煤礦連掘工作面以太網(wǎng)遠程集中控制系統(tǒng)的應用及探討

摘要：應用工作面集中控制系統(tǒng)在實際的發(fā)展過程中能夠得到一定的促進作用。多個系統(tǒng)的集中控制和集中監(jiān)測的綜采、掘進工作面在實際的運行過程中能夠保證安全可靠的運行、這樣的工作面生產(chǎn)系統(tǒng)對實際的工作起到一定的促進作用，提高生產(chǎn)的效率。使得全面機械化采煤已經(jīng)在人們的生活中被應用的越來越廣泛，在一定的程度上能夠減輕工人的勞動強度，將多個崗位合二為一，使得員工的工作效率得到一定的提升。同時，工作面自動化控制系統(tǒng)在實踐中存在一定的問題，本文主要是通過探討自動化系統(tǒng)的集成控制系統(tǒng)進行一定的分析和總結，希望能夠給相關的工作人員提供一定的理論性支持和實踐參考。

關鍵詞：工作面;自動集中控制;系統(tǒng)應用;分析

中圖分類號：TD823.97?文獻標識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）10-0058-02

隨著信息以及科學技術的不斷發(fā)展和應用，多個系統(tǒng)的分散管理和控制在實際的生產(chǎn)過程中使得運營的管理方面的工作越來越復雜。將多系統(tǒng)的發(fā)展集中在一個控制平臺上進行相應的控制是采煤工作面進行一定的控制的發(fā)展主流方向。工作面設備集中控制在一定的程度上可以有效地提高供電的安全性以及設備的高效管理工作，進一步促進煤礦的高產(chǎn)以及高效益的發(fā)展。與此同時，為了使得礦井的安全生產(chǎn)水平得到一定的提升，實現(xiàn)采掘工作面的集中監(jiān)控工作也十分的重要。

1?煤炭行業(yè)的發(fā)展狀況分析

當前，煤炭行業(yè)在實際的發(fā)展過程中已經(jīng)進入了產(chǎn)能過剩、市場衰弱的階段，在實際的發(fā)展過程中逐漸進入到轉型發(fā)展的新時代。面對如此的生產(chǎn)成本的壓力控制和管理，以進一步提高自動化水平的全面機械化采煤是接下來需要重點關注的問題。遙控、遙測、遙信系統(tǒng)等多個系統(tǒng)可以進行協(xié)調應用促進其發(fā)展。同時對多個崗位進行合并，達到減員增效的目的?；诳刂萍夹g工作的順利進行。設備的集中控制系統(tǒng)在連掘工作面中發(fā)揮十分重要的功能，通過應用先進的工業(yè)嵌入式計算機控制以及現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，完全機械化采礦設備的集中自動控制可以實現(xiàn)巷道監(jiān)測中心的進一步監(jiān)測，工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)實時自由化的通信。實現(xiàn)采煤工作面設備控制自動化發(fā)展，在一定的程度上能夠減少人員的配置，實用性以及效益方面都具有十分重要的進步。

煤炭在我國現(xiàn)階段的發(fā)展過程中作為一種主要的能源，其在實際的發(fā)展過程中隨著社會的發(fā)展和進步逐漸向系統(tǒng)自動化以及管理信息化的方面進一步發(fā)展和完善。大型的自動化以及智能化采煤的設備在實際的應用過程中不斷改進和進一步完善，設備功率在實際的應用中得到均衡發(fā)展。目前，連掘設備的發(fā)展趨勢以及發(fā)展空間十分廣闊。在實際的發(fā)展過程中是大型化，技術含量方面能夠得到不斷提高。因此，保證采礦的設備能夠適應惡劣井下環(huán)境工作是十分有必要的。采煤工作面的控制、檢測、保護、通信和語言報警等方面的控制需要被高度重視。

2?連掘隊地面集中控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)，也被稱為中央控制系統(tǒng)，通過定制流程和人機交互的界面任意根據(jù)現(xiàn)場需求做出一定的分析，從而達到控制和簡化操作的目的。近年來，哈拉溝數(shù)字化礦山建設也取得了一定成績。例如，連續(xù)開挖只能集中控制小帶，只能在井下集中控制計算機上進行集中監(jiān)測和控制。沒有實現(xiàn)對配電點和風機配電點相關設備的集中控制。隨著掘進巷道的延伸，移變配電點越來越遠離工作面，特別是當它遇到打雷降雨發(fā)生時，供電網(wǎng)絡的波動容易導致供電高壓跳閘，所以很容易導致掘進工作面局部通風機停電，最終導致工作停風，有很大的潛在安全隱患。當值班的電工從工作面出來送電時，已經(jīng)太晚了。同時，掘進隊地面值班室對工作面設備運行狀況已經(jīng)處于盲區(qū)，不能及時響應井下的問題。針對上述問題，設計開發(fā)了連續(xù)掘進隊地面集中控制系統(tǒng)、小帶傳動隊、動力配電點、風機配電點、電纜架配電點等對所有設備的集中控制。工作面集中控制中心可以進行集成調度電話的功能，從而保證在緊急情況下?lián)艽螂娫挼臅r候，聲音的傳遞不受到一定的影響，保證信息傳輸?shù)挠行院蜏蚀_性，在實際的運行過程中工作面沿線的揚聲器在一定程度上能夠可以聽到電話廣播等內容，使得信息能夠被及時的收取，保證信息傳遞的實時性。

3?工作面控制系統(tǒng)工作分析

3.1系統(tǒng)分析。該系統(tǒng)將收集風機的運行狀態(tài)信息、風速、移動變電站等工作狀態(tài)通過環(huán)網(wǎng)完成數(shù)據(jù)上傳。狀態(tài)屏幕將移動變電站、組合開關和局扇啟停運行狀態(tài)、主要運行參數(shù)、運行方式及電氣故障信息和保護信號直觀顯示。掘進工作面局部通風風機監(jiān)控系統(tǒng)采用三級串級控制，即調度中心遠程控制工藝控制、工作面集中控制、設備就地控制。在操作中只可采用其中一種控制方式，三級控制可獨立控制打開、復位和關閉局扇各種電氣測試及其它操作。這三個層次的控制是相互獨立的確保干擾控制的安全性和可靠性。工作面控制系統(tǒng)在一定程度上能實現(xiàn)對采煤機在集中控制臺的遠程無線控制。采煤機控制系統(tǒng)與設備電液控制系統(tǒng)協(xié)同工作，實現(xiàn)了采煤機的自動隨動和系統(tǒng)所需參數(shù)的傳遞。在實際的發(fā)展過程中還可在實現(xiàn)工作面設備運行工況監(jiān)測、故障診斷。系統(tǒng)具有完善的自診斷功能，對設備工況、關鍵部位如電機繞組、軸承溫度、減速箱油溫、油位等進行實時監(jiān)測;出現(xiàn)故障能夠在井下集控室和地面調度室實時顯示、報警，方便維護設備并減少處理故障的時間。

3.2故障排除。本地局扇控制命令和所有數(shù)據(jù)都是由通訊來傳遞，現(xiàn)場設備完成實際控制，配置畫面即可顯示所有的報警狀態(tài)。如果設備出現(xiàn)故障，請在配置屏幕上查看可以查詢相應設備的狀態(tài)，確定報警的故障類型，然后根據(jù)報警對故障設備進行詳細檢查，確定故障點。配置軟件的狀態(tài)狀態(tài)查詢包含狀態(tài)監(jiān)視子屏幕，當系統(tǒng)發(fā)出警報有信號時，點擊狀態(tài)查詢按鈕，彈出狀態(tài)監(jiān)控子畫面，故障點可通過詢問確定。

4?工作面配置構成分析

4.1本地風機監(jiān)控系統(tǒng)。本地風機監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：分站控制系統(tǒng)（含PLC和傳感器）、防爆攝像頭及監(jiān)控部分。

4.2工作面控制計算機。工作面主要包括硬件和軟件。硬件部分包括顯示器屏幕，CPU（英特爾雙核1.33 GHz），硬盤，高性能集成顯卡可以完全滿足系統(tǒng)運行的需要。軟件部分是監(jiān)控控制組態(tài)軟件，工作人員可以根據(jù)圖片了解實現(xiàn)了對風機相關設備的遠程監(jiān)控。

4.3工業(yè)以太網(wǎng)。為了滿足數(shù)字化礦山建設和自動化生產(chǎn)的需要，建立礦井千兆以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，監(jiān)測分站控制系統(tǒng)通過光纖工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，與地面調度中心工業(yè)計算機通信。

4.4地面控制中心。地面控制中心由調度中心的工業(yè)控制裝置控制工業(yè)控制計算機采用高性能工業(yè)控制計算機。主要包它包括硬件和軟件。硬件設備包括工業(yè)控制儀表計算機、顯示器等;軟件部分實現(xiàn)局部通風它包括人機交互、狀態(tài)曲線生成、報表生成和實現(xiàn)報警，包括監(jiān)控和配置監(jiān)控軟件，管理人員可以根據(jù)畫面了解局部通風機的運行狀態(tài)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。地面控制中心是以工業(yè)計算機為基礎的局部通風系統(tǒng)機器監(jiān)控和監(jiān)控軟件，實現(xiàn)指令傳輸和參數(shù)傳輸、生成負責系統(tǒng)數(shù)據(jù)圖形、曲線、報表的形成和存儲監(jiān)控和控制操作任務。管理人員可以操作設備同時，監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行情況查看各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。

5?工作面工業(yè)以太網(wǎng)分析

建立工作面千兆以太網(wǎng)在實際的發(fā)展過程中存在十分重要的意義，使用工作面綜合通道的裝置及開關對實際的工作帶來一定的促進作用。系統(tǒng)在同一網(wǎng)絡平臺上的進行信息的傳輸功能的實現(xiàn)，從而使得工作面三網(wǎng)得到一定的融合。同時在實際的發(fā)展過程中能夠解決相關的問題，使設備在某些領域與困難的溝通中實現(xiàn)無線的接入，促進溝通的有效性，進一步提供強有力的保證，使得煤礦得到安全的生產(chǎn)。通過跟隨采煤機完成工作面空間整體的情況的視頻監(jiān)控，使得工作能夠被實時的監(jiān)督管理和控制。

6?連掘隊地面集中控制系統(tǒng)的應用分析

軟件開發(fā)：目前以亞控組態(tài)王使用的小帶集中控制為基礎，開發(fā)了亞控組態(tài)移動配電點和風機配電點配置控制屏幕。

數(shù)據(jù)采集：在掘進隊移變硐室安裝一套kjj15a數(shù)據(jù)采集器和輔助電源適配器電池。利用數(shù)據(jù)采集器采集配電點內12臺設備的485通訊數(shù)據(jù)，將這些設備的485通訊數(shù)據(jù)打包到井下生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)中。

網(wǎng)絡通信：PC工業(yè)控制計算機是安裝在地面的值班室內，然后采用工業(yè)控制的新開發(fā)的軟件安裝在地面工業(yè)控制計算機，單獨生產(chǎn)光纜鋪設，這樣地面工業(yè)計算機可以訪問地下生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)絡，以便生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)可以收集到的配置軟件。

通信控制：在地面組態(tài)軟件中，各設備的通信協(xié)議不僅可以采集設備的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，還可以編寫控制通信點表的命令，從而利用設備的通信協(xié)議實現(xiàn)遠程控制的目的。井下配電點設備與數(shù)據(jù)采集裝置的連接采用屏蔽雙絞線，以屏蔽配電點的電磁干擾。提高了通信控制的穩(wěn)定性。

通過對功能的有效利用，計算機可以提供安全可靠的監(jiān)控運行，實現(xiàn)了對局部通風機的監(jiān)測，對移動變電站、風機饋電開關、組合開關、排水饋電、工作面連掘設備饋電、膠帶機運行狀態(tài)實時監(jiān)測，局部通風機實現(xiàn)了遠程自動切換，通過組態(tài)軟件很好的實現(xiàn)了人機交換，設備就地、集中遠程控制的目的，有效減少了無計劃停風的頻率和時間，減少人員作業(yè)強度，給安全生產(chǎn)提供了安全保障。

7?連掘隊地面集中控制系統(tǒng)優(yōu)勢及效益分析

連掘隊地面集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)小帶的集中控制，遠程控制配電點所有設備的供電和關機，遠程控制風機配電點所有設備的風機開關，實時監(jiān)控各數(shù)據(jù)采集點設備運行狀態(tài)。連續(xù)掘進隊集中控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點和積極作用：地面值班室值班人員可以實時掌握井下設備運行狀況，并在第一時間做出積極響應。地面值班人員可以對井下設備進行監(jiān)控，減少入井人數(shù)。目前，在我礦連續(xù)掘進隊掘進巷道設計中安裝了較多的帶式輸送機。每隊至少安裝5臺帶式輸送機。在過去，開皮帶至少需要一部膠帶機安排一個人開皮帶，使用該系統(tǒng)可以直接將檢查帶式輸送機的驅動人數(shù)從5-6人減少到1人。減少人員使用，保證生產(chǎn)和人員安全。

采用這種集中控制給井下供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了良好的保證。當風機配電點跳閘停車時，能迅速恢復供電，保證掘進工作面正常送風，保證人員生命安全。同時，井下集中控制計算機也安裝了一套集中控制系統(tǒng)，兩套地面和井下系統(tǒng)保證了掘進隊伍安全高效的生產(chǎn)，值得推廣應用。目前連續(xù)掘進隊掘進巷道安裝了多臺帶式輸送機。每個區(qū)隊至少安裝了5臺帶式輸送機。該系統(tǒng)的使用可以減少一個人檢查帶式輸送機司機的數(shù)量，減少人員的使用，直接提高單個工人的工作效率，每月節(jié)省工資約10萬元。地面集中控制系統(tǒng)運行良好，可以實現(xiàn)地面集中控制，減少入井人數(shù)。對掘進工作面供電系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控改造，可以避免因計劃外停風造成安全事故和經(jīng)濟損失。

8?工作面視頻監(jiān)控

8.1工作面視頻的實時監(jiān)控。前端視頻編碼、網(wǎng)絡傳輸、后端解碼等環(huán)節(jié)的出現(xiàn)為此行業(yè)的發(fā)展帶來一定的促進作用。在前端視頻編碼和后端解碼中，網(wǎng)絡傳輸中的延遲（不超過10ms）如果忽略的話，這將導致操作者在遠程視圖中看到視頻延遲的現(xiàn)象，這將對設備的實時控制產(chǎn)生很大的影響。因此，解決工作面視頻延時問題是關鍵技術之一。

8.2采煤機全景視頻監(jiān)控。由于井下實際工作的需要需要安裝多個監(jiān)控攝像頭，每個相機的位置都要進行詳細的觀察和分析。而相機的幀間距容易造成相機之間的視場出現(xiàn)一定的差異。照度、對比度曝光等因素對成像質量都會產(chǎn)生一定的影響。因此，工作面空間場攝像機的選擇與布置是關鍵技術之一。

8.3工作面以太網(wǎng)控制的實時性和可靠性。以太網(wǎng)控制和高速數(shù)據(jù)傳輸在實際的發(fā)展中被看做是關鍵的技術。但用于工作面設備集中控制時，要考慮及時性和安全性。因此，研究一種實時通信、安全可靠的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，是實現(xiàn)工作面設備集中自動化控制的關鍵技術。

9?小結

隨著科學技術的發(fā)展和進步，未來煤礦連掘工作面以太網(wǎng)遠程集中控制系統(tǒng)的應用的前景必定會變得越來越廣闊。通過不斷地創(chuàng)新和完善，在實際的發(fā)展過程中能夠發(fā)現(xiàn)其重要性，因此我們對其進行相應的分析和研究是一項具有重要意義的工作，同時此方面的工作應該被高度重視。在實際的發(fā)展過程中更多的是需要工作人員在實際的工作過程中多實踐、多總結經(jīng)驗。為接下來的進一步研究提供更多的理論和實踐依據(jù)。煤礦連掘工作面以太網(wǎng)遠程集中控制系統(tǒng)的應用在實際的發(fā)展過程中帶來的更多的是優(yōu)勢，能夠在一定程度上促進行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，使得更多的人對其高度重視。煤礦連掘工作面以太網(wǎng)遠程集中控制系統(tǒng)是目前來說通過運用智能化的信息技術促進行業(yè)發(fā)展的關鍵點，同時也相信在未來的發(fā)展過程中其將不斷發(fā)揮優(yōu)勢，為人們的生產(chǎn)生活帶來更多的優(yōu)勢和便利，促進經(jīng)濟和社會的發(fā)展和進步。本次論述到此結束，希望能夠給相關的工作人員提供一定的理論性支持和實踐參考。

參考文獻：

[1]原彬.綜采工作面機電設備集中控制系統(tǒng)研究[J].內燃機與配件，2018，（21）：164-165.

[2]汪洋，金勇，都之夏，胡靜，程文武，夏凱，張震.煤礦井下采煤工作面可視化安全監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].煤炭科學技術，2018，（S1）：171-175.

[3]黃曾華，苗建軍.綜采工作面設備集中控制技術的應用研究[J].煤炭科學技術，2013，（11）：14-17+21.

[4]李占平.我國煤礦井下綜采工作面供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究[J].煤炭工程，2012，（08）：85-87.

[5]高如林.淺析煤礦掘進巷道頂板事故預防措施[J].中國高新技術企業(yè)，2013（7）：123-124.

作者簡介：李庚（1982.5），男，陜西咸陽永壽人，本科學歷，工程師，企業(yè)培訓師，2005年進入神東煤炭集體工作，先后從事過礦井綜采和輔助運輸管理，現(xiàn)從事連掘管理工作。