一種煤礦綜采工作面大型裝備集中控制平臺的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種集中控制平臺的實現(xiàn)方法，尤其是煤礦綜采工作面大型裝備集中 控制平臺的實現(xiàn)方法。 技術(shù)背景
[0002] 我國煤炭資源儲量豐富，比重占一次能源的70%W上。我國煤炭工業(yè)一直走著"粗 放、高危、無序"的發(fā)展之路，普遍存在著產(chǎn)能與市場需求脫節(jié)、設(shè)備種類繁多、自動化程度 單一低下等問題。在經(jīng)歷了黃金十年的發(fā)展之后，煤炭行業(yè)現(xiàn)在正處于低谷時期，面臨著煤 價持續(xù)走低、銷量不斷下滑、盈利大幅降低等問題。但是，煤炭作為我國的主導能源，在今后 較長時期內(nèi)，國內(nèi)對煤炭的需求量依然會呈現(xiàn)增長趨勢。根據(jù)預(yù)測我國煤炭在2015、2020、 2030年的需求量分別為37億~39億，39億~44億、45億~51億t，從我國現(xiàn)有的煤炭開 采設(shè)備來看，實現(xiàn)了單個設(shè)備部分功能的自動控制，實現(xiàn)了對大部分設(shè)備的實時監(jiān)測，但是 大部分設(shè)備的操控依然離不開人工手動機械操作，煤炭開采裝備現(xiàn)狀嚴重威脅著煤礦生產(chǎn) 安全，制約著煤炭產(chǎn)量的提升。
[0003] 綜采工作面采煤裝備主要包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、累 站、順槽皮帶輸送機。目前綜采工作面在煤從煤壁落下到運送出工作面的整個過程中，煤依 次經(jīng)由采煤機、刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機和皮帶設(shè)備，形成煤流。由于煤流的確定性，為 了防止綜采設(shè)備在起動過程、停止過程或者設(shè)備故障停機過程中出現(xiàn)堆煤等現(xiàn)象，故需要 對綜采設(shè)備啟動、停止或者設(shè)備故障停機等過程中確立一定的起停順序和故障停機保護措 施。在工作面開始工作時，為了讓煤流可W順利進行，避免堆煤，在起停設(shè)備的時候，綜采設(shè) 備的起動順序必須按照皮帶、破碎機、轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機和采煤機的順序進行，即逆煤流 起動。在工作面從工作到停止時，為了讓采煤機割下的煤順利的全部運輸至工作面外，同時 為下一次起動做好準備工作，綜采設(shè)備的停止順序必須按照采煤機、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、 破碎機和皮帶的順序進行，即順煤流停止。在工作面的設(shè)備因故障而出現(xiàn)自動停機時，為了 盡可能的避免因堆煤而造成其它設(shè)備過負荷，在故障設(shè)備順煤流方向的設(shè)備按照順煤流的 順序依次停機，在故障設(shè)備逆煤流方向的設(shè)備全部急停。由上可見，目前綜采工作面各裝備 的控制僅僅是簡單的啟?？刂?，而且各個裝備之間沒有信息溝通的渠道，無法實現(xiàn)真正的 自動連鎖控制。英國在上世紀八十年代就誕生了無或少人值守工作面，也就是說，一個采煤 工作面，只需要很少幾個人就能完成采、支、運、供各大環(huán)節(jié)的自動銜接，達到了高效生產(chǎn)的 目的，大大提高了生產(chǎn)效率。但在集控平臺控制下的多裝備統(tǒng)一協(xié)調(diào)的智能化集控制模式， 在國外和國內(nèi)還未有應(yīng)用報道。因此建立綜采工作面大型裝備的集中控制平臺，探索綜采 工作面群控系統(tǒng)的集中協(xié)同智能化控制規(guī)律，提出適用于綜采工作面采煤裝備的智能控制 方法和控制策略，為實現(xiàn)綜采工作面無人值守的自動化采煤目標提供理論和技術(shù)支持是非 常必要的。
[0004] 本發(fā)明"一種煤礦綜采工作面大型裝備集中控制平臺的實現(xiàn)方法"就是為實現(xiàn)上 述目標而提出的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于煤礦井下綜采工作面大型裝備集中控制平臺的實 現(xiàn)方法，W解決煤礦井下無人值守工作面采煤的集中控制問題。
[0006]實現(xiàn)上述目的的具體技術(shù)方案如下。
[0007]-種煤礦綜采工作面大型裝備集中控制平臺的實現(xiàn)方法，其所述方法是基于煤礦 綜采工作面大型裝備各子系統(tǒng)，包括采煤機系統(tǒng)、液壓支架系統(tǒng)、工作面運輸系統(tǒng)、乳化液 累站系統(tǒng)、移動變電站系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并通過控制層高速工控機及其高速數(shù)據(jù)采集 卡、前端開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)庫、通訊網(wǎng)絡(luò)，在集中控制平臺的集中協(xié)調(diào)控制下，實現(xiàn)煤礦井下綜 采工作面大型裝備各子系統(tǒng)按采煤工藝自動進行無人值守的采煤方法；
[0008]所述集中控制平臺的實現(xiàn)方法包括實時監(jiān)測、集中協(xié)調(diào)控制和信息通訊網(wǎng)絡(luò)；
[0009]1)所述實時監(jiān)測是由高速數(shù)據(jù)采集卡采集所述大型裝備各子系統(tǒng)的信息，經(jīng)所述 控制層高速工控機匯總?cè)诤虾螅琖網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議進入控制層高速工控機，進行實時監(jiān)測控 審IJ，所述實時監(jiān)測的控制方法如下：
[0010] (1)實時監(jiān)測采煤機系統(tǒng)的采煤機截割頭振動、電機的電流和溫度；減速箱的溫 度凍箱的溫度、油溫、油位和油壓；變頻器輸入/輸出電流、電壓、頻率和功率；采煤機系統(tǒng) 的采煤機運行速度和運行方向；各部分冷卻水的流量、壓力和外噴霧流量；當監(jiān)測量超過 設(shè)定值后，系統(tǒng)自動進行報警，并顯示故障信息；
[0011] (2)實時監(jiān)測液壓支架系統(tǒng)的液壓支架前立柱壓力、后立柱壓力、推移行程和采煤 機位置；
[0012] (3)實時監(jiān)測工作面運輸系統(tǒng)中刮板輸送機電機電流和繞組溫度，減速箱的油溫、 油位和軸溫，冷卻水的壓力和流量，油缸壓力，皮帶部分的堆煤、煙霧、縱撕、斷帶、打滑和張 緊的故障信息；
[001引 （4)實時監(jiān)測乳化液累站系統(tǒng)的供水量、供油量、油溫、油位、進口壓力、出口壓力、 液位和濃度；
[0014] 妨實時監(jiān)測移動變電站系統(tǒng)的一次側(cè)的A/B/C相電流、電壓、漏電電流和電源頻 率；二次側(cè)的電壓、電流和絕緣電阻；一次側(cè)和二次側(cè)的漏電、過流、短路、超溫和斷相故障 狀態(tài)；
[0015]2)所述集中協(xié)調(diào)控制是利用控制層高速工控機對大型裝備各子系統(tǒng)傳送的信息 進行分析判斷，若判斷大型裝備各子系統(tǒng)裝備狀態(tài)正常，則根據(jù)采煤機位置進行相應(yīng)的控 審ij;所述集中協(xié)調(diào)的控制方法如下：
[0016] (1)綜采工作面開始采煤時，裝備按逆煤流順序啟動控制；
[0017] (2)采煤機位置的雙重判斷和校正；
[0018]采煤機開始工作時應(yīng)位于工作面的一端，并將此時采煤機位置設(shè)置為初始位置， 采煤機在運行過程中不斷記憶其行走的刮板輸送機鏈節(jié)數(shù)，由此判斷采煤機行走位置，同 時結(jié)合液壓支架系統(tǒng)由紅外線傳感器檢測到的采煤機位置，如果兩者一致，則由此自動控 制相應(yīng)液壓支架動作，實現(xiàn)自動追機拉架；如果兩者不一致，則報警，停止采煤機運行；每 完成一個往返采煤過程，采煤機回到工作面的初始位置；
[0019] (3)集中控制平臺根據(jù)采煤機位置及運行方向自動判斷采煤工藝段，發(fā)出集中控 制命令，使相應(yīng)液壓支架自動跟蹤采煤機實施相應(yīng)的動作；
[0020] (4)在采煤過程中，控制層高速工控機根據(jù)采煤機截割頭振動、油壓和滾筒電機電 流對滾筒高度進行自動調(diào)整，控制方案是基于記憶截割的軌跡目標預(yù)見控制方法，運種方 法是依據(jù)帶有徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤巖界面識別技術(shù)實現(xiàn)的；
[002。 妨在采煤過程中，控制層高速工控機根據(jù)油缸壓力、刮板輸送機電機的電流W及 采煤機位置對刮板輸送機鏈條進行自動張緊力控制，刮板輸送機鏈條自動張緊裝置由多變 量，即油缸壓力、刮板輸送機運行電流和采煤位置融合后進行自動控制；
[0022] (6)在采煤過程中，控制層高速工控機自動根據(jù)采煤機位置控制視頻監(jiān)控系統(tǒng)中 攝像頭的點亮和焰滅，減小海量視頻監(jiān)控信息量傳送；
[0023] (7)控制層高速工控機在啟動采煤工作時，首先采集大型裝備各子系統(tǒng)的工作狀 態(tài)信息，判斷是否開始正常工作，判斷方法為向每一設(shè)備發(fā)出問詢信號，大型裝備各子系統(tǒng) 接到問詢信號后，將約定好的表示自身狀態(tài)的信息回應(yīng)給控制層高速工控機，集控平臺的 控制層高速工控機經(jīng)過判斷后，若滿足啟動條件，則發(fā)出啟動信號；
[0024] a、在采煤過程中，檢測到刮板輸送機有堆煤發(fā)生，此時控制層高速工控機立刻控 制電液控制系統(tǒng)中的端頭液壓支架，啟動安裝在一級護幫上的鐵爪動作，將堆煤快速送入 轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)；
[0025] b、在采煤過程中，集中控制平臺將集控命令發(fā)給電液自動控制系統(tǒng)的端頭控制 器，再由端頭控制器控制支架控制器執(zhí)行具體動作，當檢測到液壓支架電液控制系統(tǒng)的通 訊中斷時，則會立即啟動電液控制系統(tǒng)的另一個端頭控制器，由兩個端頭控制器分別負責 中斷故障發(fā)生后中斷點兩側(cè)控制器正常受控進行動作；
[0026] C、在采煤過程中，集中控制平臺根據(jù)采煤機工作狀況自動調(diào)整工作面運輸系統(tǒng)裝 備的運行速度；
[0027] t在采煤過程中，集中控制平臺判斷出乳化液累的進口壓力和出口壓力大于 1.IMpa時自動啟動反沖洗過濾器；
[0028] 3)所述信息通訊網(wǎng)絡(luò)是大型裝備各子系統(tǒng)與集中控制平臺信息傳送的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 和通訊模式，控制層高速工控機與大型裝備各個子系統(tǒng)的控制層高速工控機是基于TCP^P 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通訊，所述信息通訊網(wǎng)絡(luò)的控制方法如下：
[0029] (1)控制層高速工控機與各個子系統(tǒng)的高速工控機是通過信息通訊網(wǎng)絡(luò)進行通 訊；
[0030] 似控制層高速工控機作為客戶端，大型裝備各子系統(tǒng)都作為服務(wù)器端，控制層高 速工控機每隔500ms輪巡一次所有大型裝備子系統(tǒng)，然后根據(jù)巡檢結(jié)果給出控制量。
[0031] 在上述技術(shù)方案中，所述工作面運輸系統(tǒng)包括刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機和膠 帶輸送機；所述控制層高速工控機是高速嵌入式計算機UN0-3072A;高速數(shù)據(jù)采集卡是 PCI-1716;前端開發(fā)平臺是化we;rBuilde;r ;數(shù)據(jù)庫是SQLServer ;通訊協(xié)議是Modbus TCP/ IP ;通訊網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)W太網(wǎng)化hernet。
[0032] 本發(fā)明上述所提供的一種煤礦綜采工作面大型裝備集中控制平臺的實現(xiàn)方法的 技術(shù)方案，實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)的自動化，填補了國內(nèi)無人值守采煤生產(chǎn)的空白，打破了國外對 該項