综采自动化控制系统设计方案

综采自动化控制系统设计方案内容摘要：

易达到 矿井的高产高效的目的。 随着我国工业控制自动化技术的发展，煤矿机电自动化在矿上的应用日益增多。 因为煤矿是 支柱产业 ， 是能源的命脉。 提高机电设备自动化 、电气化 程度，最大减少用人，是实现矿井长治久安的关键所在，因此 综采工作面设备联动控制系统有利于 推动企业安全高效、又好又快发展。 与以往的工艺相比， 它主要有以下优势： 1） 可实现回采工作面设备的远程在线实时监测； 2） 跟机作业 (采煤机 )自动化功能； 3） 通过 PLC 程序可实现主体设备与配套设备的联合闭锁； 4） 既可实现设备单一控制，又可进行工作面设备的联动控制 综采设备联动控制系统设计的意义 综采设备联动控制系统最直接的意义在于完全实现了 煤炭生产过程中的 割 煤、装煤、运煤、支护、处理采空区等主要生产环节 的顺序控制 ，减少了中间人力参与的环节，提高了劳动效率。 使 得 煤炭井下开采 向着 高产 、 高效 、 集中化生产 方向发展。 在很大程度上 提高 了 综采工作面生产能力 ， 提高 了 综采设备及矿 井生产系统的可靠性， 同时 减少 了 工作面辅助工序的影响时间。 可编程控制器 PLC 控制的联动系统实现了转载机、破碎机、工作面运输机顺序启停；工作面运输机与采煤机互锁；采煤机与液压支架联动；实现了破碎机、转载机、运输机、割煤机顺序启车，三机 (采煤机、支架、运输机 )联动；从而确保了各设备间协调、连续、高效、安全运行；降低了职工劳动强度，提高了生产效率；实现了在复杂地质条件下自动化采煤新工艺。 这将是我国井下采煤发展的趋势。 主要设计内容和思路 在了解和掌握联动控制系统的组成和原理基础上，运用可编程控制器 PLC 技术对综采工作面生产过程进行顺序控制，以满足实际生产需要。 主要设计过程如下： 1）对综采（综合机械化采煤）方面的资料进行搜集，主要是工作面的主要设备以及采煤工作面设备工作顺序的介绍。 2）对控制系统进行总体分析。 3）完成综采设备的 PLC 单独控制设计 毕业设计（论文） 7 4）完成对设备联动控制系统进行硬件设计。 5）对综采工作面设备联动控制系统软件设计。 设计原则 系统的设计遵循如下原则 [3]： (1)先进性 采用先进的技术和设备，确保改造后系统的功能、性能优质。 运行可靠，在技术、应用方面居国内同行业较先进水平。 (2)稳定性 对工业控制系统来说，系统的可靠性是采煤流程能否高产、高效稳定运行的关键所在，因此在进行方案设计时，必须确保设计的系统具有很好的稳定性。 (3)高性价比 一是在进行系统结构设计和选型时多做分析，从而使得系统结构、选型、系统整体性能具有高性价比。 二是在保证系统功能的前提下，充分利用现有设施和资源。 (4)灵活性 系统的总体设计便于改造工程的分步实施，确保系统的改造不影响井下设备的正常生产，有利于实现旧系统向新系统的平稳过渡。 (5)经济性 在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个 尽可能 完善、低成本的控制 系统。 综采设备联动控制系统设计 8 3 综采设备联动控制系统总体分析设计 如何根据煤矿井下生产要求，将采煤机、刮板机、破碎机、转载机、皮带运输机等综采设备的生产过程有机结合起来，进而通过 PLC 控制台实现对各综采设备单一控制和生产过程的联动控制，实现工作面设备的自动化控制、保护、闭锁、沿线通信等功能，确保各设备协调、连续、高效、稳定运行是本次设计的控制系统所要实现的目标。 P L C采 煤 机 继 电 器刮 板 机 继 电 器转 载 机 继 电 器破 碎 机 继 电 器皮 带 机 继 电 器液 压 支 架 电 磁 阀工 作 面 通 信 装 置人 机 控 制 界 面综 采 设 备 动 作 开 关温 度 传 感 器电 流 传 感 器 图 31 综采设备联动控制系统总体框图 Mining equipment block diagram of the control system linkage 联动控制系统要实现的控制功能 通过 PLC主控台能够实现对工作面设备的集中控制。 在控制系统上，可以实现对工作面所有生产设备的全面控制，启动工作面生产自动控制程序，实现设备自动化运行。 联动控制系统对工作面生产设备的控制功能有： a 单设备启停功能，包括采煤机、液压支架、刮板机、转载机等设备的单一控制。 b 逆煤流启动功能，启动顺序：皮带运输机 破碎机 转载机 刮板机 采煤机。 c 顺 煤流停止功能，停止顺序：采煤机 刮板机 转载机 破碎机 皮带运输机。 联动控制系统的 PLC 控制方式 当选定某一生产过程后， PLC 将检测有关输入状态，判断参于该流程的设备的工作方式，以及保护接点状态等是否满足开机、停机条件，若条件具备，则可以进行相关操作。 毕业设计（论文） 9 控制方式有三种： 1）集中自动控制方式， PLC 自动完成逆煤流启动、顺煤流停止过程，设备运行的同时检测设备运行情况，控制设备的运行快慢等。 2）现场操作方式，由现场操作人员通过 PLC 控制生产流程。 3）设备独立控制方式，在控制室实现单一设备 的起、停机，并具有联锁、解锁功能。 这三种控制方式能方便地相互转换。 设备开、停机后，原则上为按逆煤流方向相互闭锁。 当系统对任一流程发出停机指令后，系统发出停机预告信号， PLC 将按程序完成停机闭锁控制。 停机时设备沿顺煤流方向单独停机，即从各设备停止给料后，按本设备正常处理能力及允许的存料条件及时停机，以减少设备开、停机时的空运转时间。 在停机过程中，如遇某台设备发生故障，则该设备和受其闭锁的设备立即停机，不受闭锁的设备仍可按顺序停机。 联动控制系统控制下综采设备工作原理分析 根据上述工作过程及其控制控 制功能，系统结构单元如下： 皮 带 运 输 机 P L C 控 制 器P L C 控 制 台工 作 面 三 机 P L C刮 板 机破碎机转载机三 机 人 机 界 面主 机采 煤 机 主 机 图 32 综采设备联动控制系统结构图 Mining equipment linkage control system structure 采煤机机身的主机具有记忆功能，在工作面条件较好的情况下，可以自动重复上次割煤过程。 同时，刮板输送机、转载机、破碎机、皮带输送机和工作面负荷中心将开停的远 综采设备联动控制系统设计 10 控接点开关量，通过三机 PLC 集中在控制台上进行控制，同时实现采煤机闭锁，刮板输送机、皮带输送机的电气闭锁，刮板输送机、 转载机、破碎机实现瓦斯电闭锁等。 通过上述的控制方法就可以实现综采工作面设备的联动控制。 综采工作面通讯控制系统设计 通讯控制系统简介 众所周知，综采工作面的环境比较恶劣，电子产品要想在工作面良好的使用、发挥各自的功能，就必须解决两个问题：一是工作面大电流、强磁场和高频信号的干扰；二是具有自诊断功能，以便于快速检修。 为了很好的解决上述两个难题，保障综采工作面生产过程的稳定性、安全性，从而提高综采工作面的生产效率，就需要利用国际先进的控制技术探索出一种新型通讯控制系统，这一系统应该具有工 作面通讯和集中控制功能，其装配的电流检测报警装置，能够对工作面设备的电流随时进行检测和报警。 这便是综采工作面通讯控制系统存在的意义。 采 煤 机 主机工 作 面 语 音 通 信 系 统以 太 网 通信 模 块地 面 系 统 集 成胶 带 控 制器联 立开 关带 式输 送机 机头顺 槽 控 制台1 号电 液 主 机以 太 网 通 信 模 块通 信 模 块 通 信 模 块胶 带 系 统三 机 控 制 系 统 P L C泵 站 控 制 系 统P L C电 液 控制 系 统2 号 3 号负 荷 中 心采 煤 机 通 信 系统集 成 系 统主 机 图 33 综采工作面通信控制系统结构图 Communication Control System fully mechanized coal face 毕业设计（论文） 11 通讯系统工作原理 通讯控制系统的核心是控制器，而控制板又是控制器的核心部分。 设备的启停是在控制板上通过继电器的通断来实现的。 电话是由语 言处理模块和闭锁电路板及矿用拉力电缆接插件来完成通话及闭锁功能的，系统在控制继电器的回路中加入强制闭锁电路，如图 34 所示。 来实现紧急情况下按下闭锁按钮，达到绝对停车 [4]。 JS T O PR 2 2R 2 1R 7C 1 0C 8D 3 3D 3 4M 2M 1+ 1 2 V 图 34 通信系统语言闭锁控制继电器原理图 Language lock control relay munication system schematic 从原理图中可知，要保证继电器运行，首先 D*点闭合，同时 M M2导通。 M M2点受 D3 D34控制， D3 D34即为强制闭锁检测电路。 通讯控制系统功能 综采工作面通讯控制系统在煤矿生产流程中主要完成以下几个功能： （ 1）实现从刮板运输机机尾经工作面到运输巷道的电气列车沿线的通话、联系。 （ 2）在集中控制台上控制工作面各设备的启停车（包括采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机等）。 （ 3）系统沿线上的每一台扩音电话，用于沿线紧急停车闭锁控制。 （ 4）对工作面设备工作电流进行检测和显示，当设备工作电流超过某一设定值后，通讯系统将输出一个报警信号，传递给主控制器。 由主控制器根据不同的信号在系 统沿线上进行语言报警。 综采设备联动控制系统设计 12 通讯设备选型 为了是通讯系统更好的实现其控制功能，本设计通信控制系统选择 天津华宁电子有限公司 生产的 KTCZ 控制单元作为主控制器， KDW101 单元做 矿用隔爆兼本质安全型电源。 除此之外，还包括 1 台 TK150 型电话终端、 1 台 TJ100 型终端检测装置、 5~10 台 TK130型防爆扩音电话和 5~10 盏工作面照明支架灯 (支架灯内含闭锁开关和打点按钮 )，防爆扩音电话及电话终端之间用 2 芯矿用拉力电缆连接，支架灯及终端检测之间用 7 芯电缆连接，综合控制箱输出控制采用 5 芯电缆分别与转载机、运输机及破碎机的控制回路连接。 系统组成框图如图 35 所示 主 控 制 器转 载 机 破 碎 机前 部 刮板 机后 部 刮 板机扩 音 电 话 1 扩 音 电 话 2支 架 灯 1 支 架 灯 2末 端 电 话末 端 灯电 话 终 端终 端 检 测装 置 35 综采工作面通信控制系统组成框图 Fully mechanized coal face munication control system block diagram 在该系统中，电话终端和终端检测装置用于检测各电缆回路的连接状态，防爆扩音电话用于综采工作面的语音通信和联络。 遇有紧急情况时，工作面人员可就近按动支架灯上的闭锁开关，通过综合控制箱及时关停转载机、破碎机和运输机，并在面板 LED 数码管上显示闭锁的具体位置，指示相关人员及时处理情况和解决问题。 如下图所示，按动支架灯上的信号按钮，所有扩音电话发出洪亮的“嘟”声，所有支架灯熄灭或点亮，信号的长短和方式由按下按钮的节奏和时间确定，以约定的声光信号协议向工作面人员传递控制信息，指挥综采工作面设 备的启动、关闭及相关作业。 系统对转毕业设计（论文） 13 载机、胶带运输机、破碎机等设备进行集中程序化控制，启动时声光预警，扩音电话发出5 s 洪亮的“嘟”预警声，支架灯同时闪烁，提醒工作面相关人员注意安全，预警结束后，顺序启动转载机和胶带运输机。 该系统在提高工作效率的同时确保了工作面的安全生产，实现了综采工作面语音通信、打点联络与闭锁及相关设备的智能化集中控制。 多功能电话皮带电源控制器开关电流检测报警装置工 作 面矿 用 拉 力 电 缆电 话 终 端带闭锁扩音电话回风巷 图 36 综采工作面通讯系统配置图 Fully mechanized coal face munication system configuration diagram 综采设备联动控制系统设计 14 4 综采工作面设备的 PLC 单独控制设计 综采设备联动控制系统设计的目的是实现对采煤生产线的联控和单控，即不仅仅能够利用 PLC 进行综采工作面设备的联动顺序控制，同时也能够完成单一设备的 PLC 控制功能。 基于上述情况，现进行综采设备的 PLC 单独控制分析设计。 采煤机的 PLC 控制系统 采煤机介绍 采煤机 以旋转工作机构破煤，并将其装入输送机或其他运输设备的采煤机械 ，是 实现煤矿 生产机械化和现代化的重要设备之一 ， 是一个集机械、电气和 液压 为一体的大型复杂。