远程监控技术在矿井绞车监控系统中的应用研究

李 杰

（阳泉煤业集团七元煤业有限责任公司，山西 寿阳 045400）

引言

煤矿运输系统为综采工作面关键系统，该系统的运行效率和安全性间接决定煤矿的生产能力。目前，煤矿的主要运输设备包括有带式输送机、刮板输送机、绞车等。绞车作为综采工作面必不可少的运输设备，其属于机电控制系统，主要负责对材料、设备以及煤炭的运输，常应用于综采工作面运输距离较长、倾角较大以及坡度起伏较为明显的矿井[1]。为监控掌握矿井绞车的实时工况，需为其配置监控系统，考虑到综采工作面相对恶劣的生产环境，实现矿井绞车的远程监控对于保证矿井的安全、高效运输具有重要意义。

1 远程监控系统的总体设计

本文所研究矿井的绞车的具体类型为无极绳绞车，无极绳绞车在矿井工作面的布置情况如图1 所示。

图1 无极绳绞车在工作面的布置情况

无极绳绞车采用钢丝绳循环往复进行控制，其驱动源为电动机，通过减速器和变速箱实现对传输速度的调节控制。一般情况下，无极绳绞车主要应用于煤矿综采工作面的顺槽、回风巷、水平巷道等，该运输设备在运输距离较长、运输量较大的工作面能够更加充分地发挥其优势。无极绳绞车主要由绞车、运输系统的张紧装置、梭车、尾轮、钢丝绳的压绳轮组以及相对应的电控系统组成。为保证无极绳绞车在工作面运输的安全性和运输效率，结合无极绳绞车实际生产需求要求无极绳绞车监控系统具备对设备运行工况的实时监控画面的显示、可对所牵引车辆的实时位置进行定位和组态监控功能[2]。本远程监控系统可保证无极绳绞车的生产效率、保证操作人员的安全，为保证后期数字化矿山建设奠定基础。结合无极绳绞车的运输要求，设计如图2 所示的无极绳绞车远程监控的总体设计方案。

图2 无极绳绞车远程监控系统总体架构

如图2 所示，无极绳绞车远程监控系统网络包括有地面网和井下网。其中，井下网主要基于无线视频监控、红外射频车辆定位和PLC 控制技术对无极绳绞车运行工况的监测和控制；地面网主要是设计无极绳绞车远程监控的服务器和调度中心。地面网络和井下网络之间的通信均基于千兆工业以太网实现[3]。

2 无线视频监控技术在绞车远程监控中的应用

无线视频监控的核心在于为无极绳绞车配置两台本安型防爆摄像头，摄像头具体安装位置为绞车牵引梭车的前后两端。此外，为保证视频信号的质量和传输稳定性，为无线视频监控配置了必须的照明射灯、移动电源箱和无线信号的发射设备。无线视频监控功能实现的原理如图3 所示。

图3 无线视频监控功能实现原理图

基于无线视频监控系统可对绞车的实时运行工况的信息进行实时监测，并对可能出现的事故和异常状况进行提前报警，保证绞车在工作面运行的安全性，避免人员伤亡和经济的损失。具体实现路径如下：绞车牵引梭车前后两端所安装的防爆摄像头对绞车牵引车沿途的信息进行录制，通过无线发射装置基于巷道内的无线网络间所录制的信息传送至上位机操作台；在对信息判断的基础上得出相应的指令，主要是根据异常情况发出声光报警，及时控制绞车进行制动或避让操作[4]。

无线视频监控功能配置的主要设备及对应的参数如表1 所示。

表1 无线视频监控配置的主要设备及参数

3 车辆定位技术在绞车远程监控中的应用

采用射频识别技术可以实现绞车的车辆定位功能。

1）射频识别技术无需接触和人工干预即可实现识别功能；

2）射频识别技术可在环境恶劣的环境下运行，具有较强的适用能力和抗干扰性；

3）射频识别技术功能的实现无需光源的实现也可进行；

4）基于射频识别技术可对待识别的目标进行准确识别和精准定位。

基于射频识别技术的车辆定位功能的实现原理如图4 所示。

如图4 所示，在无极绳绞车牵引的每台车辆上安装特定的射频电子标签，该电子标签包含有车辆的信息；当某台车辆经过射频阅读器时，射频阅读器会对射频电子标签的信息进行采集；与此同时，将所采集到信息通过RS485 总线传输至上位机，从而掌握了无极绳绞车牵引车辆的具体位置和运行方向，并将该信息实时显示于上位机界面。

图4 基于射频识别的车辆定位功能的实现原理图

4 PLC 控制技术在绞车远程监控中的应用

PLC 控制器为根据上位机所获取的绞车的运行工况和设定控制目标进行判断后得出相应控制指令的主要设备。结合无极绳绞车安全、高效、稳定的运行需求，PLC 控制系统除了对上述车辆定位和视频远程监控信息的采集外，还需对绞车电机启停信号、过卷保护信号、电机温度、电机电压、电机电流、制动系统的油压油温以及变频调速系统相关参数等信号的采集。结合上述参数信息实现对无极绳绞车电机的启停控制、变频调速的控制等[5]。

结合矿井相对恶劣的生产环境和PLC 控制器相关产品的性能，针对无极绳绞车的远程控制采用S7-200系列PLC 控制器为核心控制器。结合无极绳绞车的控制需求，设计如图5 所示的绞车控制流程图。

如图5 所示，无极绳绞车在实际运行之前需对现场的多项参数进行检查，包括巷道内人员的数量和所运输物料的重量；然后，对无极绳绞车钢丝绳、挂钩以及保险绳等保护机构进行检查；其次，对无极绳绞车关键机械构件和电控系统进行检查，保证其可以稳定运行；最后，对无极绳绞车的各种信号控制灯的灵敏性、可靠性和畅通性进行检查。

图5 无极绳绞车控制流程图

5 结语

无极绳绞车作为煤矿综采工作面必不可少的运输设备之一，其运输效率、安全性和可靠性间接决定煤矿的生产能力。为保证无极绳绞车的安全、高效运行，为其配置远程监控系统实时掌握绞车的运行工况和突发情况，及时对绞车进行合理控制是非常有必要的。因此，将无线视频监控、射频识别技术和PLC 控制技术应用于绞车远程监控系统中，对改进或提升绞车的运行效率具有重要意义。