煤矿自动化控制内.ppt

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1、煤矿自动化控制简介及发展前景课程的主要内容 煤矿自动化控制的意义 自动化控制专用名词解释 煤矿自动化控制主要内容 典型设备和系统的自动化控制原理 煤矿自动化控制现状及发展方向一、煤矿自动化控制的意义（一）是煤矿科技进步发展的必然趋势。煤矿科学技术发展进程经历的几个阶段：原始的人工作业机械化自动化信息化。自动化是以机械化为基础的，同时它奠定了信息化的基础。自动化、信息化、数字化的释义： 自动化机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。 信息化信息化就是计算机、通信和网络技术的全面应用 。 数字化数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数

2、字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。信息的数字化使信息传输简单快捷，避免干扰。 （二） 矿山自动化系统是建设“智慧矿山”的核心。自动化系统是完成矿山企业生产、安全、管理等自动化操作，应用现代电子技术和自动化技术对矿井生产过程、安全状况实现全面监视、控制、数据分析处理，使煤矿或者上层管理部门对煤矿生产的各个环节实现综合监控、调度指挥和管理，从而从底层到高层实现煤矿生产的“监、管、控”一体化，使得煤矿生产和管理更加科学高效。 （三）为企业带来极大效益。1.生产效率大幅提高（产量提升）；2.生产成本大

3、幅降低（材料消耗、劳动力减少）；3.减少资源浪费（资源回收率高，节约坑木等自然资源）；4.降低了安全成本。（五）减轻劳动者工作量，使人处于一种轻松、愉快的工作环境中。半自动控制可以实现近距离或远程一键操作。全自动可不需要人参与操作，完全由控制系统自动完成预定的工作（操作）。（四）提高了煤矿安全保障度。 1.将煤矿有安全危险的工作交给机器自动完成，将安全威胁降低到零。2.大大减少作业（操作）人员，人员伤亡的概率大大降低。3.将复杂的操作程序由自动控制系统自动完成，比人工操作要精准得多，可避免误操作事件发生。二、自动化控制专用名词解释 PLC是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械

4、或系统的生产过程。 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。对现场总线（Fieldbus）的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。 现场总线控制应用简图现场总线的特点及优点现场总线的特点及优点(1) 全数字化通信 (2) 开放型的互联网络 (3) 互可操作性与互用性 (4) 现场设备的智能化 (5) 系统结构的高度分散性 (6) 对现场环境的适应性 特点特点 现场控

5、制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。 通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。 功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。 控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。 优点优点 现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域； 一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用； 节省维护开销； 提高了系统的可靠性； 为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。 串行传输 是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度

6、较。 一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。 并行传输串行形容一下就是一条车道，而并行就是有8个车道同一时刻能传送8位（一个字节）数据。但是并不是并行快，由于8位通道之间的互相干扰。传输时速度就受到了限制。而且当传输出错时，要同时重新传8个位的数据。串口没有干扰，传输出错后重发一位就可以了。所以要比并口快。 以太网当前广泛使用，采用共享总线型传输媒体方式的局域网。它不是一种具体的网

7、络，是一种技术规范。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。 千兆以太网千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。 千兆技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。 局域网是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局

8、域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。 广域网也称远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。 模拟量是指变量在一定范围连续变化的量也就是在一定范围（定义域）内可以取任意值。数字量是分立量不是连续变化量只能取几个分立值，二进制数字变量只能取两个值。 开关量“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。开关量，指控制继电器的接通或者断开所对应的值，即“”和

9、“”。 AD转换器转换器(模数转换器模数转换器) 将输入的模拟将输入的模拟量（如量（如05V的直流电信号）转换为用无限的直流电信号）转换为用无限长的数字长的数字如如4.8213.(V) 来表示的装来表示的装置。置。三、煤矿自动控制主要内容 生产系统、设备自动化控制。 安全生产监管监控 办公（管理）自动化（一）生产系统、设备自动化控制主要包括：供电系统，提升系统，压风系统，主通风系统，排水系统，地面乳化泵站系统，采区（或工作面）生产系统及各系统的主要设备等。（二）安全生产监管监控主要包括：瓦斯监测系统人员定位系统透水、火灾等灾害专项监测系统工业视频系统（三）办公（管理）自动化主要包括：办公平台企

10、业ERP系统各专用管理子系统财务、供应、销售、调度、人力资源、统计等。四、煤矿典型自动化控制系统解决方案（一）采煤工作面监控系统（机械化采煤工采煤工作面监控系统（机械化采煤工作面）作面）1.被监控的主要设备：采煤机、刮板输送机、破碎机、转载机、顺槽胶带机；其他还有乳化液泵、喷雾泵、液压支架。2.监控内容：（1）系统内设备的开机和停止（自动开停顺序）。实现与矿调度中心通讯，实现数据上传；在调度中心监控站画面显示工作面生产工艺过程；可以实现工作面前后刮板输送机、破碎机、转载机及泵站设备顺序启停、闭锁控制功能。 （2）各单台设备运行状况监测及出现不正常状态进行保护。 如采煤机的牵引速度、方向、位置、

11、电机电流、电压、电机温度、缺水监测；液压支架的工作状况；监测泵站的工作状态、参数、故障信息；监测刮板机、转载机、破碎机运行状态及相关参数；监测被控电机工作电压，电流，温度，运行状态，故障状态；移动变电站电力参数。3.解决方案：采煤工作面监控系统由专门产品，如Promos控制系统、KTC101等。监控系统原理简图如下：采煤工作面监控原理简图 （二）提升控制系统提升控制系统 1.主要被控设备：提升机及井口、井底的信号、操车系统。2. 控制内容：（1）提升机开停及速度控制；（2）提升机各运行参数监测，对出现的不正常运行状态进行保护（煤矿安全规程中要求的所有保护）；（3）实现井口、井底信号与提升机闭锁

12、；（4）实现操车系统与信号系统闭锁；（5）实现对提升系统中各装置状态的监视。3.解决方案：（1）绞车的开停及速度采用变频器（或电阻调速控制系统）控制。变频调速：采用 PLC（一般为西门子S7-300）对变频器输出频率进行控制，实现对电机速度的控制。电阻调速：采用 PLC（主令控制器为轴编码器，原老式TKD系统采用鼓轮控制开关）对电机转子串接的电阻进行逐级切除，实现对电机速度的控制。（2）对提升机各运行参数（状态）的监控：以PLC控制器为中心，将各传感器输入的信号（模拟量或开关量）进行处理，再输出至显示装置显示（警示）或控制安全保护装置动作，实现对设备运行状态的监视和控制。主要的监控数据和状态有

13、：电流、电压、速度、位置、信号、各安全装置的状态等。（3）实现井口、井底信号与提升机闭锁：目前，通常是将信号系统与提升机控制系统做成两个独立的系统，但可以通过两个系统的相互连接实现信号闭锁。今后发展趋势是将信号系统与提升机控制系统统一为一个系统，便于安装和使用（4）实现操车系统与信号系统闭锁：提升信号系统与操车控制系统为同一个控制系统，统称为信号系统，采用PLC控制器实现操车系统与信号系统闭锁功能。（5）实现对提升系统中各装置状态的监视：PLC控制器将各种传感器输入的信号经过处理后输出至显示屏，直观地显示出各装置的状态。提升机PLC控制示意图（三）地面集中乳化泵站自动控制系 统1.主要功用及优

14、点（1）定压供液，确保工作面支柱初撑力精确达到设计值；（2）定量供液，减少设备空转，延长设备寿命和修理周期，节约用电；（3）集中供液，减少设备使用台数，节约设备购置资金和维修资金；（4）自动配液，确保乳化液质量，提高支柱使用寿命，延长修理周期；（5）自动控制，不需操作人员，保证设备安全运行。2.泵站原理简图NLSNLS来自自来水池自动控制单元变频控制单元乳化剂池电动机乳化液泵压力传感器总闸阀液位传感器乳化液浓度计乳化箱电磁闸阀电磁闸阀去工作面流量传感器电力电缆图例信号电缆管 道3.各功能实现原理（1）恒压自动控制原理：在该系统中，乳化泵的电机采用变频器控制，供液管网采用定压闭环控制。安装在蓄能

15、器上的压力传感器采集到的压力信号，经PLC计算后，转变为420mA的电流信号，输入至变频器的给定端，控制变频器的输出频率，调节乳化泵电机的转速，从而使乳化泵的流量变化，在保持系统压力基本恒定的条件下，实现节能运行。（2）定时开停机的控制原理：根据井下用液的时段设定PLC时钟程序，控制供液系统的运行与停止。当井下需要使用乳化液时，供液系统启动；当进入井下停止作业时段，供液系统停止运行。（3）自动补液原理和浓度跟踪调整原理 ：液位传感器采集乳化箱液位信号传输到PLC，PLC按设定的程序发出执行信号控制水泵和油泵的运行与停止。当液位达到设定的上限时，水泵和油泵停止运行；当液位到达设定的下限时，水泵和

16、油泵投入运行。安装在乳化箱内的浓度传感器采集乳化液的浓度信号传输到PLC，PLC按设定的程序发出执行信号分别控制水泵或油泵的运行与停止。当浓度低于设定值的10%时，油泵启动，向箱内加入乳化油；当浓度高于设定值的10%时，水泵启动，向箱内加入水。（四）矿井主扇风机自动控制系统简介1.控制系统设计原则：安全第一的原则（确保矿井风量恒定）；节电的原则（确保风机运行在高效区）；自动化监测和控制原则。2.控制系统原理简图2.控制系统主要功能及实现原理：（1）“按需供风”功能在通风网络阻力一定的情况下，变频器控制风机以一定的转速运行，保证矿井所需风量。当矿井通风阻力发生变化(可能是渐变或突变)或其它原因造成风机的“工作点”发生位移，风机风量发生了变化，当其偏移值达到设定值时（设定为Q1%5%），PLC控制器将风量传感器检测到的变量转化为控制信号，调控变频器频率，使风机转速变化，风机的风量也发生变化，当风量达到设定值时，则风机稳定在这一转速运行，从而保证风机的风量不变。 （2）变频调速节能功能 图中，假设风机叶片角不变，曲线（1）为风机在某一较高频率下（或工频）电源下以恒定转速n1运行的风压风量（H