高國強(qiáng)

（陽煤一礦機(jī)電工區(qū)信息中心， 山西 陽泉 045008）

1 綜采裝備的協(xié)同工作過程

在綜采工作面當(dāng)中，采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架是主要的機(jī)電裝備，它們的尺寸必須相互匹配，在運行過程中要高度配合，這就是所謂的“三機(jī)配套”。通常，在水平運輸和傾斜運輸中，都可使用刮板輸送機(jī)。在采煤環(huán)節(jié)中，采煤機(jī)的行走齒輪會嚙合刮板運輸機(jī)銷排。這個時候，在采煤機(jī)煤壁側(cè)安裝的滑靴會在刮板運輸機(jī)上滑動，可將采煤機(jī)視為在刮板運輸機(jī)上來回運動，煤層高度會不斷有起伏，這就需要在左右方向上調(diào)高油缸，從而改變截割滾筒的高度。實施截割時，采煤機(jī)將煤塊破碎切割下來，螺旋葉片會將其送到刮板輸送機(jī)中。煤炭通過刮板輸送機(jī)被轉(zhuǎn)到順槽的刮板輸送機(jī)端部后傾卸到轉(zhuǎn)載機(jī)中，再經(jīng)破碎機(jī)轉(zhuǎn)移到帶式輸送機(jī)中，最終實現(xiàn)煤炭的開采、轉(zhuǎn)運以及輸送[1]。

2 基于刮板輸送機(jī)負(fù)載預(yù)測的采煤機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功能

1）收集傳感數(shù)據(jù)。收集各項參數(shù)，如刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)電流、溫度以及采煤機(jī)速度、方位等。

2）應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)S7協(xié)議通訊。在采煤機(jī)機(jī)載PLC、刮板輸送機(jī)機(jī)載PLC、組合開關(guān)、順槽PLC之間傳輸數(shù)據(jù)。

3）監(jiān)控刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的聯(lián)合工作狀態(tài)。通過順槽監(jiān)控主機(jī)，有效監(jiān)測刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)的運行狀況，將收集到的采煤機(jī)及刮板輸送機(jī)的運行數(shù)據(jù)通過Win CC的監(jiān)控系統(tǒng)顯示出來。

3 基于刮板輸送機(jī)負(fù)載預(yù)測的采煤機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計

將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理三部分。進(jìn)行數(shù)據(jù)收集使用的傳感器，由溫度傳感器、軸編碼器和電流互感器等構(gòu)成，主要是收集采煤機(jī)的速度、位置參數(shù)、電流參數(shù)。數(shù)據(jù)通信主要是創(chuàng)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信平臺，通過無線MESH交換機(jī)，布局于順槽中，并在刮板輸送機(jī)機(jī)載PLC、采煤機(jī)機(jī)載PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。通過數(shù)據(jù)處理部分來預(yù)測刮板輸送機(jī)負(fù)載，檢測刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)的狀態(tài)，并通過遠(yuǎn)程控制采煤機(jī)機(jī)載PLC有效控制采煤機(jī)的速度。

通過數(shù)據(jù)采集部分，收集刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)數(shù)據(jù)，并傳輸至相應(yīng)的機(jī)載PLC，機(jī)載PLC應(yīng)用無線MESH交換網(wǎng)絡(luò)，把各項數(shù)據(jù)傳輸至由順槽控制的順槽PLC和主控計算機(jī)，通過主控計算機(jī)來預(yù)測、判定刮板輸送機(jī)負(fù)載，并控制采煤機(jī)的運行速度，使用無線MESH交換網(wǎng)絡(luò)把調(diào)整速度的命令傳輸至采煤機(jī)機(jī)載PLC，使用采煤機(jī)機(jī)載PLC驅(qū)動變頻器來調(diào)節(jié)采煤機(jī)的運行速度。該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)收集、網(wǎng)絡(luò)通訊以及數(shù)據(jù)處理，分別創(chuàng)建傳感器選型、工業(yè)以太網(wǎng)通訊平臺設(shè)計和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[2]。

3.2 選型

應(yīng)用傳感器收集的數(shù)據(jù)，主要有采煤機(jī)速度、方位以及刮板輸送機(jī)的軸承溫度、電機(jī)電流等。所以，所用的傳感器大部分是溫度傳感器、電流互感器和軸編碼器。溫度傳感器使用的是GWP200型，主要用于采礦生產(chǎn)中，在刮板輸送機(jī)的機(jī)頭和機(jī)尾處安裝插入可拆式溫度傳感器，對電動機(jī)軸承的溫度實施實施測量。電流互感器的型號為LMZ-1，在組合開關(guān)中安裝使用，實時收集刮板輸送機(jī)電流數(shù)據(jù)。軸編碼器是一種礦用本安型軸編碼器，型號為BQH24，在采煤機(jī)牽引減速箱內(nèi)的低速軸上安裝，運用軸編碼裝置脈沖來進(jìn)行計數(shù)，通過這種方法能算出采煤機(jī)在開啟計數(shù)后在刮板輸送機(jī)上的運動距離，從而確定采煤機(jī)在工作狀態(tài)中所在的方位。

3.3 工業(yè)以太網(wǎng)通訊平臺設(shè)計

通過以太網(wǎng)通信系統(tǒng)來創(chuàng)建綜采工作面，在此基礎(chǔ)上，能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及綜采工作面機(jī)電裝備的自動化。在該系統(tǒng)中，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)通信平臺，通過無線MESH交換機(jī)，布局于順槽中，并在刮板輸送機(jī)機(jī)載PLC、采煤機(jī)機(jī)載PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，所用的硬件主要有PLC控制器以及無線MESH交換機(jī)。在運用刮板輸送機(jī)預(yù)測負(fù)載的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建采煤機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所具有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 采煤機(jī)調(diào)速系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

要實現(xiàn)穩(wěn)定、及時、同步的通訊，采煤機(jī)調(diào)速系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺運用根據(jù)TCP/IP協(xié)議簽訂的西門子S7協(xié)議族，將不同的控制器的網(wǎng)絡(luò)連接起來。通過STEP7實現(xiàn)它的Net Pro網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，這是不同機(jī)載PLC進(jìn)行通訊的基礎(chǔ)。通過分析可知，綜采工作面所處的環(huán)境具有極高的復(fù)雜性，要通過有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，如果設(shè)備位置發(fā)生變化或者是綜采工作面出現(xiàn)塌方，此時，通信電纜就會受到極大的破壞，從而切斷通訊，其穩(wěn)定性明顯降低，導(dǎo)致綜采工作面的生產(chǎn)狀況受阻。出現(xiàn)的這些問題，應(yīng)用無線Mesh交換網(wǎng)絡(luò)機(jī)會順利解決。該系統(tǒng)使用的是礦用本安型無線交換機(jī)，其型號為KJJ12 7000，能快速輸出100/1 000 Mbps的以太網(wǎng)。應(yīng)用于綜采工作面的無線網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸距離超過50 m，其以太光網(wǎng)信號接口和以太網(wǎng)信號接口分別為1個和2個，工作過程中的數(shù)據(jù)快速傳輸以及網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備接入的需求能被充分滿足[3]。

3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)搭建

在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，包含的硬件主要是PLC控制器以及集中控制箱，其功能是預(yù)測并判定刮板輸送機(jī)負(fù)載，明確顯示刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)和采煤機(jī)當(dāng)中的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而有效控制采煤機(jī)速度。

在調(diào)速系統(tǒng)中，PLC控制器占據(jù)核心地位，控制器主要有采煤機(jī)機(jī)載PLC控制器、刮板輸送機(jī)機(jī)載PLC控制器、順槽PLC控制器以及組合開關(guān)PLC控制器，其型號都是SIMATIC S7-300。其任務(wù)主要是對傳感器收集到的信息進(jìn)行接收、處理。應(yīng)用MESH交換網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)以太網(wǎng)和順槽控制系統(tǒng)交換信息，有效控制采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)的開啟和停止，對采煤機(jī)的各項參數(shù)進(jìn)行有效控制。

設(shè)計機(jī)載控制器，有效結(jié)合了監(jiān)控參數(shù)的數(shù)量和特征，并將控制系統(tǒng)的輸入輸出融合在內(nèi)，對PLC的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行高效配置。該系統(tǒng)使用的是礦用隔爆兼本安型集中控制箱，型號為KXJ0.5-1140，能與在井下安裝的無線Mesh交換機(jī)交換數(shù)據(jù)。集中控制箱是順槽控制系統(tǒng)主要構(gòu)成部件，主要由接線腔、變壓器腔以及主控腔構(gòu)成，見圖2。集中控制箱內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，包含多種工作設(shè)備，例如光電轉(zhuǎn)換模塊、SIMATICS7-300 PLC、HMI顯示屏和工業(yè)計算機(jī)等。

圖2 集中控制箱

[1] 徐剛.綜采工作面配套技術(shù)研究[J].煤炭學(xué)報，2010（11）：1 921-1 924.

[2] 黃曾華.綜采工作面自動化控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].工礦自動化，2013（10）：17-21.

[3] 劉溫暖，趙永德.電牽引采煤機(jī)調(diào)速系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)械，2009（5）：125-127.