煤礦機電設備工作狀態智能監控探究

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摘要：為了提高煤礦井下機電設備運行監控能力，基于冗余原則提出一種機電設備工作狀態智能監控系統。通過分析發現，該系統可實現機電設備運行參數監測及遠程控制；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故障后智能監控系統會自動發出預警信息，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;智能監控;冗余控制

引言

煤礦井下采掘作業面存在大量的機電設備，空間較為擁擠，同時作業面溫度、粉塵及瓦斯濃度等均較高，在生產過程中極易出現安全事故[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面現場人員數量、使用智能化監控設備、改進采掘設備性能等措施，在一定程度上改善了采掘作業面安全保障能力[3]。現階段煤礦井下采掘作業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控設備即可完成采煤工作面綜采設備運行控制[4-5]。實現井下機電設備監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智能監控系統，以期提高機電設備間通信能力及安全可靠性。

1智能監控系統結構組成

機電設備工作狀態智能監控系統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。在該智能監控系統中，現場控制層、企業管理層等連接均使用現有的工業以太網實現。工業以太網具有數據傳輸效率高、傳輸速度快的優點，而且可滿足煤礦井下現場監控需要，是現階段煤礦井下最為常用的一種數據傳輸方式。現場控制層采用工業以太網對風機PLC、排水泵PLC等設備進行監控，各PLC間使用DP通信方式。由于煤礦井下環境惡劣，對監控系統有較高要求，為此本文基于冗余原則即配備雙PLC控制系統來提高系統可靠性。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結構，主PLC可實現對井下液壓支架、破碎機、采煤機、刮板輸送機等機電設備的監控，井下遠程視頻監控使用工業以太網通信。主PLC可獲取各類安全傳感器監測數據，從而掌握各機電設備運行情況；監測獲取到的傳感器監測數據使用工業以太網傳輸給控制層，現場視頻、語音等監測數據也通過工業以太網傳輸給控制層，從而實現傳感器監測數據、語音及視頻監控信息的有效融合。設備層與監控主站間使用工業以太網連接，可有效避免“信息孤島”問題發生。管理層位于地面，主要通過監控主機實現對井下各機電設備運行狀態監控、顯示及數據存儲。控制層布置在回采巷道安全位置，通過工業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參數進行采集并執行決策指令，其中采集到的機電設備運行參數包括設備運行溫度、穩定性等；執行決策指令包括控制運輸、掘進及開采設備運行。

2智能監控系統硬件結構

具體構建的機電設備智能監控系統硬件結構體系如圖2所示，主PLC的型號為S7-300，通過加裝以太網通信模塊實現與上位機間的數據通信。監控系統中主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傳輸給各從站，對井下機電設備運行進行監控，同時將回采工作面、掘進工作面機電設備監測信息、傳感器監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測系統傳輸；智能從站依據主站決策指令通過變頻器實現機電設備運轉速度、功率等的調控。現以綜采工作面機電設備智能監控為例，對現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、災害監測及預警從站、采煤機從站、刮板輸送機從站、供液系統從站等。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（包括傾角、工作阻力、支撐高度等）進行監測，并依據主站指令對液壓支架運行進行控制。2）災害監測及預警從站。該從站的主要功能是對現場溫度、瓦斯、粉塵等進行監測，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測采煤機運行并控制基本操作，如運行、啟動、停機等；并監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控、調節。5）供液系統從站。該從站可對供液系統泵站運行參數進行監測，并智能控制變頻器運行。

3智能監控系統軟件結構

為了提高智能監控系統可靠性，將系統結構分為主、備PLC系統，在智能監控系統工作過程中，主、備PLC系統中的通信總線、CPU、電源等均獨立運行。控制系統同時運行冗余、非冗余兩種控制程序，當冗余程序運行時，僅有主PLC系統運行，而備PLC僅接受主PLC數據。當主PLC系統出現故障后，智能監控系統智能跳轉至備PLC系統，此時備PLC系統將變成主PLC系統實現井下機電設備智能監控。主、備PLC系統轉換包括電源、通信總線及CPU等部件。現場工作人員可手動切換主、備PLC系統，從而便于對PLC系統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智能監控系統，該系統可實現機電設備運行參數監測及遠程控制。2）經現場應用后，井下機電設備運行參數在地面監控中心即可實時掌握，當機電設備運行出現故障后，智能監控系統會自動發出預警信息，從而顯著提升煤礦機電設備運行可靠性。

參考文獻

[1]楊磊.煤礦機電設備運轉監控及檢修預警管理系統研究[J].礦業裝備，2021（2）：240-241.

[2]張維斌.礦用防爆電氣設備檢測檢驗技術研究現狀及趨勢分析[J].中國礦山工程，2020，49（6）：48-50.

[3]王利波.3-802工作面機電安全管理措施研究[J].中國礦山工程，2020，49（3）：59-61.

[4]胡恒巖，趙金升.王家嶺煤礦綜采工作面機電設備遠程監控系統的設計與實現[J].科技經濟導刊，2016（12）：39；36.

[5]王光超，崔立志，張根現.煤礦機電設備運轉監控及檢修預警管理系統研究[J].中州煤炭，2011（9）：32-33；108.

作者:楊耀杰 單位:山西焦煤汾西礦業集團機電處