采煤機遠程控制系統(tǒng)研究與分析

ZHANG Yan-jun,WANG Zhong-bin,QUAN Ning

0 引言

隨著現(xiàn)代煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化、高效化和安全化采煤已成趨勢，采煤機遠程控制系統(tǒng)便是其中重要的一塊內(nèi)容。目前國內(nèi)尚無成熟的采煤機遠程控制系統(tǒng)，大多數(shù)煤礦仍采用安裝攝像頭的方式進行遠程監(jiān)控，由于礦井下粉塵多，水汽大，往往造成攝像頭采集圖像的不清晰，給遠程控制帶來很大難度。本文利用PLC、WinCC軟件等技術(shù)對采煤機的運行狀態(tài)進行實時分析和處理，并通過WinCC組態(tài)軟件真實再現(xiàn)綜采面采煤機的運行狀態(tài)，達到遠程監(jiān)控目的。

1 采煤機遠程控制系統(tǒng)組成

采煤機遠程控制系統(tǒng)主要由遠程控制平臺、工業(yè)以太網(wǎng)、機載控制和執(zhí)行機構(gòu)四大部分組成，其功能是實現(xiàn)采煤機的遠程控制，包括遠程PLC控制、遠程WinCC監(jiān)控以及遠程故障診斷。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。

遠程控制平臺即人機交互層，主要由PLC模塊、WinCC組態(tài)模塊和故障診斷模塊三大部分組成，工控機與PLC之間通過工業(yè)以太網(wǎng)連接，完成對采煤機電機啟停、搖臂升降、左右牽引、滾筒截割等的遠程控制。WinCC將采煤機的工作狀態(tài)通過畫面形式實時顯示在地面控制中心的顯示器上，完成對綜采工作面的實時監(jiān)控。故障診斷模塊主要用來對采煤機在運行過程中產(chǎn)生的異常及故障信息進行分析并處理，必要時發(fā)出報警信號。采煤機遠程控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡層采用工業(yè)以太網(wǎng)的組網(wǎng)形式，由有線和無線兩部分共同組成。有線部分采用光纖作為介質(zhì)進行通信，無線部分通過無線mash進行信號傳輸。采煤機機載控制系統(tǒng)主要由牽引控制系統(tǒng)、調(diào)高控制系統(tǒng)和截割與破碎單元邏輯控制系統(tǒng)三大模塊組成，通過這三大模塊的相互協(xié)調(diào)控制，完成采煤機在綜采面的采煤工作。

圖1 采煤機遠程監(jiān)控系統(tǒng)

2 采煤機遠程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信

采煤機遠程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信由上位連接系統(tǒng)和下位連接系統(tǒng)構(gòu)成。下位連接系統(tǒng)是西門子PLC主機通過串行通訊接口連接到采煤機遠程輸入輸出單元，實現(xiàn)綜采工作面采煤機遠程的實時監(jiān)測和控制。主機與采煤機遠程輸入輸出單元之間采用光纜連接，通信接口為光纖接口。采用光纖通信可以實現(xiàn)遠距離、高速度、高穩(wěn)定性和高可靠性數(shù)據(jù)傳輸。PLC主機是系統(tǒng)的集中控制單元，主要負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和信息處理，并協(xié)調(diào)各個遠程輸入輸出單元的操作。采煤機遠程輸入輸出單元為系統(tǒng)的分散控制單元，其在PLC主機的統(tǒng)一管理下，完成各自的輸入輸出任務。

圖2 下位連接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

上位連接系統(tǒng)是位于控制中心的一個自動化綜合管理系統(tǒng)。上位計算機通過串行通訊接口與西門子S7-300PLC的串行通訊接口相連，對PLC進行監(jiān)視和管理，構(gòu)成集中管理、分散控制的分布式多級控制系統(tǒng)。在這個控制系統(tǒng)中，西門子S7-300PLC為直接控制級，負責綜采工作面采煤機各變量的監(jiān)測與控制，同時接受上位計算機傳來的信息和向上位計算機發(fā)送現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。上位計算機是協(xié)調(diào)管理級，它與下位直接控制級、自身人－機界面交互層和上級信息管理級進行數(shù)據(jù)交換，是連接過程控制和信息管理的橋梁。上位計算機與PLC的通訊采用RS232C/RS422通信接口；上位計算機與信息管理計算機的通信采用局域網(wǎng)。

3 采煤機遠程控制系統(tǒng)操控方式

采煤機遠程控制系統(tǒng)操控方式采用本地控制和遠程集中控制兩種方式運行,并且采用本地控制優(yōu)先的原則，當本地控制無動作時，采煤機控制系統(tǒng)可通過遠程遙控方式實現(xiàn)對采煤機調(diào)高系統(tǒng)、左右牽引電機、截割滾筒的調(diào)節(jié)與控制。當本地控制有操作時，遠程控制立即切斷，對現(xiàn)場工作人員起到安全保護作用。

圖3 上位連接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

采煤機遠程控制系統(tǒng)是當前煤礦開采研究的一大難題，本文結(jié)合當前實際研究狀況提出了一種新的采煤機遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)方法，該方法能夠有效解決綜采工作面采煤機的狀態(tài)監(jiān)測和信息處理等問題，為綜采工作面的自動化和少人化開采提供了一種新的解決途徑。

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