第2期(总第225期) 2021年4月
机 械工程与自动化
MECHANICAL ENGINEERING&AUTOMATION
No2
Apr
文章编号=672-6413(2021)02-0191-02
高志勇
(西山煤电西铭矿综采三队，山西太原030052)
cd12
摘要：首先，简要介绍了综采工作面集中控制系统的结构；其次，详细介绍了其监测功能和控制功能，除了实现基本的监测功能，还能实现就地控制和远程控制，远程控制又分为手动远程控制、半自动远程控制和全自动远程控制；最后，分析了5类综采工作设备协同控制策略以及软件设计。关键词：综采工作面；集中控制系统；协同控制
中图分类号：TP273文献标识码：B
0引言
目前国产的综采设备都有与之配套的监测和自动控制系统，已经基本实现了半自动化的机械化采煤，但是整体的协调控制还需人工干预，自动化程度不高。人工手动操作误差较大，稍有不慎将可能导致误操作从而引发严重的井下安全事故。在对采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等综采设备及其监测和自动化系统进行综合分析调研后，研究了一种综采工作面集中控制系统，能够提高煤炭生产的自动化水平，提高煤矿企业的安全性。
1集中控制系统结构
抗氧化剂386现阶段，大部分煤矿综采工作面的各种综采设备都具备各自独立的控制平台，各个分散的控制平台依托人工配合形成了相互配合、各自独立的控制系统。综采工作面集中控制系统将原有的分散控制系统整合起来，使得集中控制系统内所有设备的运行信息能够相互融合，综采工作面所有设备在这个控制平台内进行统一调度。图1为综采工作面集中控制系统结构框图，整个系统结构自上而下可以分为三层：①综采设备层，主要包括采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机和破碎机、带式输送机和摄像
头；②综采设备机载控制系统层，对应于综采设备层的设备，机载控制系统指的是采煤机系统、电液系统、三机监测系统、带式输送机监控系统和视频系统；③顺槽计算机控制系统，该系统是位于顺槽的服务器，其功能是对综采设备的状态显示和监测数据处理，并形成一套完整的生产工艺流程。三层系统的通讯方式采用TCP/IP，交换机的作用是分配机载控制器的网络。
2集中控制系统功能
综采工作面集中控制系统的功能可分为监测功能和控制功能两大类。
1®
I交换机
服务器
(LNG-3072A)
-Ethernet
TCP/IP
驟1till三髏测胶鬆输视频系统
采煤机II液压支架II运输三机11胶带运输机11摄像头图1综采工作面集中控制系统结构框图
2.1监测功能
监测各种综采设备的状态和运行信息是实现控制功能的基础。各综采设备的控制系统监测数据分散在各控制平台，相互比较独立，不便于实现集中控制。如：采煤机控制系统采集的采煤机位置、滚筒高度和截割电机电流电压等信息；电液控制系统采集的前后立柱压力、行程等参数信息；三机监控系统采集的电机转速、电流、温度和轴承温度等信息；带式输送机监控系统采集的煤量、打滑和跑偏等信息；井下摄像头采集的设备工作画面等。集中控制系统将上述所有信息通过可靠的通讯网络上传至顺槽控制中心，方便操作人员对整个综采工作面进行监测。
变压器蝶阀2.2控制功能
综采工作面集中控制系统可以实现就地控制和远程控制。煤矿操作规程规定，为了保护检修工作人员，综采工作设备在检修状态时禁止远程操作。因此当某一部分设备处于检修状态时，集中控制系统应当将操狐臭膏
收稿日期：2020-07-16；修订日期：2021-03-04
作者简介：高志勇(1986-)，男，山西忻州人，助理工程师，本科，从事煤炭开采相关工作
。
• 192 •机 械 工 程 与 自 动 化2021 年第2 期
作权限下放到机载控制器，此时设备只能就地控制。 远程控制是综采工作面集中控制系统的核心功能，其 可分为手动远程控制、半自动远程控制和全自动远程 控制。手动远程控制适用于综采工作面煤层结构复 杂，采煤机和液压支架动作不连续的情况，如采煤机、 液压支架、运输三机、带式输送机和摄像头的各种基本 动作均能实现手动远程操作。 半自动远程控制是全自 动远程控制的基础，如系统综合工作面的煤流工艺、保 护工艺和控制工艺，可在一定范围内连续自动作业；一 键启停、采煤机调速和自动换向、滚筒高度控制和视频 跟机等功能均属于半自动远程控制。全自动远程控制 是一种完全不需要人工干预的控制方式，将人工智能 技术应用于集中控制系统中，目前还处于研制阶段。3协同控制策略
综采工作面集中控制系统的核心是实现采煤机、 液压支架、刮板输送机、破碎机、转载机和带式输送机 的动作协调配合，提高煤炭生产的自动化水平。
(1) 综采设备一键启停控制及闭锁保护。为了实 现“逆煤流启动，顺煤流停止”，各设备操作人员通过喊 话进行配合。根据生产规程，集中控制系统能够实现 采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和带式输送机一 键按序启动，并在每个设备启动时发出15 s 预警，作 业完成后，当系统确认运输设备上无煤时，综采设备按 照上述顺序停机，为下次启动作好准备。
(2) 采煤机姿态自动调整。采用工艺段编号的方 式实现采煤机姿态调整，即工作人员提前在上位机设
定工艺段，通过采煤机位置信号判断当前作业工艺段 和运行方向，然后向采煤机发送姿态调整控制指令。
(3) 采煤机和液压支架协同控制。采煤机和液压 支架的协同控制非常复杂，液压支架跟机控制包括同 向帮护板回收、反向支架移驾、支护和推镏。液压支架 系统通过红外测距装置判断采煤机位置，然后由集中 控制系统判断支架编号和采煤工艺，向对应支架发出 动作指令。
(4) 视频跟机控制。视频跟机系统是顺槽控制中 心的视觉延申。为了减少摄像头数据量，集中控制系 统可以根据采煤机位置实时选择摄像头的开闭，结合 摄像头编号即可实现视频跟机控制功能。
(5) 三机载荷控制。为了防止刮板输送机过载，将刮 板输送机的电流信号和采煤机速度结合起来，有效控制了 采煤机的落煤量。载荷控制不但能够防止刮板输送机堆 煤，而且还能避免长时间轻载，提高了其运输效率。4集中控制系统软件
工控软件可以选择汇编语言、面向对象高级语言 等进行设计，但目前最为流行的还是组态软件。 综采工
作面集中控制系统采用了西门子公司开发的视窗控制 中心，该视窗控制中心性能全面、技术先进，且具有开 源的特点，为本系统的界面设计、综采工作面机载控制 器通信网络、过程值归档等提供了便
利。界面设置包 括操作控制、实时监测、实时曲线、报警记录和参数设 置等界面。机载设备控制器与上位机之间通过TCP/ IP 进行通信，通信的可靠性是集中控制可靠性的前 提。过程值归档指的是系统运行时，现场各项数据能 够暂存在数据库中，经系统处理后可存储在归档数据 库中。通信软件架构如图2所示。
图2通信软件架构
5结束语
依托于采煤机、液压支架、刮板输送机、破碎机、转 载机和井下综采工作面摄像头及其监测与控制系统， 综采工作面集中控制系统能够实现综采工作设备状态 监测和就地、远程控制。井下综采工作面无需人员喊 话进行配合操作，能够提高综采工作面的自动化水平, 提高采煤效率和安全性。
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Design of Centralized Control System for Mechanized Mining Face
GAO Zhi-yong
(No. 3 Fully Mechanized Coal Mining Team , Ximing Coal Mine ,Xishan Coal Electricity Group Co . ,Ltd . , Taiyuan 030052,China )
Abstract ： First ，thestructureofthecentralizedcontrolsystemforfu l ymechanizedminingfaceisbrieflyintroduced Secondly ，itintroduces its monitoring and control functions in detail. In addition to basic monitoring functions , it can also realize local control and remote control. Theremotecontrolisdividedinto manualremotecontrol ， semi-automaticremotecontrolandfu l yautomaticremotecontrol Fina l y ， the collaborative control strategy and software design of five types of fully mechanized mining equipment are analyzed .Keywords ：fu l ymechanizedcoalminingface ；centralizedcontrolsystem ；
coordinatedcontrol
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