摘  要：为了解决在煤矿井下，综采工作面机电设备手动操作指令不到位、不及时、不同步、浪费不必要的人力、物力、效率低下且面临安全隐患等问题，提出了煤矿井下综采工作面机电设备集中控制系统设计思路。在概述集中控制系统的基础上，从硬件设计、通信结构、电气控制系统、软件设计几部分展开探索，以期能够提高煤矿井下生产工作效率，同时，保障综采生产安全。

关键词：井下综采工作面；机电设备；集中控制系统

中图分类号：TM303   文献标识码：B   文章编号：1673-0097(2021)02-0003-02

0  引言

我国作为国际煤炭资源储量领先的国家，随着近年来我国经济发展趋势的逐渐改变，对煤炭能源的需求呈逐渐放缓趋势，但煤炭依然是我国主导能源之一。目前，煤矿井下综采工作开展中多数仍然借助手工控制，对煤炭资源的产量提升及实现企业安全生产造成严重影响^［1］。基于此，设计煤矿井下综采工作面机电设备集中控制系统，通过该系统实现各机电设备之间的联动协同工作，利于促进我国煤炭事业逐渐实现少人或无人自动化控制发展。

1  煤矿井下综采工作面机电设备集中控制系统概述

综采工作面集中控制系统设计，以对各电力设备的全面监测为系统基础，关键技术在于控制通信，控制就是系统的核心组成，只有实时监测综采工作面，才能拓展系统功能^［2］。想要实时监测综采工作面集中控制系统，就应建立设备集中控制系统平台和各电力设备之间的稳定通信网络，这样才够综合分析处理所监测数据。各机电设备之间协同运作，能够通过集中控制系统保障综采工作面设备运行的安全稳定性，保证系统设计的实时性、可视化、可拓展、通用性及存储多功能性，满足煤矿井下综采工作所需。

2  硬件控制结构设计

2.1  集中控制系统

在设计综采工作面大型设备集中控制系统中，考虑到如今我国多数综采工作面大型设备的智能型组合电器集中控制，应用最为广泛的集中控制开关就是HT6L1-400Z/1140，能够集中控制并保护综采工作面的刮板运输机、采煤机、装载机等设备。Modbus总线技术对煤矿井下综采工作面有较高应用占比，为了与Modbus总线兼容，在集中监控中应用PIC满足对电力设备的远程监控，即通过监控分站实时监测、控制并保护各个点击回路，并响应主站操作指令，及时上传各电力设备负载的运行参数，包括电压、电流、故障等^［3］。

2.2  集中控制智能组合设计

在集中控制系统设计中，应用HT6L1-400Z/1140集中控制智能组合电器，主要包括信号检测、采集、处理、转换控制方式、现实、PIC，能够对各电力设备组件的六路负荷实现独立控制保护。该集中控制系统还能够实现保护漏电闭锁、短路、过载、欠压、断相与过压等功能；包括单回路、多回路不同独立控制，还有单机、双机两种双速控制方式。以上四种控制运行方式具备系统稳定操作、可靠动作且智能化控制优势^［4］。控制系统主要由电磁阀控制箱、遥控接收器、显示箱、传感器、操作箱组成（见图1）。
集中控制系统设计能够完成多个电机设备的复合逻辑控制保护，并且调节电磁阀、本机、遥控多设备控制，以及图形显示和设备通信，控制综采工作面，以及监测保护液压系统与减速器齿轮润滑油。在控制箱设计中采用了集成控制器CAN、DP、Modbus三个现场总线。此外，在集中控制系统设计中，布设多个安全传感器，通过进行信号隔离转换，将集中控制信号传输至中央控制器（见图2）。
3  通信结构设计

在集中控制系统通信结构设计过程中，需要确保系统内全部控制设备可以作为CAN控制节点之一，通信组网内多设备的单片机智能组合开关，会受系统内部单片机软件影响，可以做到32台计算机共同联网，这样就可以满足煤矿井下综采工作面的多设备集中控制工作要求。在CAN集中控制中，想要做到多设备通信传输需要运用双绞线，双绞线连接传输的距离受速率影响，和集中控制通信传输速率呈反比。为了成功解决远距离和高速率之间的根本矛盾问题，此集中控制系统设计最终选用数字复用、光纤通信传输，这样能够有效提升集中控制系统的抗干扰水平。在本次系统设计中，运用计算机技术集中智能化控制多设备组合开关，并在CAN集中控制多设备下，由系统任何单片机智能组合开关，可以直接连接通信另外单片机智能组合开关，真正实现高速率、高效率、远距离的通信传输（见图3）。
4  电气控制设计

集中控制系统设计中的主回路控制器，需要设计与之相应的信号接口及外围处理线路，能够做到模块化软件共同支持作用下，完成周期性电量采样，并控制不同回路，实现对集中控制电机设备的过流、过热、过压、过载、断相等各类保护功能^［5］。中央控制器实现信号控制的同时，需要实现不同模块的DP通信，向中央控制器传送所控制设备的不同运行状态及相关参数（见图4）。
在该系统的PLC控制电路设计中，建立了上下位机通信连接及组态设计。经TCP/IP协议实现通信连接，运用下位机开机或自动检测通信是否中断，之后可自动进入建立通信连接状态，即下位机经UDP协议向上位机发送循环连接请求。假若上位机已成功接收开机连接需求，之后建立客户端及PLC端连接，向下位机成功发送信号^［6］。在设计系统自动化控制编程程序前，要对系统进行驱动器、轴组态，将组态设计程序启动，在将新设备插入之后编译组态；并且在编译过程中能够设计设备的基本参数，主要包括选择控制方式、设备功率模块、控制方式、通信格式等。且在本次系统设计中，PC串口通信和RS232通信信号，能够满足数据传送显示设备控制相关数据，前期预设临界值在智能监控中能够及时预警。

5  软件结构设计

在设计集中控制系统时，软件设计需经CAN网管处理计算机控制终端发出设备控制指令，之后向智能控制单片机组合开关发送相应的操作指令，并将指令通过响应程序经处理向计算机传输最终处理后的指令。该系统软件结构控制设计中，经CAN网关接口实现计算机控制终端和多设备单片机智能控制的通信，经CAN总线组合控制设备智能网关。CAN网关软件主要包括了主程序及中断程序两功能。CAN网关的总线控制程序内容，能够做到初始化设计及通信，并且可以应用MSComm控件，控制上位机和单片机智能控制开关，通过简单编程即可便于计算机终端与多设备的控制通信。此外，设计集中控制系统还包括检测软件，能够做到对设备运行诊断信息的处理和控制。

6  结束语

煤矿井下综采工作面设备设计集中控制系统，提高了机电设备的使用效率并减少了不必要的投入，充分运用自动化技术连接了综采工作面机电设备，实现了对多设备的集中控制。该集中控制系统包括了电气控制系统、硬件设计、通信结构、软件设计几部分，应用于煤矿井下生产工作中不仅能够提高工作效率，还可以保障煤矿井下综采生产安全，拥有良好的应用前景。

参考文献：

［1］张斐.煤矿井下综采工作面机电设备集中控制系统的设计［J］.机械管理开发,2018,33(4):138-139.

［2］梁春花.浅谈矿井工作面集中控制系统组成［J］.能源技术与管理,2018,43(1):174-175.

［3］丁俊龙.煤矿井下综采工作面自动化控制系统的设计与应用［J］.建筑工程技术与设计,2018,(20):2593.

［4］李志东.综采工作面智能化信息管理系统设计应用［J］.机械管理开发,2019(4):224-225.

［5］任永力,王文杰,焦文锦.基于PLC的煤矿井下工作面运输控制系统的研究与设计［J］.科技视界,2019(15):22-23.

［6］王润军.综采工作面机电设备安全管理及优化设计探讨［J］.能源技术与管理,2018(2):190-191.

收稿日期：2020-12-21

作者简介：马丽茹（1981-），女，山西长治人，讲师，主要研究方向：电工电子方面教学与研究.