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摘要：為了提高煤礦井下機電設備運行監(jiān)控能力，基于冗余原則提出一種機電設備工作狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)。通過分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)機電設備運行參數監(jiān)測及遠程控制；可實時掌握井下機電設備運行參數，且當機電設備運行出現(xiàn)故障后智能監(jiān)控系統(tǒng)會自動發(fā)出預警信息，從而顯著提升煤礦機電設備運行可靠性。

關鍵詞：機電設備;運行狀態(tài);智能監(jiān)控;冗余控制

引言

煤礦井下采掘作業(yè)面存在大量的機電設備，空間較為擁擠，同時作業(yè)面溫度、粉塵及瓦斯?jié)舛鹊染^高，在生產過程中極易出現(xiàn)安全事故[1-2]。為了提高井下生產安全保障能力，部分煤礦通過減少采掘作業(yè)面現(xiàn)場人員數量、使用智能化監(jiān)控設備、改進采掘設備性能等措施，在一定程度上改善了采掘作業(yè)面安全保障能力[3]。現(xiàn)階段煤礦井下采掘作業(yè)面大部分完成了自動化、數字化改造，部分礦井已進入智能化開采階段，僅在回采巷道內布置一臺監(jiān)控設備即可完成采煤工作面綜采設備運行控制[4-5]。實現(xiàn)井下機電設備監(jiān)控是確保煤炭安全開采的重要方面，為此，本文基于冗余原則提出一種煤礦機電設備工作狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)，以期提高機電設備間通信能力及安全可靠性。

1智能監(jiān)控系統(tǒng)結構組成

機電設備工作狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)結構組成包括控制層、設備層及管理層三個層級，具體結構如圖1所示。在該智能監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場控制層、企業(yè)管理層等連接均使用現(xiàn)有的工業(yè)以太網實現(xiàn)。工業(yè)以太網具有數據傳輸效率高、傳輸速度快的優(yōu)點，而且可滿足煤礦井下現(xiàn)場監(jiān)控需要，是現(xiàn)階段煤礦井下最為常用的一種數據傳輸方式。現(xiàn)場控制層采用工業(yè)以太網對風機PLC、排水泵PLC等設備進行監(jiān)控，各PLC間使用DP通信方式。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，對監(jiān)控系統(tǒng)有較高要求，為此本文基于冗余原則即配備雙PLC控制系統(tǒng)來提高系統(tǒng)可靠性。由于通信網絡使用較為頻繁，為此使用可靠性較強的總線型系統(tǒng)結構，主PLC可實現(xiàn)對井下液壓支架、破碎機、采煤機、刮板輸送機等機電設備的監(jiān)控，井下遠程視頻監(jiān)控使用工業(yè)以太網通信。主PLC可獲取各類安全傳感器監(jiān)測數據，從而掌握各機電設備運行情況；監(jiān)測獲取到的傳感器監(jiān)測數據使用工業(yè)以太網傳輸給控制層，現(xiàn)場視頻、語音等監(jiān)測數據也通過工業(yè)以太網傳輸給控制層，從而實現(xiàn)傳感器監(jiān)測數據、語音及視頻監(jiān)控信息的有效融合。設備層與監(jiān)控主站間使用工業(yè)以太網連接，可有效避免“信息孤島”問題發(fā)生。管理層位于地面，主要通過監(jiān)控主機實現(xiàn)對井下各機電設備運行狀態(tài)監(jiān)控、顯示及數據存儲?？刂茖硬贾迷诨夭上锏腊踩恢?，通過工業(yè)以太網與地面管理層進行數據交互。設備層主要功能是對井下布置的各類機電設備運行狀態(tài)參數進行采集并執(zhí)行決策指令，其中采集到的機電設備運行參數包括設備運行溫度、穩(wěn)定性等；執(zhí)行決策指令包括控制運輸、掘進及開采設備運行。

2智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構

具體構建的機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構體系如圖2所示，主PLC的型號為S7-300，通過加裝以太網通信模塊實現(xiàn)與上位機間的數據通信。監(jiān)控系統(tǒng)中主PLC作用是接收各個從站信息，并智能作出決策后將決策系統(tǒng)傳輸給各從站，對井下機電設備運行進行監(jiān)控，同時將回采工作面、掘進工作面機電設備監(jiān)測信息、傳感器監(jiān)測信息等傳輸給上級主站中。從站有非智能、智能兩種，非智能從站主要用以監(jiān)測系統(tǒng)傳輸；智能從站依據主站決策指令通過變頻器實現(xiàn)機電設備運轉速度、功率等的調控?，F(xiàn)以綜采工作面機電設備智能監(jiān)控為例，對現(xiàn)場布置的從站功能進行闡述。綜采工作面布置的從站包括液壓支架控制從站、災害監(jiān)測及預警從站、采煤機從站、刮板輸送機從站、供液系統(tǒng)從站等。具體如下：1）液壓支架控制從站。該從站的主要功能是對液壓支架狀態(tài)（包括傾角、工作阻力、支撐高度等）進行監(jiān)測，并依據主站指令對液壓支架運行進行控制。2）災害監(jiān)測及預警從站。該從站的主要功能是對現(xiàn)場溫度、瓦斯、粉塵等進行監(jiān)測，并獲取液壓支架護幫板、支架壓力參數，對潛在的安全災害進行預警。3）采煤機從站。該從站的主要功能是監(jiān)測采煤機運行并控制基本操作，如運行、啟動、停機等；并監(jiān)測采煤機割煤滾筒高度、傾斜角度等，完成采煤機記憶截割。4）刮板輸送機從站。該從站內置有EM277通信模塊，并通過調整變頻器運行參數對轉載機、破碎機等設備運行進行監(jiān)控、調節(jié)。5）供液系統(tǒng)從站。該從站可對供液系統(tǒng)泵站運行參數進行監(jiān)測，并智能控制變頻器運行。

3智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件結構

為了提高智能監(jiān)控系統(tǒng)可靠性，將系統(tǒng)結構分為主、備PLC系統(tǒng)，在智能監(jiān)控系統(tǒng)工作過程中，主、備PLC系統(tǒng)中的通信總線、CPU、電源等均獨立運行?？刂葡到y(tǒng)同時運行冗余、非冗余兩種控制程序，當冗余程序運行時，僅有主PLC系統(tǒng)運行，而備PLC僅接受主PLC數據。當主PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，智能監(jiān)控系統(tǒng)智能跳轉至備PLC系統(tǒng)，此時備PLC系統(tǒng)將變成主PLC系統(tǒng)實現(xiàn)井下機電設備智能監(jiān)控。主、備PLC系統(tǒng)轉換包括電源、通信總線及CPU等部件?，F(xiàn)場工作人員可手動切換主、備PLC系統(tǒng)，從而便于對PLC系統(tǒng)進行硬件設備檢查及運行參數調整等操作。

4結語

1）機電設備是煤礦井下采掘、運輸、通風、排水等工作正常開展的基礎，確保機電設備安全、可靠運行，對提高煤礦安全生產保障能力具有顯著的促進意義。為此，提出一種機電設備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)機電設備運行參數監(jiān)測及遠程控制。2）經現(xiàn)場應用后，井下機電設備運行參數在地面監(jiān)控中心即可實時掌握，當機電設備運行出現(xiàn)故障后，智能監(jiān)控系統(tǒng)會自動發(fā)出預警信息，從而顯著提升煤礦機電設備運行可靠性。

參考文獻

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作者:楊耀杰 單位:山西焦煤汾西礦業(yè)集團機電處