【文章內(nèi)容簡介】 易達到 礦井的高產(chǎn)高效的目的。隨著我國工業(yè)控制自動化技術(shù)的發(fā)展，煤礦機電自動化在礦上的應(yīng)用日益增多。因為煤礦是 支柱產(chǎn)業(yè) ， 是能源的命脈。 提高機電設(shè)備自動化 、電氣化 程度，最大減少用人，是實現(xiàn)礦井長治久安的關(guān)鍵所在，因此 綜采工作面設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)有利于 推動企業(yè)安全高效、又好又快發(fā)展。 與以往的工藝相比， 它主要有以下優(yōu)勢： 1） 可實現(xiàn)回采工作面設(shè)備的遠程在線實時監(jiān)測； 2） 跟機作業(yè) (采煤機 )自動化功能； 3） 通過 PLC 程序可實現(xiàn)主體設(shè)備與配套設(shè)備的聯(lián)合閉鎖； 4） 既可實現(xiàn)設(shè)備單一控制，又可進行工作面設(shè)備的聯(lián)動控制 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計的意義 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)最直接的意義在于完全實現(xiàn)了 煤炭生產(chǎn)過程中的 割 煤、裝煤、運煤、支護、處理采空區(qū)等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié) 的順序控制 ，減少了中間人力參與的環(huán)節(jié)，提高了勞動效率。使 得 煤炭井下開采 向著 高產(chǎn) 、 高效 、 集中化生產(chǎn) 方向發(fā)展 。 在很大程度上 提高 了 綜采工作面生產(chǎn)能力 ， 提高 了 綜采設(shè)備及礦 井生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性， 同時 減少 了 工作面輔助工序的影響時間 。 可編程控制器 PLC 控制的聯(lián)動系統(tǒng)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)載機、破碎機、工作面運輸機順序啟停；工作面運輸機與采煤機互鎖；采煤機與液壓支架聯(lián)動；實現(xiàn)了破碎機、轉(zhuǎn)載機、運輸機、割煤機順序啟車，三機 (采煤機、支架、運輸機 )聯(lián)動；從而確保了各設(shè)備間協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運行；降低了職工勞動強度，提高了生產(chǎn)效率；實現(xiàn)了在復(fù)雜地質(zhì)條件下自動化采煤新工藝。這將是我國井下采煤發(fā)展的趨勢。 主要設(shè)計內(nèi)容和思路 在了解和掌握聯(lián)動控制系統(tǒng)的組成和原理基礎(chǔ)上，運用可編程控制器 PLC 技術(shù)對綜采工作面生產(chǎn)過程進行順序控制，以滿足實際生產(chǎn)需要。 主要設(shè)計過程如下： 1）對綜采（綜合機械化采煤）方面的資料進行搜集，主要是工作面的主要設(shè)備以及采煤工作面設(shè)備工作順序的介紹。 2）對控制系統(tǒng)進行總體分析。 3）完成綜采設(shè)備的 PLC 單獨控制設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 4）完成對設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)進行硬件設(shè)計。 5）對綜采工作面設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。 設(shè)計原則 系統(tǒng)的設(shè)計遵循如下原則 [3]： (1)先進性 采用先進的技術(shù)和設(shè)備，確保改造后系統(tǒng)的功能、性能優(yōu)質(zhì)。運行可靠，在技術(shù)、應(yīng)用方面居國內(nèi)同行業(yè)較先進水平。 (2)穩(wěn)定性 對工業(yè)控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的可靠性是采煤流程能否高產(chǎn)、高效穩(wěn)定運行的關(guān)鍵所在，因此在進行方案設(shè)計時，必須確保設(shè)計的系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性。 (3)高性價比 一是在進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和選型時多做分析，從而使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、選型、系統(tǒng)整體性能具有高性價比。二是在保證系統(tǒng)功能的前提下，充分利用現(xiàn)有設(shè)施和資源。 (4)靈活性 系統(tǒng)的總體設(shè)計便于改造工程的分步實施，確保系統(tǒng)的改造不影響井下設(shè)備的正常生產(chǎn)，有利于實現(xiàn)舊系統(tǒng)向新系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡。 (5)經(jīng)濟性 在一定的資金資源下，盡量有效地利用，以適當?shù)耐度?，建立一個 盡可能 完善、低成本的控制 系統(tǒng)。 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計 8 3 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)總體分析設(shè)計 如何根據(jù)煤礦井下生產(chǎn)要求，將采煤機、刮板機、破碎機、轉(zhuǎn)載機、皮帶運輸機等綜采設(shè)備的生產(chǎn)過程有機結(jié)合起來，進而通過 PLC 控制臺實現(xiàn)對各綜采設(shè)備單一控制和生產(chǎn)過程的聯(lián)動控制，實現(xiàn)工作面設(shè)備的自動化控制、保護、閉鎖、沿線通信等功能，確保各設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、穩(wěn)定運行是本次設(shè)計的控制系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標。 P L C采 煤 機 繼 電 器刮 板 機 繼 電 器轉(zhuǎn) 載 機 繼 電 器破 碎 機 繼 電 器皮 帶 機 繼 電 器液 壓 支 架 電 磁 閥工 作 面 通 信 裝 置人 機 控 制 界 面綜 采 設(shè) 備 動 作 開 關(guān)溫 度 傳 感 器電 流 傳 感 器 圖 31 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)總體框圖 Mining equipment block diagram of the control system linkage 聯(lián)動控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的控制功能 通過 PLC主控臺能夠?qū)崿F(xiàn)對工作面設(shè)備的集中控制。在控制系統(tǒng)上，可以實現(xiàn)對工作面所有生產(chǎn)設(shè)備的全面控制，啟動工作面生產(chǎn)自動控制程序，實現(xiàn)設(shè)備自動化運行。聯(lián)動控制系統(tǒng)對工作面生產(chǎn)設(shè)備的控制功能有： a 單設(shè)備啟停功能，包括采煤機、液壓支架、刮板機、轉(zhuǎn)載機等設(shè)備的單一控制。 b 逆煤流啟動功能，啟動順序：皮帶運輸機 破碎機 轉(zhuǎn)載機 刮板機 采煤機。 c 順 煤流停止功能，停止順序：采煤機 刮板機 轉(zhuǎn)載機 破碎機 皮帶運輸機。 聯(lián)動控制系統(tǒng)的 PLC 控制方式 當選定某一生產(chǎn)過程后， PLC 將檢測有關(guān)輸入狀態(tài)，判斷參于該流程的設(shè)備的工作方式，以及保護接點狀態(tài)等是否滿足開機、停機條件，若條件具備，則可以進行相關(guān)操作。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 控制方式有三種： 1）集中自動控制方式， PLC 自動完成逆煤流啟動、順煤流停止過程，設(shè)備運行的同時檢測設(shè)備運行情況，控制設(shè)備的運行快慢等。 2）現(xiàn)場操作方式，由現(xiàn)場操作人員通過 PLC 控制生產(chǎn)流程。 3）設(shè)備獨立控制方式，在控制室實現(xiàn)單一設(shè)備 的起、停機，并具有聯(lián)鎖、解鎖功能。 這三種控制方式能方便地相互轉(zhuǎn)換。設(shè)備開、停機后，原則上為按逆煤流方向相互閉鎖。當系統(tǒng)對任一流程發(fā)出停機指令后，系統(tǒng)發(fā)出停機預(yù)告信號， PLC 將按程序完成停機閉鎖控制。停機時設(shè)備沿順煤流方向單獨停機，即從各設(shè)備停止給料后，按本設(shè)備正常處理能力及允許的存料條件及時停機，以減少設(shè)備開、停機時的空運轉(zhuǎn)時間。在停機過程中，如遇某臺設(shè)備發(fā)生故障，則該設(shè)備和受其閉鎖的設(shè)備立即停機，不受閉鎖的設(shè)備仍可按順序停機。 聯(lián)動控制系統(tǒng)控制下綜采設(shè)備工作原理分析 根據(jù)上述工作過程及其控制控 制功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元如下： 皮 帶 運 輸 機 P L C 控 制 器P L C 控 制 臺工 作 面 三 機 P L C刮 板 機破碎機轉(zhuǎn)載機三 機 人 機 界 面主 機采 煤 機 主 機 圖 32 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Mining equipment linkage control system structure 采煤機機身的主機具有記憶功能，在工作面條件較好的情況下，可以自動重復(fù)上次割煤過程。同時，刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、皮帶輸送機和工作面負荷中心將開停的遠 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計 10 控接點開關(guān)量，通過三機 PLC 集中在控制臺上進行控制，同時實現(xiàn)采煤機閉鎖，刮板輸送機、皮帶輸送機的電氣閉鎖，刮板輸送機、 轉(zhuǎn)載機、破碎機實現(xiàn)瓦斯電閉鎖等。通過上述的控制方法就可以實現(xiàn)綜采工作面設(shè)備的聯(lián)動控制。 綜采工作面通訊控制系統(tǒng)設(shè)計 通訊控制系統(tǒng)簡介 眾所周知，綜采工作面的環(huán)境比較惡劣，電子產(chǎn)品要想在工作面良好的使用、發(fā)揮各自的功能，就必須解決兩個問題：一是工作面大電流、強磁場和高頻信號的干擾；二是具有自診斷功能，以便于快速檢修。為了很好的解決上述兩個難題，保障綜采工作面生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性、安全性，從而提高綜采工作面的生產(chǎn)效率，就需要利用國際先進的控制技術(shù)探索出一種新型通訊控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)應(yīng)該具有工 作面通訊和集中控制功能，其裝配的電流檢測報警裝置，能夠?qū)ぷ髅嬖O(shè)備的電流隨時進行檢測和報警。這便是綜采工作面通訊控制系統(tǒng)存在的意義。 采 煤 機 主機工 作 面 語 音 通 信 系 統(tǒng)以 太 網(wǎng) 通信 模 塊地 面 系 統(tǒng) 集 成膠 帶 控 制器聯(lián) 立開 關(guān)帶 式輸 送機 機頭順 槽 控 制臺1 號電 液 主 機以 太 網(wǎng) 通 信 模 塊通 信 模 塊 通 信 模 塊膠 帶 系 統(tǒng)三 機 控 制 系 統(tǒng) P L C泵 站 控 制 系 統(tǒng)P L C電 液 控制 系 統(tǒng)2 號 3 號負 荷 中 心采 煤 機 通 信 系統(tǒng)集 成 系 統(tǒng)主 機 圖 33 綜采工作面通信控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Communication Control System fully mechanized coal face 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 通訊系統(tǒng)工作原理 通訊控制系統(tǒng)的核心是控制器，而控制板又是控制器的核心部分。設(shè)備的啟停是在控制板上通過繼電器的通斷來實現(xiàn)的。 電話是由語 言處理模塊和閉鎖電路板及礦用拉力電纜接插件來完成通話及閉鎖功能的，系統(tǒng)在控制繼電器的回路中加入強制閉鎖電路，如圖 34 所示。來實現(xiàn)緊急情況下按下閉鎖按鈕，達到絕對停車 [4]。 JS T O PR 2 2R 2 1R 7C 1 0C 8D 3 3D 3 4M 2M 1+ 1 2 V 圖 34 通信系統(tǒng)語言閉鎖控制繼電器原理圖 Language lock control relay munication system schematic 從原理圖中可知，要保證繼電器運行，首先 D*點閉合，同時 M M2導(dǎo)通。 M M2點受 D3 D34控制， D3 D34即為強制閉鎖檢測電路。 通訊控制系統(tǒng)功能 綜采工作面通訊控制系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)流程中主要完成以下幾個功能： （ 1）實現(xiàn)從刮板運輸機機尾經(jīng)工作面到運輸巷道的電氣列車沿線的通話、聯(lián)系。 （ 2）在集中控制臺上控制工作面各設(shè)備的啟停車（包括采煤機、刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機等）。 （ 3）系統(tǒng)沿線上的每一臺擴音電話，用于沿線緊急停車閉鎖控制。 （ 4）對工作面設(shè)備工作電流進行檢測和顯示，當設(shè)備工作電流超過某一設(shè)定值后，通訊系統(tǒng)將輸出一個報警信號，傳遞給主控制器。由主控制器根據(jù)不同的信號在系 統(tǒng)沿線上進行語言報警。 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計 12 通訊設(shè)備選型 為了是通訊系統(tǒng)更好的實現(xiàn)其控制功能，本設(shè)計通信控制系統(tǒng)選擇 天津華寧電子有限公司 生產(chǎn)的 KTCZ 控制單元作為主控制器， KDW101 單元做 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源 。除此之外，還包括 1 臺 TK150 型電話終端、 1 臺 TJ100 型終端檢測裝置、 5~10 臺 TK130型防爆擴音電話和 5~10 盞工作面照明支架燈 (支架燈內(nèi)含閉鎖開關(guān)和打點按鈕 )，防爆擴音電話及電話終端之間用 2 芯礦用拉力電纜連接，支架燈及終端檢測之間用 7 芯電纜連接，綜合控制箱輸出控制采用 5 芯電纜分別與轉(zhuǎn)載機、運輸機及破碎機的控制回路連接。系統(tǒng)組成框圖如圖 35 所示 主 控 制 器轉(zhuǎn) 載 機 破 碎 機前 部 刮板 機后 部 刮 板機擴 音 電 話 1 擴 音 電 話 2支 架 燈 1 支 架 燈 2末 端 電 話末 端 燈電 話 終 端終 端 檢 測裝 置 35 綜采工作面通信控制系統(tǒng)組成框圖 Fully mechanized coal face munication control system block diagram 在該系統(tǒng)中，電話終端和終端檢測裝置用于檢測各電纜回路的連接狀態(tài)，防爆擴音電話用于綜采工作面的語音通信和聯(lián)絡(luò)。遇有緊急情況時，工作面人員可就近按動支架燈上的閉鎖開關(guān)，通過綜合控制箱及時關(guān)停轉(zhuǎn)載機、破碎機和運輸機，并在面板 LED 數(shù)碼管上顯示閉鎖的具體位置，指示相關(guān)人員及時處理情況和解決問題。 如下圖所示，按動支架燈上的信號按鈕，所有擴音電話發(fā)出洪亮的“嘟”聲，所有支架燈熄滅或點亮，信號的長短和方式由按下按鈕的節(jié)奏和時間確定，以約定的聲光信號協(xié)議向工作面人員傳遞控制信息，指揮綜采工作面設(shè) 備的啟動、關(guān)閉及相關(guān)作業(yè)。系統(tǒng)對轉(zhuǎn)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 載機、膠帶運輸機、破碎機等設(shè)備進行集中程序化控制，啟動時聲光預(yù)警，擴音電話發(fā)出5 s 洪亮的“嘟”預(yù)警聲，支架燈同時閃爍，提醒工作面相關(guān)人員注意安全，預(yù)警結(jié)束后，順序啟動轉(zhuǎn)載機和膠帶運輸機。該系統(tǒng)在提高工作效率的同時確保了工作面的安全生產(chǎn)，實現(xiàn)了綜采工作面語音通信、打點聯(lián)絡(luò)與閉鎖及相關(guān)設(shè)備的智能化集中控制。 多功能電話皮帶電源控制器開關(guān)電流檢測報警裝置工 作 面礦 用 拉 力 電 纜電 話 終 端帶閉鎖擴音電話回風(fēng)巷 圖 36 綜采工作面通訊系統(tǒng)配置圖 Fully mechanized coal face munication system configuration diagram 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計 14 4 綜采工作面設(shè)備的 PLC 單獨控制設(shè)計 綜采設(shè)備聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計的目的是實現(xiàn)對采煤生產(chǎn)線的聯(lián)控和單控，即不僅僅能夠利用 PLC 進行綜采工作面設(shè)備的聯(lián)動順序控制，同時也能夠完成單一設(shè)備的 PLC 控制功能。基于上述情況，現(xiàn)進行綜采設(shè)備的 PLC 單獨控制分析設(shè)計。 采煤機的 PLC 控制系統(tǒng) 采煤機介紹 采煤機 以旋轉(zhuǎn)工作機構(gòu)破煤，并將其裝入輸送機或其他運輸設(shè)備的采煤機械 ，是 實現(xiàn)煤礦 生產(chǎn)機械化和現(xiàn)代化的重要設(shè)備之一 ， 是一個集機械、電氣和 液壓 為一體的大型復(fù)雜