文档介绍：0 前言
20世纪50年代,随着采煤技术的日益发展,出现了一种新的综合机械化采煤技术,它是上个世纪煤炭工业科学技术发展的重要成果,从根本上改革了煤炭开采工业的面貌。1954年,第一个综采工作面在英国诞生了。之后,综采技术就得到了不断发展和完善,迅速推广和应用到世界各国的煤炭开采中,成为采煤技术发展的主导方向。我国是一个产煤大国。煤炭资源在各个地区至全国各行各业都发挥着不可磨灭的功绩。对煤炭的开采,从炮采到普采到综采,开采技术经过长期的发展,积累了很多宝贵的经验。1970年11月28日, 我国第一套全工作面综采设备在大同煤峪口矿8710工作面开始工业性试验, 正式拉开了我国采煤史上一场影响深远的革命性变革的帷幕。经过近40年的发展,我国的综采技术经历了引进国外设备,到消化吸收开发自主设备,再到完善、改造、创新和提高我国综采技术与设备这几个阶段。
从目前综采工作面的状况来看,我国部分大型煤炭的自动化程度都比较高,但是这些大型煤矿都存在一些问题:
首先,煤矿井下的监测系统只负责井下环境参数的采集和分析,并不直接参与控制;控制系统则只负责井下设备的控制,而不根据井下环境随机应变;包括通信、报警等一些系统在井下都是相对独立的工作,各自负责各自的环节,这样就造成了工作人员在处理故障和危险的信号延迟问题。
其次,井下采煤的生产过程中,涉及到很多的生产设备,它们的工作状况如何,也直接关系到了煤炭的生产,对于这些设备的自动化控制也就提到了日程上来。对这些设备的运行工况、状态等相关的设备信息的获取,就显得尤为重要,现在的很多单独系统可以实现井下信息的采集,但并没有机地融合到整个系统,对于井下设备的自动控制系统实现较少。大部分系统还只是对单独设备的控制,这样子整个井下系统的协调性较差,而自动化正是要解决协调性的问题。
最后,也是本课题的研究核心。现在国内某些煤矿正在开发和使用的综采自动化系统,采用单片机作为控制站进行开发应用。单片机系统的I/O口复用问题致使该系统在井下复杂环境中存在不稳定性和抗干扰能力差等诸多缺点,这直接影响着井下数据的上传和命令发送的可靠性和安全性,进而影响到采煤机等设备
的正常开机率以及煤矿的效益。本课题采用西门子公司生产的300系列PLC作为整个系统的控制站,这样就成功解决了以往单片机系统的这些问题。PLC的高可靠性、强抗干扰性、丰富的I/O接口、模块化结构等诸多优点使得PLC能够胜任这份工作。本课题正是针对上述问题展开研究。
本课题的意义还在于结合理论基础,提出井下低成本综采自动化网络监控系统的可行性技术方案。通过本系统,实现对井下主要生产设备工况的在线监测和控制以及井下环境参数的采集和监测。井下控制站及时将井下数据上传到井上监控中心,便于工作人员发现故障并采取相应措施。最终,实现煤矿井下整个综采工作面设备的自动化运行,为我国综采自动化技术向少人、无人的操作发展提供一些前期的技术准备,并实现减轻井下工人劳动强度、提高煤矿生产效率的最终目的。
1 井下综采自动化监控系统简介
综采自动化技术简介
综采,即综合机械化采煤,是用大功率采煤机械来实现落煤、装煤、刮板输送机运煤、自移式液压支架来支护顶板而使工作面采煤过程完全实现机械化的采煤方法。下面给出一个综采工作面的设备示意图,如下图1-1所示。
图1-1 综采工作面示意图
Fig. 1-1 The diagram of mechanized mining face
从上图1-1中,可以看出综采工作面的设备主要包括采煤机、前部刮板运输机、后部刮板运输机、转载机、破碎机、皮带运输机六大主要设备,再加上液压支架、液压泵站等辅助设备,构成了整个综采工作面的生产设备。综采作业时,井下的各个设备各自动作,又密切关联。通过协调它们之间的动作,使他们持续作业,从而达到煤炭的高产高效、井下安全作业等目的。在综采工作面系统中,由采煤机进行采煤作业,把煤炭从待采区的煤壁上将煤炭开采下来。接下来通过刮板输送机将采下来的煤炭运到转载机,转载机是与刮板运输机相接的。在转载机上的大块煤炭通过破碎机将其粉碎,方便运输和确保皮带运输机的安全,之后煤炭通过皮带机系统,将其运送到指定地点。
井下五大主要设备的一般启动顺序是:转载机-破碎机-前运机-后运机-采煤机。但是在实际的应用中,有可能没有破碎机或是后运机,启停顺序参考上面即可。上面的这些设备动作以前都是靠井下工作人员进行手动控制的过程,包括各个设备的启停,都是根据人眼来判断启停,本文提出以下方案来实现自动化控制,减少了井下人员的数量,并减轻了其工作量,对于主要设备的启停等操作是系统自动控制,无需人为干预
。
系统设计要求及步骤
设计要求
本次设计的系统需要具备如下设计要求:
控制要求:实现对综采工