综采工作面自动化项目申报书

技术创新计划项目申报书项目名称：综采工作面集中自动化系统承担单位:中滦科技项目负责人：参加单位：申报计划类别:申报项目专业：自动化项目起止年限：申报计划年度：2013年申报日期：2013年11月中滦科技有限公司制1创新类型集成创新应用行业煤炭项目内容摘要：（不少于200字）综采工作面集中自动化控制系统由KTC130控制系统、电液控制系统、防爆网络摄像仪、视频监视系统、上位机系统及各种线缆、交换机等构成。系统根据回采工艺流程，制定专门的控制策略。在顺槽建立工作面集控室，通过井下集控，实现工作面集中自动化控制，主要功能包括：工作面液压支架、采煤机和工作面刮板输送机三机联控、泵站监控、转载机和胶带输送机联控、语音报警及通信系统、视频监视系统、综采工作面数据上传、网络管理和诊断功能。实现对主要生产设备工况的实时在线监测，及时发现故障隐患实现在线语音报警、故障停机，提醒集控人员以便采取措施避免设备损坏，提高设备开机率。同时将工作面的相关信息及时传输到地面，并通过计算机网络实现远程集控与数据共享，实现生产管理的信息化。该控制系统分远程、就地两种控制模式。远程控制由上位机实时显示各设备的开停状态和运行参数，能够实现对设备远程控制。上位机软件系统具有OPCSERVER，能够方便地将该集控系统接入矿井综合自动化平台。关键词：自动化，集中控制，上位机，OPCSERVER2项目的立项背景和意义：（不少于200字）实现煤炭安全、高效开采是国家重要的产业政策和目标，煤矿综采工作面自动化控制技术及装备的应用是实现煤炭安全、高效开采的重要保障、是国家经济发展所需煤炭供应的先决条件、是煤炭行业先进生产力的重要体现。随着矿井自动化、信息化的发展，信息化、自动化技术已经开始向综采、综掘一线延伸。煤矿井下综采工作面是一个高危险的生产环境，空间局限，温度高、湿度大、煤灰重、大功率设备多、且工况复杂。工人在工作面近距离操作，噪音、粉尘等对会工人身体健康带来损害，迫切需要将工人从高危的生产环境解放出来。目前国际、国内实现综采工作面集中自动化控制的只有少数几家，重点和难点是采煤机、电液控支架的远程控制，因此，本综采工作面自动化集中控制系统，实现工作面的远程控制，打造智能无人工作面。该系统通过主控计算机的软件操控下级PLC实现自动控制，控制系统软件的基本功能是可以从顺槽监控中心和地面集控中心进行现场设备运行的状态显示、异常判断、事故报警、数据存储、信息共享等，进行采煤机、电液控支架以及刮板输送机、破碎机、转载机、乳化液泵站、皮带机等设备设施的远程监控。进而来实现综采工作面的智能控制，提高运输系统的工作效率，减少岗位操作员工，降低劳动强度，减少员工职业健康危害，合理控制设备运行，节支降耗，提高节能效率，降低事故率。3国内外现状及发展趋势：国外，以DBT公司研究开发的以液压支架PM4电液控制系统为基础的全自动化无人刨煤机综采工作面基本上实现了无人化。在采煤机综采工作面，国外尚无无人化成功先例，但澳大利亚正在研制远程控制全自动无人长壁工作面开采技术。国内，在工作面自动化做了积极的探索和大量的实践工作。主要是在工作面采煤机、刮板输送机、液压支架等设备实现单机自动控制功能的基础上，通过工作面三机与顺槽监控中心联网、通讯，实现监控中心对三机的实时监测与控制。神华集团榆家梁煤矿使用进口设备，实现了远程操作的跟机自动化作业，采煤机机载视频，记忆割煤，试验了振动方式的煤岩识别方法和无线接力通信方法。最高级功能：采煤机记忆割煤（滚筒视频）+支架全工作面跟机+端头集控台远程干预；最好效果：工作面自动化割一两刀煤，工作面无人。国内发展方向以综合应用控制、以太网、无线、视频、音频、通信、液压等技术于综采工作面。实现在采煤生产过程中以采煤机记忆割煤为主，人工远程干预为辅；以液压支架跟随采煤机自动动作为主，人工远程干预为辅；以综采运输设备集中自动化控制为主，就地控制为辅；以综采设备智能感知为主，视频监控为辅；即“以工作面自动控制为主，监控中心远程干预控制为辅”的工作自动化生产模式，实现“无人跟机作业，有人安全值守”的开采理念，尽可能减少工作面操作工人数量。4项目主要研究、实施内容、工艺技术路线、创新点及技术关键：控制系统软件的基本功能是可以从顺槽监控中心和地面集控中心进行现场设备运行的状态显示、异常判断、事故报警、数据存储、信息共享等，进行采煤机、电液控支架以及刮板输送机、破碎机、转载机、乳化液泵站、皮带机等设备设施的远程监控。（1）监测系统层监测系统层是指电液控制系统、采煤机控制系统、刮板输送机控制系统、转载破碎机控制系统、皮带机控制系统、泵站控制系统、视频监控系统。（2）数据接口层实现将各个监测系统数据转存到统一数据存储平台，接口方式主要有文本文件（xml、txt等）、数据库、视频数据流。（3）存储层实现实时监测监控系统动态数据的存储，采用传统的关系数据库，通过对采集数据进行挖掘和分析处理，灵活地满足煤矿实际生产的各种需求。考虑到平台的稳定性和通用性，平台拟采用MSSQLServer作为后台数据库对监测监控数据进行统一存储。（4）业务层业务层对统一数据库平台数据进行统计、分析、查询，实现各个子系统和子系统之间的业务逻辑，并对业务逻辑进行封装，以供展现层调用。（5）用户层用户层提供监测控制数据的在线的展示以及与用户的交互。主要展示井下顺槽设备以及工作面设备和环境的状态，实时监测工作状况，综合判断是否有发生异常的趋势，当出现异常提示报警。用户通过这一层的交互可以设定系统的关键参数来完成日常的管理工作。网络传输信息流示意如图：从系统功能和分布上，监控系统软件主要分为如下几部分：1、顺槽集控中心5显示工作面的工作设备（包括采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等）的运行状态、故障信息并语音报警。显示胶带运输机运行状态，并将相关数据上传至井下集控室主控计算机。泵站系统的运行状态、故障信息并语音报警。主控计算机通过通讯线路可以实现控制电液控跟机自动化启动、停止、急停。主控计算机通过通讯线路将指令传输给采煤机达到控制采煤机启停、采煤机的各种操控及相关保护功能。可以对工作面三机系统、转载机、皮带运输系统进行远程控制。监控系统所有功能的交互菜单选择控制可完全用鼠标实现，可独立实时处理各种图表和多窗口信息。监控系统界面功能方面，主要分为综采工作面设备监控主界面、采煤机监测监控、电液控支架监测监控、刮板输送机、转载机、破碎机集控系统界面、顺槽皮带机监测控制、运斜皮带机监测控制、泵站监测控制界面，分别介绍如下：工作面设备监控主界面：1.1采煤机监测控制系统主要监测采煤机工作时的各项指标参数，实时的显示在界面上。数据异常时具有报警功能，提示保护信息或直接进行保护停机，界面具有总启、总停、二启、牵电、牵停、左牵、右牵、左升、左降、右升、右降、锁溜、急停等操作功能按钮，可实现鼠标点击操作。⑴实时监测功能①具有各部电机运行电流、温度的监测显示、过载、过温、漏电闭锁报警和保护功能；②摇臂、牵引箱高速腔轴温的监测显示、报警和保护功能；③液压系统压力的监测显示、报警和保护功能；④水路压力、冷却水流量的监测显示、报警和保护功能；⑤具有采高及卧底量的实时在线监测功能；⑥具有采煤机行走位置与牵引速度的在线监测显示功能；⑦实时监测采煤机左、右摇臂角度；⑧实时监测采煤机的俯、仰采角度及采煤机行走方向的工作面倾角；⑨具备瓦斯、声音在线监测、瓦斯超限断电闭锁功能；6⑩实时监测系统的通讯状态。⑵实时控制功能①急停、锁溜；②启动/停止；③牵引启动/牵引停止；④牵引速度、方向；⑤左、右摇臂升降；⑶数据分析功能、自动仿形截割；⑷视频显示功能：实时显示采煤工作区域视频画面，随采煤机行走自动进行实时视频切换；⑸就地/远程互锁、切换。①就地模式下，不允许远端控制；在远端控制模式下不允许就机控制，用于保证采煤机操作的安全性。②远程控制模式下，数据传输通讯失败的情况下，采煤机可快速保护锁定，不允许远控操作。监控画面示意图如下：1.2电液控监测控制系统在工作面电液控制系统的基础上，实现在集控室对液压支架运行的状态参数进行监控。主要监控功能有：⑴实时监测功能①液压支架工况信息显示：每组液压支架的立柱压力、支架位置、推移行程、工作面倾角、护帮板位置、工作面推进度、支架动作状态。②工作面视频监测：视频播放选择、视频播放窗口、视频保存。③监测显示各组支架控制器工作状态、故障信息，采煤机位置、方向监测，主机与工作面控制系统通信状态；7⑵实时控制功能①能够通过集控中心界面发出指令，控制液压支架跟机自动化启动、停止、急停功能。②单支架操作：通过集控室的支架控制器实现单组支架可视远程操作功能。③成组支架操作：通过集控室的支架控制器实现成组支架可视远程操作功能，如成组自动降-移-升、成组、推溜、成组护帮伸收、成组伸缩梁伸收等功能控制。⑶数据分析功能根据采集的数据进行分析，实现与采煤机的联动。紧急情况进行报警、急停、闭锁。对液压支架压力数据、高度、推移行程曲线进行综合分析，形成该工作面的综合地质分析报告。⑷视频显示功能通过点击界面上的视频摄像头可进行视频切换，从而根据需要显示不同的视频信息，对不同支架进行视频显示。监控界面示意图：1.3刮板输送机、破碎机、转载机集控系统主要是对刮板输送机、破碎机、转载机进行运行状态监测、视频监视和启停控制。主要监控功能如下：⑴显示刮板输送机、破碎机、转载机的启停状态、工作电流、工作电压。实现对刮板输送机、破碎机、转载机的集中控制；⑵实现与皮带机的双向通信，实时获取皮带机的运行状态，若皮带机处于停止状态，给出报警信息并自动闭锁刮板输送机、破碎机、转载机；⑶刮板输送机、破碎机、转载机开关状态显示，包括各个回路运行状态、电流大小、电压大小以及漏电、断相、过载等保护故障状态显示；⑷可对刮板输送机、转载机、破碎机进行顺序远程起停控制，起动顺序：皮带机-破碎机-转载机-刮板输送机-采煤机；停止顺序：采煤机-刮板输送机-转载机-破碎机-皮带机。监控界面示意图如下：81.4皮带机与泵站监测控制系统1、皮带机监控系统主要进行皮带机运行状态显示（包括皮带机电机电压、电流检测、功率显示、闭锁位置彩色图形显示、线路故障信息及位置显示、皮带机运行速度实时显示、保护（温度、烟雾、堆煤、红外、跑偏、速度、闭锁）传感器故障预警、位置显示）。能够联控一键式控制该工作面的运道皮带机、运斜皮带机等，实现顺煤流启动，能够正常停车和故障保护停车。能够实现就地单台控制、联锁自动控制两种控制方式。主要功能框图如下：皮带运输控制系统：⑴实时监测功能①实时监测显示皮带运输控制系统的启停状态、速度监测、温度监测、跑偏、堆煤、撕裂、烟雾。②曲线图表：对皮带温度、堆煤、跑偏、电机电流、电机电压的数据形成实时曲线，方便工作人员对曲线数据分析。③显示皮带速度，皮带张紧压力。④显示皮带电机启动情况，电机电流，电压以及相关控制装置的情况。⑵实时控制功能①能够实时远程控制皮带运输系统的启动/停止。②可以通过皮带停止，皮带启动按钮控制皮带停起。③可以切换就地还是集控；手动还是检修。监控画面示意：92、泵站监控系统泵站监控系统主要是接收并显示泵组的工变频运行状态、实时电压、电流、泵站出口压力、各种传感器状态、保护故障和开关故障信息显示并语音报警。主控计算机通过通讯线路将指令传输给泵站PLC控制中心，达到操控各台泵的启动、停止等功能。功能框图如下：⑴实时监测功能：包括运行状态、泵站压力、乳化液浓度、泵箱液位、油箱油位、各台泵组运行参数、变频器参数的监测。①运行状态：包括各泵站是否启动、乳化液浓度、液位高度和泵站各电磁阀动作情况。②泵站压力：由于泵站是整个工作面的动力,所以压力的实时监测至关重要。包括泵站进、出口压力。③乳化液浓度：包括液箱的乳化液浓度实时情况。④泵组参数：泵组的各台电机电压、电流、温度、油温、油压、蓄能器压力及运行状态的实时监测。实时监测显示乳化液浓度、油箱内液位、系统压力、进液流量、泵组润滑油油温、油压等参数。⑵实时控制功能，主要包括设备启停、变频控制、电磁阀