综采工作面自动化项目申报书概要

技术创新计划项目申报书

项 目 名 称：综采工作面集中自动化系统 承 担 单 位: 中滦科技

项 目 负 责 人： 参 加 单 位： 申 报 计 划 类 别: 申 报 项 目 专 业：自动化 项 目 起 止 年 限： 申 报 计 划 年 度：2013年 申 报 日 期： 2013年11月

中滦科技有限公司制

创新类型 应用行业 集成创新 煤炭 项目内容摘要：（不少于200字） 综采工作面集中自动化控制系统由KTC130控制系统、电液控制系统、防爆网络摄像仪、视频监视系统、上位机系统及各种线缆、交换机等构成。 系统根据回采工艺流程，制定专门的控制策略。在顺槽建立工作面集控室，通过井下集控，实现工作面集中自动化控制，主要功能包括：工作面液压支架、采煤机和工作面刮板输送机三机联控、泵站监控、转载机和胶带输送机联控、语音报警及通信系统、视频监视系统、综采工作面数据上传、网络管理和诊断功能。实现对主要生产设备工况的实时在线监测，及时发现故障隐患实现在线语音报警、故障停机，提醒集控人员以便采取措施避免设备损坏，提高设备开机率。同时将工作面的相关信息及时传输到地面，并通过计算机网络实现远程集控与数据共享，实现生产管理的信息化。 该控制系统分远程、就地两种控制模式。 远程控制由上位机实时显示各设备的开停状态和运行参数，能够实现对设备远程控制。上位机软件系统具有OPC SERVER，能够方便地将该集控系统接入矿井综合自动化平台。 关键词：自动化，集中控制，上位机，OPC SERVER 1

项目的立项背景和意义：（不少于200字） 实现煤炭安全、高效开采是国家重要的产业政策和目标，煤矿综采工作面自动化控制技术及装备的应用是实现煤炭安全、高效开采的重要保障、是国家经济发展所需煤炭供应的先决条件、是煤炭行业先进生产力的重要体现。 随着矿井自动化、信息化的发展，信息化、自动化技术已经开始向综采、综掘一线延伸。煤矿井下综采工作面是一个高危险的生产环境，空间局限，温度高、湿度大、煤灰重、大功率设备多、且工况复杂。工人在工作面近距离操作，噪音、粉尘等对会工人身体健康带来损害，迫切需要将工人从高危的生产环境解放出来。目前国际、国内实现综采工作面集中自动化控制的只有少数几家，重点和难点是采煤机、电液控支架的远程控制，因此，本综采工作面自动化集中控制系统，实现工作面的远程控制，打造智能无人工作面。该系统通过主控计算机的软件操控下级PLC实现自动控制，控制系统软件的基本功能是可以从顺槽监控中心和地面集控中心进行现场设备运行的状态显示、异常判断、事故报警、数据存储、信息共享等，进行采煤机、电液控支架以及刮板输送机、破碎机、转载机、乳化液泵站、皮带机等设备设施的远程监控。进而来实现综采工作面的智能控制，提高运输系统的工作效率，减少岗位操作员工，降低劳动强度，减少员工职业健康危害，合理控制设备运行，节支降耗，提高节能效率，降低事故率。 2

国内外现状及发展趋势： 国外，以DBT公司研究开发的以液压支架PM4电液控制系统为基础的全自动化无人刨煤机综采工作面基本上实现了无人化。在采煤机综采工作面，国外尚无无人化成功先例，但澳大利亚正在研制远程控制全自动无人长壁工作面开采技术。 国内，在工作面自动化做了积极的探索和大量的实践工作。主要是在工作面采煤机、刮板输送机、液压支架等设备实现单机自动控制功能的基础上，通过工作面三机与顺槽监控中心联网、通讯，实现监控中心对三机的实时监测与控制。 神华集团榆家梁煤矿使用进口设备，实现了远程操作的跟机自动化作业，采煤机机载视频，记忆割煤，试验了振动方式的煤岩识别方法和无线接力通信方法。最高级功能：采煤机记忆割煤（滚筒视频）+支架全工作面跟机+端头集控台远程干预；最好效果：工作面自动化割一两刀煤，工作面无人。 国内发展方向以综合应用控制、以太网、无线、视频、音频、通信、液压等技术于综采工作面。实现在采煤生产过程中以采煤机记忆割煤为主，人工远程干预为辅；以液压支架跟随采煤机自动动作为主，人工远程干预为辅；以综采运输设备集中自动化控制为主，就地控制为辅；以综采设备智能感知为主，视频监控为辅；即“以工作面自动控制为主，监控中心远程干预控制为辅”的工作自动化生产模式，实现“无人跟机作业，有人安全值守”的开采理念，尽可能减少工作面操作工人数量。 3

项目主要研究、实施内容、工艺技术路线、创新点及技术关键： 控制系统软件的基本功能是可以从顺槽监控中心和地面集控中心进行现场设备运行的状态显示、异常判断、事故报警、数据存储、信息共享等，进行采煤机、电液控支架以及刮板输送机、破碎机、转载机、乳化液泵站、皮带机等设备设施的远程监控。 （1）监测系统层 监测系统层是指电液控制系统、采煤机控制系统、刮板输送机控制系统、转载破碎机控制系统、皮带机控制系统、泵站控制系统、视频监控系统。 （2）数据接口层 实现将各个监测系统数据转存到统一数据存储平台，接口方式主要有文本文件（xml、txt等）、数据库、视频数据流。 （3）存储层 实现实时监测监控系统动态数据的存储，采用传统的关系数据库，通过对采集数据进行挖掘和分析处理，灵活地满足煤矿实际生产的各种需求。考虑到平台的稳定性和通用性，平台拟采用MS SQL Server作为后台数据库对监测监控数据进行统一存储。 （4）业务层 业务层对统一数据库平台数据进行统计、分析、查询，实现各个子系统和子系统之间的业务逻辑，并对业务逻辑进行封装，以供展现层调用。 （5）用户层 用户层提供监测控制数据的在线的展示以及与用户的交互。主要展示井下顺槽设备以及工作面设备和环境的状态，实时监测工作状况，综合判断是否有发生异常的趋势，当出现异常提示报警。用户通过这一层的交互可以设定系统的关键参数来完成日常的管理工作。 网络传输信息流示意如图： 从系统功能和分布上，监控系统软件主要分为如下几部分： 1、 顺槽集控中心 4

➢ 显示工作面的工作设备（包括采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等）的运行状态、故障信息并语音报警。 ➢ 显示胶带运输机运行状态，并将相关数据上传至井下集控室主控计算机。 ➢ 泵站系统的运行状态、故障信息并语音报警。 ➢ 主控计算机通过通讯线路可以实现控制电液控跟机自动化启动、停止、急停。主控计算机通过通讯线路将指令传输给采煤机达到控制采煤机启停、采煤机的各种操控及相关保护功能。可以对工作面三机系统、转载机、皮带运输系统进行远程控制。 ➢ 监控系统所有功能的交互菜单选择控制可完全用鼠标实现，可独立实时处理各种图表和多窗口信息。 监控系统界面功能方面，主要分为综采工作面设备监控主界面、采煤机监测监控、电液控支架监测监控、刮板输送机、转载机、破碎机集控系统界面、顺槽皮带机监测控制、运斜皮带机监测控制、泵站监测控制界面，分别介绍如下： 工作面设备监控主界面： 1.1 采煤机监测控制系统 主要监测采煤机工作时的各项指标参数，实时的显示在界面上。数据异常时具有报警功能，提示保护信息或直接进行保护停机，界面具有总启、总停、二启、牵电、牵停、左牵、右牵、左升、左降、右升、右降、锁溜、急停等操作功能按钮，可实现鼠标点击操作。 ⑴实时监测功能 ①具有各部电机运行电流、温度的监测显示、过载、过温、漏电闭锁报警和保护功能； ②摇臂、牵引箱高速腔轴温的监测显示、报警和保护功能； ③液压系统压力的监测显示、报警和保护功能； ④水路压力、冷却水流量的监测显示、报警和保护功能； ⑤具有采高及卧底量的实时在线监测功能； ⑥具有采煤机行走位置与牵引速度的在线监测显示功能； ⑦实时监测采煤机左、右摇臂角度； ⑧实时监测采煤机的俯、仰采角度及采煤机行走方向的工作面倾角； ⑨具备瓦斯、声音在线监测、瓦斯超限断电闭锁功能； 5

⑩实时监测系统的通讯状态。 ⑵实时控制功能 ①急停、锁溜； ②启动/停止； ③牵引启动/牵引停止； ④牵引速度、方向； ⑤左、右摇臂升降； ⑶数据分析功能、自动仿形截割； ⑷视频显示功能：实时显示采煤工作区域视频画面，随采煤机行走自动进行实时视频切换； ⑸就地/远程互锁、切换。 ① 就地模式下，不允许远端控制；在远端控制模式下不允许就机控制，用于保证采煤机操作的安全性。 ② 远程控制模式下，数据传输通讯失败的情况下，采煤机可快速保护锁定，不允许远控操作。 监控画面示意图如下： 1.2 电液控监测控制系统 在工作面电液控制系统的基础上，实现在集控室对液压支架运行的状态参数进行监控。主要监控功能有： ⑴实时监测功能 ①液压支架工况信息显示：每组液压支架的立柱压力、支架位置、推移行程、工作面倾角、护帮板位置、工作面推进度、支架动作状态。 ②工作面视频监测：视频播放选择、视频播放窗口、视频保存。 ③监测显示各组支架控制器工作状态、故障信息，采煤机位置、方向监测，主机与工作面控制系统通信状态； 6

⑵实时控制功能 ① 能够通过集控中心界面发出指令，控制液压支架跟机自动化启动、停止、急停功能。 ②单支架操作：通过集控室的支架控制器实现单组支架可视远程操作功能。 ③成组支架操作：通过集控室的支架控制器实现成组支架可视远程操作功能，如成组自动降-移-升、成组、推溜、成组护帮伸收、成组伸缩梁伸收等功能控制。 ⑶数据分析功能 根据采集的数据进行分析，实现与采煤机的联动。紧急情况进行报警、急停、闭锁。对液压支架压力数据、高度、推移行程曲线进行综合分析，形成该工作面的综合地质分析报告。 ⑷视频显示功能 通过点击界面上的视频摄像头可进行视频切换，从而根据需要显示不同的视频信息，对不同支架进行视频显示。 监控界面示意图： 1.3 刮板输送机、破碎机、转载机集控系统 主要是对刮板输送机、破碎机、转载机进行运行状态监测、视频监视和启停控制。 主要监控功能如下： ⑴显示刮板输送机、破碎机、转载机的启停状态、工作电流、工作电压。实现对刮板输送机、破碎机、转载机的集中控制； ⑵实现与皮带机的双向通信，实时获取皮带机的运行状态，若皮带机处于停止状态，给出报警信息并自动闭锁刮板输送机、破碎机、转载机； ⑶刮板输送机、破碎机、转载机开关状态显示，包括各个回路运行状态、电流大小、电压大小以及漏电、断相、过载等保护故障状态显示； ⑷可对刮板输送机、转载机、破碎机进行顺序远程起停控制，起动顺序：皮带机->破碎机->转载机->刮板输送机->采煤机；停止顺序：采煤机->刮板输送机-> 转载机->破碎机->皮带机。 监控界面示意图如下： 7

1.4 皮带机与泵站监测控制系统 1、皮带机监控系统 主要进行皮带机运行状态显示（包括皮带机电机电压、电流检测、功率显示、闭锁位置彩色图形显示、线路故障信息及位置显示、皮带机运行速度实时显示、保护（温度、烟雾、堆煤、红外、跑偏、速度、闭锁）传感器故障预警、位置显示）。能够联控一键式控制该工作面的运道皮带机、运斜皮带机等，实现顺煤流启动，能够正常停车和故障保护停车。能够实现就地单台控制、联锁自动控制两种控制方式。 主要功能框图如下： 皮带运输控制系统： ⑴实时监测功能 ① 实时监测显示皮带运输控制系统的启停状态、速度监测、温度监测、跑偏、堆煤、撕裂、烟雾。 ② 曲线图表：对皮带温度、堆煤、跑偏、电机电流、电机电压的数据形成实时曲线，方便工作人员对曲线数据分析。 ③ 显示皮带速度，皮带张紧压力。 ④ 显示皮带电机启动情况，电机电流，电压以及相关控制装置的情况。 ⑵实时控制功能 ① 能够实时远程控制皮带运输系统的启动/停止。 ② 可以通过皮带停止，皮带启动按钮控制皮带停起。 ③ 可以切换就地还是集控；手动还是检修。 监控画面示意： 8

2、泵站监控系统 泵站监控系统主要是接收并显示泵组的工变频运行状态、实时电压、电流、泵站出口压力、各种传感器状态、保护故障和开关故障信息显示并语音报警。主控计算机通过通讯线路将指令传输给泵站PLC控制中心，达到操控各台泵的启动、停止等功能。 功能框图如下： ⑴实时监测功能：包括运行状态、泵站压力、乳化液浓度、泵箱液位、油箱油位、各台泵组运行参数、变频器参数的监测。 ①运行状态：包括各泵站是否启动、乳化液浓度、液位高度和泵站各电磁阀动作情况。 ②泵站压力：由于泵站是整个工作面的动力,所以压力的实时监测至关重要。包括泵站进、出口压力。 ③乳化液浓度：包括液箱的乳化液浓度实时情况。 ④泵组参数：泵组的各台电机电压、电流、温度、油温、油压、蓄能器压力及运行状态的实时监测。实时监测显示乳化液浓度、油箱内液位、系统压力、进液流量、泵组润滑油油温、油压等参数。 ⑵实时控制功能，主要包括设备启停、变频控制、电磁阀、传感器四个方面。 ① 组合开关：包括各泵组的单台工变频启动、停止。 ② 变频器：能够根据工作面负荷调节泵站电动机的变频器频率，使电机加速或减速，实现功率平衡，使系统处于最佳运行状态。 ③ 电磁阀：能够控制泵站各电磁阀的开关动作，从而实现自动配水、自动反冲洗、手动卸压等功能操作。 ④ 系统可实现远程控制和就地控制。 ⑤ 传感器：采集泵组、油箱、液箱的监测数据，传输给泵站主控PLC，实现保护控制功能。 监控画面示意图： 9

2、 工作面各控制站 ➢ 该工作面共设三个控制站，分别是集控室监控主站（兼职监控工作面刮板输送机、转载机、破碎机运行信息及保护状态）、顺槽皮带机监控分站（监控顺槽皮带机运行信息及保护状态）、运斜皮带机监控分站（监控运斜皮带机运行信息及保护状态）。 ➢ 各监控站分别显示工作面设备（包括采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、皮带机等）的运行状态，并能够存储至少1个月的故障信息。 ➢ 可与矿井的计算机网络联网，将上述的相关数据上传至井下集控室主控计算机或自动化监控网络。 ➢ 能够联控一键式控制该工作面的采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、皮带机等，实现逆煤流启动，能够正常停车和故障保护停车。能够实现就地单台控制、联锁自动控制两种控制方式。 ➢ 能够实现全线急停闭锁、速度、堆煤、煤流探测、红外保护等功能，对于保护功能能够设置“允许/禁用”，能够达到正常停车、故障报警停车、断电停车、上电自复位人工手动启动等功能。 3、 地面监控中心 ➢ 地面综采自动化监测控制系统涵盖所有井下设备和环境状况的监测和显示，将井下工作面监测控制系统、井下外围监测控制系统、视频监控系统进行整合统一，建立统一的数据模型和数据结构，为将来将这些信息深度融合综合分析、完成综采自动化系统高级功能搭建完善的平台。 ➢ 显示工作面的运输设备（包括采煤机、电液控支架、刮板输送机、转载机、破碎机、皮带机、泵站等）的运行状态，能够进行故障报警，能够存储至少1个月的故障信息。 ➢ 可实现对井下综采工作面设备进行远程一键启动、停止、急停操作。 4、 视频系统 根据实际功能需求，将视频监控系统功能集成在采煤机、电液控支架、转载机集控、皮带控制系统的监控软件界面中。 在采面区域内每4组支架安装2台网络摄像仪，其中1台监视刮板输送机和采煤机运行通道，另1台监视液压支架状态，采面区域内共计38台网络摄像仪。外围重点及主要部位装设16台网络摄像仪，对井下综采工作面进行实时监视并在显示器上实时显示视频图像信息。 10

在井下集控室为主监控中心，能够监视该工作面所有视频画面；在转载机以外的运斜皮带机头为辅监控中心，能够监视该工作面转载机以外所有视频画面及外围重点部位的视频画面。相关视频信息在井下计算机上实时存储，并将视频同步上传至地面监控中心，达到能够实时观察井下综采工作面的情况，在联网状态下可查看综采工作面的以往录像（周期为4周内）。

监控界面示意图：

中滦科技 钱家营2074工作面综采自动化检测系统查询 打印 保存 帮助 位置>视频>工作面视频工作面视频监测支架视频监测煤机视频监测刮板视频监测三机视频监测转载破碎机视频监测皮带视频监测泵站视频监测开关视频监测工作面支架煤机刮板三机系统信息班次2013-06-03 16:18 星期一 晴 转载皮带泵站登陆 注销 你好，admin开关视频通信状态系统状态视频窗口13视频窗口主监测显示工作面参数：工作面安全标志视频窗口1 视频窗口2 视频窗口3 视频窗口23视频窗口报警记录序号123操作记录报警名称输入文本输入文本输入文本时间输入文本输入文本输入文本报警等级输入文本输入文本输入文本报警地点输入文本输入文本输入文本报警设备输入文本输入文本输入文本是否解除输入文本输入文本输入文本维护人员输入文本输入文本输入文本123维护操作视频窗口33视频窗口输入文本输入更多文本

技术关键：根据工艺要求，通过PLC程序、上位机组态编程及外部传感、驱动等设计配合，实现综采工作面设备的可靠启停及电液控根机自动化运行。

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工艺技术路线图： 开始现场调研、需求分析确定软件系统的基本功能及其工作环境图形界面的初步设计确定软件系统的编程参数与系统构架软件功能的详细设计软件仿真测试满足功能？否软件修改实验测试满足功能？否软件改进现场调试满足功能？否软件完善结束 12

项目实施进度安排： （1）对系统采用的工控机、操作系统、组态软件及编程方法等进行二次开发培训、论证、优化；-2013-11-15 （2）进行软件界面的初步设计，设计系统画面、操作连接点、动画功能等，并实现基本的监控功能；-2013-12-15 （3）统筹规划并设计系统中的数据参数、输入输出点数、数据词典、数据类型、数据库表及字段结构等内容；进行软件功能的详细设计，并通过软件仿真技术进行软件功能的初步测试，验证数据传输与通讯功能；-2013-12-30 （4）实验设备初装，进行监控软件的功能测试，在测试过程中进行软件的修正与完善；-2014-01-15 （5）与实际设备进行连接，进一步测试软件系统的通讯功能、显示功能与控制功能，进一步改进软件功能；-2014-01-31 （6）进行现场安装与调试，完成整个系统。 上述工作有些可以穿插进行，综合考虑完成该项目，大约需2个半月时间。 预 预计技术成国内先进 期 果水平 目 经济效益 标 增加产量 销售额 （万元） 利税 创汇 （万元） （万元） 创效益 （万元） 170 0 100 13

及 成 社会效益果 水 平 （包括安全、环保、节能、降耗、医疗保健及其他） 煤矿开采过程复杂，各设备作业条件复杂，动作多，且对动作顺序、准确性、响应速度等要求高。现有装备控制方式分散、可靠性低，不能实现快速、准确的配合，无法充分发挥设备性能，开采效率低。而且，现有装备获取的围岩、环境参数不够全面，操作以人为经验判断为主，容易发生设备损坏、安全隐患和增加煤炭损失等问题。只有通过自动化、智能化技术和手段将综采装备高度整合起来，形成高度统一智能化综采成套装备。打造“集约化、智能化、人性化、本质安全、绿色和谐”矿区，转变煤炭工业发展方式，引领煤炭工业健康发展方向。自动化开采开辟一条最佳的技术途径。 现有工作基础、特色、及优势： 多年以来，我们一直从事着以智能化矿井的工作，通过丰富的参与和工作，我们对整个煤炭矿井的整体和各子系统构架有着深刻的理解和掌握。目前，煤矿的综合自动化平台、井下环网、地面环网等已经成功建成，可以提供完善的数据交换管理技术与综采工作面自动化控制系统的数据进行无缝对接。

项目预算及筹措方式单位：万元 筹措方式 项目总预算 自筹 申请补助 年度 2013 年度投资 200 14

合计 项目预算表单位：万元 技术开发费 技术咨询费 技术服务费 技术鉴定费 研究试验费 型式试验费 25 10 20 生产设备 仪器仪表 实验设备 专利（申报）维持费 其他 200 15 10 5 合计 其中： 生产设备的用途、规格、型号、生产厂家、价格、购置单位自筹资金的落实情况等需要详细说明 285万元 15

参加研究的人员及分工 序姓号 名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 职称 职务 学历 专业 工作单位 项目分工 项目负责人简介 姓名 职称 职务 学历 现从事专业 联系电话 个人资历与业 16

绩 （限200字） 项目承担单位意见 负责人：（签字）年月日（盖章） 专业化公司意见 负责人：（签字）年月日（盖章） 主管部门意见 负责人：（签字）年月日（盖章） 其他需要说明的问题 17

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