報警功能

(3)監控設備運行狀態

(4)監控工作面運行狀態

(5)實現圖像拼接

(6)全景圖像顯示,顯示大分辨率的全景拼接圖像

(7)視頻接入,用于接入攝像機視頻流,并進行解碼處理。

(8)對所有攝像機設備發現、添加以及區域劃分。

(9)攝像儀故障報警,實時檢測各高清攝像儀的在線狀態及圖像狀態,對視頻信號丟失、攝像儀不在線等故障能及時報警

4.12人員定位系統

人員定位系統由KJ128D-F3定位讀卡分站、KJ128D-K6標識卡、KDW660/24BJ礦用多路隔爆兼本安直流穩壓電源、計算機等組成。其主要功能有:

(1)UWB定位技術,定位精度可達30cm

(2)充電后使用不小于30天

(3)空曠可視最大半徑400米、信息礦燈主燈使用11小時后關閉的情況下標識卡工作時間大于等于199小時

(4)以太網傳輸接口

(5)呼叫通訊功能:能接收系統下發呼叫命令

(6)具有緊急呼救按鈕

(7)具備禁區管理,區域門禁,區域限員功能



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