基于可编程自动化控制器的综采设备智能一体化探索.pdf
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1、第3 2 卷增刊12023年6 月文章编号:1 0 0 4-40 5 1(2 0 2 3)S1-0217-06基于可编程自动化控制器的综采设备智能一体化探索中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230407Vol.32,Suppl 1June2023蒲林(国家能源神东煤炭集团保德煤矿,山西忻州0 3 6 6 0 0)摘要:为解决传统综采工作面设备分散控制的问题,以可编程自动化控制器为基础,匹配建立设备一体化模型,优化设计智能化控制系统,通过PAC对工作面及其配套设备实现一体化集中控制。在综采工作面运行该集成系统,使采煤
2、机、刮板输送机、支架以及泵站设备实现智能协调运行,落煤、运煤与支护工作的有序衔接配合,不但很大程度上减轻了工人劳动强度,而且极大地提高了生产效率,充分体现了一体化控制成果,具有良好的应用前景。关键词:综采设备;编程自动化;PAC集中控制;智能协调;高产高效PU Lin中图分类号:TD42Exploration of intelligent integration of fully mechanized mining equipment(Baode Coal Mine,National Energy Shendong Coal Group,Xinzhou 036600,China)Abstrac
3、t:In order to solve the problem of decentralized control of traditional fully mechanized working faceequipment,based on programmable automation controller,equipment integration model is established tooptimize the design of intelligent control system,and integrated centralized control of working face
4、 and itssupporting equipment is realized through PAC.Running the integrated system on the fully mechanizedmining face makes the shearer,scraper conveyor,support and pump station equipment realize intelligentcoordinated operation,the orderly connection and cooperation of coal falling,coal transport a
5、nd supportwork,not only greatly reduces the labor intensity of workers and greatly improves the production efficiency,fully embodies the integrated control results,and has a good application prospect.Keywords:fully mechanized mining equipment;programming automation;PAC centralized control;intelligen
6、t coordination;high yield and high efficiency0引言2022年,煤炭消费量占我国一次能源消费总量的5 6.2%,高产高效矿井建设为中国经济高速增长提供了重要的能源保障,在新技术新设备的智慧化时代,煤矿生产建设也在不断创新发展。现如今绝大多数煤矿生产已经将采煤机、液压支架以及刮板输送机实现了分散式控制与自动检测能力,如采煤文献标识码:Abased on programmable automation controller机自适应截割,液压支架自动拉架、推溜,供液泵站自动检测,但此类设备在管理上仍存在实时性不强、异常补偿能力较弱等缺陷1。目前综采工作面控
7、制各设备运行是通过通信手段实现远程及串联控制并具有连锁功能,这种模式的控制下,各设备独立系统单元存在以下的缺点。分散式控制,对综采工作面设备难以实现一体化收稿日期:2 0 2 3-0 6-0 2作者简介:蒲林(1 9 8 7 一),男,四川广元人,硕士,从事安全生产管理工作,E-mail:m1 5 5 3 6 8 8 8 9 1 1 1 6 3.c o m。引用格式:蒲林.基于可编程自动化控制器的综采设备智能一体化探索 J.中国矿业,2 0 2 3,3 2(S1):2 1 7-2 2 2.PU Lin.Exploration of intelligent integration of full
8、y mechanized mining equipment based on programmable automation controllerJJ.ChinaMining Magazine,2023,32(S1):217-222.责任编辑:刘硕218集中控制;各个子系统之间的联动控制实时性、可靠性不高,延迟较大;基于各个子系统的独立控制,难以实现可靠的备用方案,当存在一处系统故障时,整体均要停机;子系统分散工作,工作面的控制工艺、煤流量监测、运输机等设备之间的配合缺少完善的决策机制。上述传统综采工作面设备之间分工明确独立控制,并不具备有整体智能控制的能力。控制系统按照数据系统和模型系统进行
9、划分,其中采煤机、液压支架、运输机等设备的参数、历史数据等划分为数据系统。因此,在目前生产技术条件下,研究设计更高层次的集中控制方案是当下综采工作面智能一体化发展呕需解决的问题。可编程自动化控制器系统(以下简称“PAC”)的优势逐步凸显,其具有性能稳定空间占比小的特点,采用梯形图语言进行编程,其优势在于不仅支持多种算法,而且封装容易。采用梯形图语言编程使得程序逻辑基本不会出现异常,PAC支持IO输入输出接口、TCP网络接口,这些特点使得其对外连接非常可靠。PAC本身硬件非常坚固,适合井下复杂危险的工作条件,并且其体积小巧,安装方便。基于PAC的高稳定性、支持多种算法的优良特点,为提高综采工作面
10、的综合管理水平,实现集控智能化方案,开发基于可编程自动化控制器的一体化智能控制系统。1PAC架构分析PAC封装了各控制子系统模块,其系统架构主要包括硬件和软件两个方面 2。硬件方面包括PAC控制器、I/O模块、传感器、执行器、通信模块等。其中,PAC控制器是系统的核心,主要负责控制逻辑的编程和执行,实现各种控制功能。I/O模块用于采集和输出信号,将传感器和执行器与PAC控制器连接。传感器用于采集环境参数,如温度、压力、流量等,将数据传输到PAC控制器中。执行器用于执行控制命令,如采煤机的启停控制、刮板输送机的转速控制等。通信模块用于将系统与上位机进行通信,实现远程监控和控制。软件方面包括控制逻
11、辑、人机界面、数据处理等。其中,控制逻辑是系统的核心,主要包括采煤机的启停控制、输送机的转速控制和支架的跟机动作执行等。人机界面用于实现操作员对系统的监控和控制,通常采用触摸屏、键盘、鼠标等方式进行操作。数据处理用于对采集的数据进行分析和处理,以实现系统的优化控制和状态监测。该系统主要承担工作面各设备信息综合处理工作,其控制逻辑由4部分组成,分别是采煤机、刮板中国矿业运输机、泵站以及液压支架控制部分,由主控制系统协调工作,保证工作面各运转设备系统化的智能决策。1)采煤机控制系统:采煤机控制是基于记忆截割模板的控制,采煤机割第一刀煤时其基础参数包括采高、构造、启停位置、滚筒高度和行走速度等被存储
12、记忆在可编程控制器中,在接下来的割煤循环过程中,其工作状态是根据存储记忆在可编程控制器中的参数实现。实时传输割煤数据,分析调整截割运行状态并将数据实时传回可编程控制器中,以便调整采煤参数,实现自动化割煤。2)液压支架控制系统:集成化的控制系统将能够实现液压支架的自动推溜移架。采煤机割煤行走过程中,PAC控制器接收来自于采煤机位置传感器回传的信号数据,分析处理其相对位置,发出指令到液压支架控制系统中,及时收回采煤机前五架的护帮板与伸缩梁并跟进采煤机后五架的拉架作业。3)运输机控制系统:运输系统由上位机增加智能决策功能,可编程控制器实现对状态的检测,对获取的数据进行回传。可编程自动化控制器协同控制
13、算法的研究,将工作面机器人的控制工艺、煤流量检测等参数逻辑与顺槽输送机以及整个运输系统想配合,结合上位机中的决策判断结果,进行控制。4)泵站控制系统:可编程自动化控制器实时监测监控各功能泵的回传数据,根据各功能泵的工作需求及时调节工况,使之自动完成工作要求。5)一键启停系统:用来实现三机、皮带、泵站、煤机、支架的统一控制。每一项的启动命令发出后,子系统会自动检测设置好的检查项,若符合则继续执行,否则停止,各个子模块在理论意义上处于并联模式,互相之间不干扰。2基于PAC的综采工作面控制系统子模块综采机器人具备的基本功能是能够智能感知、科学决策和有效控制综采工作面设备 3 。将工作面的设备与控制系
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