隨著自動化技術的發(fā)展以及人們對煤礦生產(chǎn)安全的重視，自動化工作面系統(tǒng)得到了更多的關注。自動化工作面系統(tǒng)是指以工作面無人化為目的，綜合信息采集技術、協(xié)調(diào)控制技術、通信互聯(lián)技術、人機交互技術和專家策略的一種綜合自動化系統(tǒng)。無人化工作面是是煤礦工作面的發(fā)展趨勢[1]，是保證煤礦工人安全的最本根解決方案。自動化工作面系統(tǒng)中，各個運輸設備的協(xié)調(diào)控制技術是保證系統(tǒng)順暢運行、安全高效的一項重要技術。

　　【摘要】闡述了煤礦工作面采煤機、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機和順槽皮帶協(xié)調(diào)控制的必要性和實現(xiàn)方法，重點研究了順序啟停、聯(lián)鎖控制、智能調(diào)速、故障預診斷和專家系統(tǒng)等關鍵技術，這些技術在煤礦工作面自動化領域具有創(chuàng)新性。

　　【關鍵詞】工作面,運輸設備,調(diào)控制,預診斷,專家系統(tǒng)

　　1.引言

　　工作面運輸設備包括采煤機、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機和順槽皮帶[2]，這些設備之間本身存在聯(lián)鎖關系，互為啟動和停止條件[3]，這是協(xié)調(diào)控制的第一個因素，也是基本因素，關系安全。

　　協(xié)調(diào)控制的第二個因素在于節(jié)能高效，運輸設備的耗電量大，如果沒有出煤的時候空轉(zhuǎn)，是對能源的一種浪費，而如果出煤量多的時候快速運轉(zhuǎn)又會對運輸設備造成損壞，因此根據(jù)出煤量智能調(diào)節(jié)運輸設備的功率及運轉(zhuǎn)速率是必要的。協(xié)調(diào)控制的第三個因素是故障預診斷，根據(jù)運輸系統(tǒng)中每個設備的數(shù)據(jù)，進行分析，對可能出現(xiàn)故障的點做出預診斷。

　　2.協(xié)調(diào)控制的必要性

　�。�1）各設備之間啟停存在聯(lián)鎖關系，需要協(xié)調(diào)控制。

　　工作面煤流的順序是從采煤機到刮板輸送機，再到轉(zhuǎn)載機，經(jīng)過破碎機破碎后，再到順槽皮帶。破碎機一般跨在轉(zhuǎn)載機上安裝，用于將采煤機割下的大煤塊破碎。對于控制系統(tǒng)而言，各運輸設備按逆煤流順序啟動，順煤流順序停止。

　�。�2）運輸設備耗電量大，需要根據(jù)出煤量智能控制各設備啟停和運輸速度，以起到節(jié)能的作用。

　　由于煤層的地質(zhì)構造不同、采煤機的運行狀態(tài)不同，每個時刻的出煤量是不同的，如果各運輸設備按照相同的轉(zhuǎn)速運行，勢必會造成出煤量小的時候功率浪費，出煤量大的時候功率不足、損壞設備。因此，按照出煤量實時調(diào)節(jié)各運輸設備的運行速度對于工作面的安全高效運行是必要的。

　　（3）工作面運輸設備的故障會嚴重影響煤礦出煤，需要故障預診斷功能。

　　目前的工作面自動控制系統(tǒng)主要是對故障進行檢測[4]，當故障已經(jīng)發(fā)生的時候才能檢測到，控制系統(tǒng)根據(jù)故障類型采取相應的措施，但故障已經(jīng)發(fā)生，設備已經(jīng)損壞，對工作面出煤的影響已經(jīng)造成。因此，故障預診斷對于防止故障發(fā)生、防止設備損壞是必要的。

　　3.主要研究內(nèi)容

　　3.1預期目標

　　預期目標就是根據(jù)協(xié)調(diào)控制的必要性實現(xiàn)相應的內(nèi)容。

　�。�1）基本功能：實現(xiàn)各運輸設備間的順序啟停和聯(lián)鎖控制。這是最基本的功能，是保證安全生產(chǎn)、不發(fā)生重大事故和故障的基本條件。

　�。�2）根據(jù)出煤量的多少，采用耦合器調(diào)速或變頻調(diào)速實現(xiàn)刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機和順槽皮帶的智能調(diào)速和啟停。高低速驅(qū)動、耦合器調(diào)速和變頻調(diào)速是工作面中常用的驅(qū)動方式，在這幾種驅(qū)動方式的基礎上，結合采煤機出煤量的多少進行調(diào)速，可最大限度的節(jié)約電能、防止故障。

　�。�3）統(tǒng)計分析各運輸設備的運行狀況，建立系統(tǒng)運行專家系統(tǒng)，根據(jù)歷史運行數(shù)據(jù)對系統(tǒng)中各設備可能會出現(xiàn)的故障做出預診斷。預診斷就是根據(jù)歷史推知未來，用專家策略對系統(tǒng)運行的歷史數(shù)據(jù)進行分析，對有可能出現(xiàn)故障的點做出預告，以便及時檢修，防范于未然。

　　3.2研究內(nèi)容

　�。�1）從系統(tǒng)方面講，研制一套工作面運輸設備協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，主要功能包括：語音通訊、數(shù)據(jù)通信、設備間閉鎖啟停、設備間功率協(xié)調(diào)等，除功率協(xié)調(diào)控制功能外，其他功能與現(xiàn)有的工作面通訊控制系統(tǒng)的功能兼容。

　�。�2）從產(chǎn)品方面講，研制的產(chǎn)品包括：系統(tǒng)控制主機、多功能數(shù)據(jù)終端（語音通訊、急停閉鎖、信號檢測、邏輯處理）、驅(qū)動設備專用控制器、系統(tǒng)專用電纜、無線通信終端、PDA手持巡檢儀等。控制主機是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中樞和控制策略核心，數(shù)據(jù)分析和協(xié)調(diào)控制均在控制主機實現(xiàn)。多功能數(shù)據(jù)終端向下兼容原有系統(tǒng)的功能。驅(qū)動設備專用控制器實現(xiàn)調(diào)速型液力偶合器和變頻器的分布式控制，有利于減輕控制主機負擔、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于工作面工礦復雜，環(huán)境惡劣，普通電纜無法滿足要求，因此需要設計工作面控制系統(tǒng)專用電纜。專用電纜需要滿足防護性好、數(shù)據(jù)傳輸性能好、耐壓性好等要求。無線通信終端用于實現(xiàn)工作面的無線信號覆蓋，無線信號穩(wěn)定覆蓋整個工作面是無人化工作面的基礎，是減少現(xiàn)場走線、節(jié)約系統(tǒng)成本的必要措施。PDA手持巡檢儀用于設備的檢修和巡檢，當系統(tǒng)發(fā)生故障或發(fā)出故障預警需要人工干預的時候，PDA手持巡檢儀將發(fā)揮重要作用。

　　（3）從軟件（策略）方面講，要進行以節(jié)能、安全為目的的各運輸設備間的協(xié)調(diào)控制策略研究。策略研究需要專家系統(tǒng)，根據(jù)專家的經(jīng)驗和建議形成若干算法，以供計算機系統(tǒng)實現(xiàn)相應的功能。

　�。�4）從安全角度講，要研究以系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)的設備故障預診斷機制。故障預診斷是比故障檢測更高一級的安全策略，數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)對比是其中的關鍵技術。

　　3.3研究成果

　　（1）研制1套工作面運輸設備協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，建成1個協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)示范基地，滿足各種煤層工作面的協(xié)調(diào)控制需求。

　�。�2）建立以節(jié)能和安全為目標的運輸設備協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)各設備輸出功率和運行速率的智能調(diào)整。

　�。�3）建立以系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫為依據(jù)的專家系統(tǒng)，實現(xiàn)設備故障的預診斷。

　　4.創(chuàng)新點

　�。�1）在工作面運輸設備控制系統(tǒng)中引入?yún)f(xié)調(diào)控制策略，協(xié)調(diào)控制有迫切需求，而現(xiàn)有工作面通訊控制系統(tǒng)大多缺失此項功能。

　�。�2）實現(xiàn)刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機和順槽皮帶的智能調(diào)速，智能調(diào)速包括兩種：軟啟動和過程調(diào)速，軟啟動可以減少設備本身的損壞和對電網(wǎng)的沖擊；過程調(diào)速是指在出煤過程中根據(jù)出煤量對運輸設備進行調(diào)速，以起到節(jié)能降耗的目的。

　�。�3）有線無線混傳技術保證控制系統(tǒng)的靈活可靠通信，無線覆蓋工作面是目前的一個難點，必須確保整個工作面無線通信的可靠性。

　�。�4）研制本安型工作面手持巡檢儀，以適應智能型工作面的巡檢工作，對于少人或無人工作面，正常工作或檢修巡檢也是必要的，手持巡檢儀適用面更廣，應用更加靈活，功能更豐富。

　　（5）建立控制系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，根據(jù)設備間的聯(lián)鎖關系及控制策略，對可能出現(xiàn)的故障點做出預診斷，故障出現(xiàn)以后的檢測可以起到安全的作用，但終究會影響生產(chǎn)，故障的預診斷可以提前預防，為檢修提供依據(jù)。

　　5.結語

　　對工作面各運輸設備進行協(xié)調(diào)控制是必要的，也是目前大部分工作面通訊控制系統(tǒng)缺失的一項功能。協(xié)調(diào)控制的關鍵技術包括順序啟停、聯(lián)鎖控制、智能調(diào)速、故障預診斷、專家系統(tǒng)等，是工作面安全運行、節(jié)能降耗的重要保證。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)擁有多項創(chuàng)新，具有良好的市場推廣前景。

　　參考文獻

　　[1]王榮華，張燕斌.PLC技術在礦山機電控制中應用研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011（6）：246-247.

　　[2]雷志鵬，宋建成.綜采工作面輸送設備工況實時監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的設計[J].工礦自動化，2010（7）：1-5.

　　[3]畢可仁，孫錫春，邢金成.PLC在煤礦生產(chǎn)中的應用[J].煤礦機械，2006（7）：188.

　　[4]席慶祥，雷志鵬.綜采面刮板輸送機狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)設計[J].煤炭科學技術，2011（10）：72-76.

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