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

0 引言

隨著現(xiàn)代煤礦開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化、高效化和安全化采煤已成趨勢(shì)，采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)便是其中重要的一塊內(nèi)容。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，大多數(shù)煤礦仍采用安裝攝像頭的方式進(jìn)行遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制帶來(lái)很大難度。本文利用PLC、WinCC軟件等技術(shù)對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，并通過(guò)WinCC組態(tài)軟件真實(shí)再現(xiàn)綜采面采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控目的。

1 采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成

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

遠(yuǎn)程控制平臺(tái)即人機(jī)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(jī)與PLC之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，完成對(duì)采煤機(jī)電機(jī)啟停、搖臂升降、左右牽引、滾筒截割等的遠(yuǎn)程控制。WinCC將采煤機(jī)的工作狀態(tài)通過(guò)畫(huà)面形式實(shí)時(shí)顯示在地面控制中心的顯示器上，完成對(duì)綜采工作面的實(shí)時(shí)監(jiān)控。故障診斷模塊主要用來(lái)對(duì)采煤機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的異常及故障信息進(jìn)行分析并處理，必要時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層采用工業(yè)以太網(wǎng)的組網(wǎng)形式，由有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩部分共同組成。有線(xiàn)部分采用光纖作為介質(zhì)進(jìn)行通信，無(wú)線(xiàn)部分通過(guò)無(wú)線(xiàn)mash進(jìn)行信號(hào)傳輸。采煤機(jī)機(jī)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(guò)這三大模塊的相互協(xié)調(diào)控制，完成采煤機(jī)在綜采面的采煤工作。

圖1 采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

2 采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信

采煤機(jī)遠(yuǎn)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(mén)子PLC主機(jī)通過(guò)串行通訊接口連接到采煤機(jī)遠(yuǎn)程輸入輸出單元，實(shí)現(xiàn)綜采工作面采煤機(jī)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。主機(jī)與采煤機(jī)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速度、高穩(wěn)定性和高可靠性數(shù)據(jù)傳輸。PLC主機(jī)是系統(tǒng)的集中控制單元，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和信息處理，并協(xié)調(diào)各個(gè)遠(yuǎn)程輸入輸出單元的操作。采煤機(jī)遠(yuǎn)程輸入輸出單元為系統(tǒng)的分散控制單元，其在PLC主機(jī)的統(tǒng)一管理下，完成各自的輸入輸出任務(wù)。

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(gè)自動(dòng)化綜合管理系統(tǒng)。上位計(jì)算機(jī)通過(guò)串行通訊接口與西門(mén)子S7-300PLC的串行通訊接口相連，對(duì)PLC進(jìn)行監(jiān)視和管理，構(gòu)成集中管理、分散控制的分布式多級(jí)控制系統(tǒng)。在這個(gè)控制系統(tǒng)中，西門(mén)子S7-300PLC為直接控制級(jí)，負(fù)責(zé)綜采工作面采煤機(jī)各變量的監(jiān)測(cè)與控制，同時(shí)接受上位計(jì)算機(jī)傳來(lái)的信息和向上位計(jì)算機(jī)發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)。上位計(jì)算機(jī)是協(xié)調(diào)管理級(jí)，它與下位直接控制級(jí)、自身人－機(jī)界面交互層和上級(jí)信息管理級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，是連接過(guò)程控制和信息管理的橋梁。上位計(jì)算機(jī)與PLC的通訊采用RS232C/RS422通信接口；上位計(jì)算機(jī)與信息管理計(jì)算機(jī)的通信采用局域網(wǎng)。

3 采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操控方式

采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操控方式采用本地控制和遠(yuǎn)程集中控制兩種方式運(yùn)行,并且采用本地控制優(yōu)先的原則，當(dāng)本地控制無(wú)動(dòng)作時(shí)，采煤機(jī)控制系統(tǒng)可通過(guò)遠(yuǎn)程遙控方式實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)、左右牽引電機(jī)、截割滾筒的調(diào)節(jié)與控制。當(dāng)本地控制有操作時(shí)，遠(yuǎn)程控制立即切斷，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員起到安全保護(hù)作用。

圖3 上位連接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語(yǔ)

采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是當(dāng)前煤礦開(kāi)采研究的一大難題，本文結(jié)合當(dāng)前實(shí)際研究狀況提出了一種新的采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，該方法能夠有效解決綜采工作面采煤機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和信息處理等問(wèn)題，為綜采工作面的自動(dòng)化和少人化開(kāi)采提供了一種新的解決途徑。

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