煤矿综采工作面集中监控系统设计与实现

王新军，黄金福，余佳鑫

（广州日滨科技发展有限公司，广东广州 510660）

0 引言

在最近几年，煤矿综采工作面各生产设备逐渐提高其自动化水平，然而各个设备之间缺少联合动作，处于分割独立的状况。因此形成一套集检测、控制、通讯于一体的综采工作面集中监控系统尤为必要，将多种技术（如自动控制、以太网、通信等）应用于综采工作面，实现在工作面顺槽监控中心对综采设备进行集中自动化控制，确保各综采设备协调、连续、高效、安全运行，将工人从工作面解放出来，实现工作面少人化，工作面生产过程智能化、管理信息化[1-2]。

1 系统组成

如图1所示，该系统由地面集中监控中心和井下集中监控中心两大部分组成，井下监控中心担负着收集工作面采煤机、液压支架、组合开关、泵站等信息，进行逻辑判断、发布控制命令，并通过环网与井上监控中心进行信息交互，从而实井上远程监控及井下集中控制的功能[3]。

2 硬件平台建设

在井下集中监控中心配备三台防爆电脑和一台防爆交换机，在地面集中监控中心配一台服务器和一台监控电脑，并采用RS485通讯方式把所有设备和井下集中监控中心连接起来。在井下集中监控中心里面，防爆电脑作为控制系统的操作界面，生产人员可以方便地实现工作面设备的启停、速度调节等操作。每台防爆电脑具有两个RS485接口，每个接口连接一种设备。防爆电脑和各个设备之间的通信速度、通信协议可以根据实际情况调整。防爆交换机作为各路设备信息流通的桥梁，对信息进行管理、分配，使数据及时达到。防爆电脑的数据通过防爆交换机进行交互和上传到地面集中监控中心[4]。地面的服务器实现数据存储、数据分析、网页发布等功能，监控电脑则用于显示、监控井下各个设备的参数或动作。

图1 系统连接图

3 数据采集

井下集中监控中心的防爆电脑把各个设备多元、异构的数据统一为一种格式，实现井下集中监控中心和地面集中监控中心的集中管理、集中控制，并将不同设备的运行数据发送给关联设备[5]。

井下集中监控中心对外提供RS485接口，使用通讯电缆（两芯，双绞带屏蔽，线径范围8～12 mm）接入防爆电脑。采用Modbus-RTU通讯协议将相关数据进行传输，并将数据报文（包括采集数据点的名称、数据点的寄存器地址、数据点的范围、数据点的单位等）提供给井下集中监控中心，由井下集中监控中心负责数据集成和上传。

基于RS485的Modbus-RTU通信协议是当今矿用智能设备之间相互通讯普遍采用的协议方式，采用这种协议便于不同厂商生产的控制设备互联，进行集中监控。为了确保防爆电脑和各个设备通信正常，要求设备间的数据交换必须在规定的时间得到执行。

4 软件平台设计

4.1 井下集中监控中心软件

井下需要实时采集各设备的监测数据和控制采煤机、支架等主要生产设备的动作，因此井下防爆电脑的监控软件设计采用C/S架构，具有响应速度快、事务处理能力强的特点，且软件交互界面操作方式灵活多样，方便根据用户要求进行个性化定制。如图2所示，每台防爆电脑监控两台设备，监控界面采用自动切换或集中显示方式。

4.2 地面集中监控中心软件

为适应煤矿监控系统的新需要，地面设备监控软件采用当今流行的B/S架构。与传统的C/S系统相比，如图3所示，整个软件主要分为三大功能模块：数据报表、业务功能和安全管理，具有界面友好、模块清晰、操作简单等优点。

图2 井下集中监控中心

5 系统功能

5.1 设备监测

集中监控中心集成画面参考各子系统厂商的画面，主要包括组合开关界面、泵站系统界面、采煤机系统界面、三机监控界面、液压支架监控界面等。实现对工作面设备运行状态信息、设备运行工况信息、设备故障诊断信息的连续在线实时监测。完成对工作面采煤机、组合开关、液压支架电液控制系统、泵站子系统、三机子系统等信息的集中监测、显示、传输。将与生产管理有关的信息通过矿井环网实时地传输到地面主机，并根据需要在地面进行存储、显示和数据传输。

图3 地面集中监控中心

5.2 远程控制

集中监控中心建立起来后，通过地面集中监控中心可以监控综采工作面与系统连接设备的相关状态，并可在井下集中监控中心进行远程手动控制和远程自动控制。

5.2.1 远程手动控制

远程手动控制模式下，在液压支架监控界面可以控制单架或多架支架进行单动作或成组动作。在采煤机监控界面实现启动、停止、牵引加减速、切换牵引方向、滚筒升降、启动和退出记忆截割等功能。在三机监控界面可以实现破碎机、转载机和运输机的顺煤流或逆煤流启停。

5.2.2 远程自动控制

远程自动控制模式下，采煤机、支架和刮板机会按照设定的流程和步骤运行，通过液压支架和采煤机之间的数据通信，实现采煤机自动斜切进刀、割三角煤、清煤、装煤、运煤。

5.3 系统数据库

系统数据库是集中控制系统实现曲线报表查询、逻辑判断、智能控制等模块的支撑软件，用于设备运行过程中的数据自动采集、存储和监视，为每个时间段的工况提供清晰、精确的记录。

5.4 曲线报表模块

获取系统数据库的各种过程数据，完成数据的查询与分析计算，建立易用、灵活、强大的曲线报表模块，可以方便地了解设备开机率、工作面周期来压等信息，为管理工作提前做好准备，从而降低设备维护成本。

5.5 日志管理

日志文件记录每个登陆用户的每个操作，能按照日期、用户、操作、功能、描述查询。并以表格方式显示出来，包括序号、日期、用户、操作、描述，相邻两行之间以不同的颜色显示，方便用户查看。

5.6 用户权限管理模块

监控系统进入运行模式后，默认登录用户为普通（查看）用户，只能查看各子设备的运行状态及相关参数，不具有控制和参数修改权限。用户需在主画面中单击登陆管理员账户后，方能对设备进行控制操作、对相关参数进行修改。为避免控制发生错乱，只有一个管理员用户，并且不允许同一时间有两个及以上的管理员登陆。管理员控制部分主要包括采煤机控制、液压支架控制、泵站控制、运输系统以及视频切换的控制。

6 结论

该系统设计可靠性高，实用性强，方便根据综采工作面条件的差异进行灵活地选择系统配置。系统集中各个功能模块的数据进行处理，以汇报通信方式与各个子系统进行通信，是一种集中控制方式，并有特定的安全保护回路和控制回路与之相连，使系统控制更加安全可靠，便于生产安全管理和安全检测。

［1］杨睿，崔建斌.戊8煤层自动化工作面技术管理研究与实践［J］.煤矿现代化，2009（6）：24-25.

［2］黄曾华，苗建军.综采工作面设备集中控制技术的应用研究 ［J］.煤炭科学技术，2013，41（11）：14-17，21.

［3］田成金.薄煤层自动化工作面关键技术现状与展望［J］.煤炭科学技术，2011，39（8）：83-86.

［4］李文江，韩阳，吴威.综采工作面监控系统［J］.计算机系统应用，2012（9）：149-152.

［5］李华，刘保亮，张志强.KJ45型综采工作面监测系统在南屯煤矿的成功应用［J］.山东煤炭科技，2011（2）：24-25.