一种煤矿综采工作面自动化控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种煤矿综采工作面自动化控制系统及其控制方法，包括井下设备控制层，用于获取并上传井下设备的运行数据，以及接收并执行集控中心发送的控制指令；集控中心层，用于接收井下设备控制层发送的运行数据，分析处理运行数据并向井下设备控制层下发控制指令，以及向地面调度指挥中心层上传井下设备的运行数据；地面调度指挥中心层，用于接收集控中心层发送的井下设备的运行数据，向集控中心层发送针对井下设备控制的远程控制指令。通过本发明专利技术的技术方案，将自动化综采工作面技术推进到智能实用化阶段，并且采用5G无线通讯能实现更快传输和加长传输距离，通信信号更加稳定，并且传输效率高，能够达到实时监控的目的。能够达到实时监控的目的。能够达到实时监控的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿综采工作面自动化控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于煤矿采集设备领域，具体地说涉及一种煤矿综采工作面自动化控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]由于煤矿开采作业通常在很深的地下进行，地形结构较为复杂，稍有不慎就会发生坍塌等事故，对开采煤矿的工作人员造成极大的安全隐患，这促使自动化采煤系统的发展。目前自动化采煤系统主要流行的是综采工作面局部自动化、综采工作面半自动化和综采工作面全自动化。
[0003]综采工作面局部自动化是指在综采工作面中，某一种或几种设备自身在不受外界条件影响下可实现自动化动作，而不需要人工操作。如支架电液控制系统的跟机拉架、自动降、移、升等；采煤机的牵引速度自动调节、滚筒的记忆切割、刮板输送机的自动张紧等。局部自动化只能提高单品种设备的自动化程度，在一定程度上减轻矿工的劳动强度，不能明显减少作业人员，但它是自动化工作面的基础。局部自动化的这些自动控制项目都是机械设备根据自身动作规律进行小范围自动调节和控制，其动作条件是假设周边条件不变的情况下进行的，在地面演示或在煤层非常稳定的条件下也可以实现整个工作面自动化，但从控制原理上看，它是属于“开环控制”。但在实际应用中由于工作面生产条件经常受地质条件变化、设备之间时空关系的变化等影响，“开环控制”很难正常工作。要实现整个工作面的自动化运行，仅有局部自动化功能是不够的，因为综采工作面是很多机械联动，地质条件也是随时变化的。
[0004]综采工作面半自动化是指在局部设备具备部分单机自动化功能的前提下，在工作面端头进行由人工干预的控制，根据具体情况，又分2种情况：
①
在条件理想化的情况下，工作面的中间段由端头控制中心控制单机(局部机械)实现自动化运行，
②
在条件发生变化的情况下或复杂工艺段，可在端头控制中心根据视频信号，进行人员远程操作，如情况复杂，人员可进入工作面进行直接干预，但该控制仍然必须人员的现场操作。
[0005]综采工作面全自动化应该具备较高水平的自动化控制功能，基本实现采煤的无人化。从工艺设计开始(如斜切进刀、割三角煤、扫底煤、自动调高等)，到各设备之间的协调控制(如自动配液、顺序启动、集中送电、滚筒自动调高、自动拉架推溜、自移机尾、链条设备自动张紧、工作面一键启停、设备干涉自动检测等)；采用无线通信、视频跟机监控、图像自动拼接等技术；所有操作都在工作面控制中心协调完成。综采工作面全自动化系统还有很多不完善的地方，导致各系统相互协调仍会有很多问题，并且仍需要人的监控，目前还不能达到无人化的技术水准。
[0006]因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种煤矿综采工作面自动
化控制系统及其控制方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种煤矿综采工作面自动化控制系统，包括：
[0010]井下设备控制层，用于获取并上传井下设备的运行数据，以及接收并执行集控中心发送的控制指令；
[0011]集控中心层，用于接收井下设备控制层发送的运行数据，分析处理运行数据并向井下设备控制层下发控制指令，以及向地面调度指挥中心层上传井下设备的运行数据；
[0012]地面调度指挥中心层，用于接收集控中心层发送的井下设备的运行数据，向集控中心层发送针对井下设备控制的远程控制指令。
[0013]进一步的，所述井下设备控制层包括采煤工作面相关的生产、运输和支护设备的控制PLC，所述控制PLC与集控中心层建立5G通信连接，接收并执行集控中心层发送的控制指令。
[0014]进一步的，所述井下设备控制层包括对应采煤工作面相关的生产、运输和支护设备设置的用于获取相应设备状态数据的感测装置，各感测装置与对应的控制PLC通信连接。
[0015]进一步的，所述井下设备控制层包括用于采集采煤工作面相关的生产、运输和支护设备实时画面的摄像装置，摄像装置与集控中心层通信连接。
[0016]进一步的，集控中心层包括：
[0017]集控通信模块，用于分别与井下设备控制层和地面调度指挥中心层通信连接；
[0018]信号处理模块，用于解析并处理由集控通信模块所接收的通信数据；
[0019]分析模块，用于分析处理井下设备控制层发送的设备运行数据，并基于分析结果计算得到控制指令；
[0020]执行模块，用于将分析模块计算得到控制指令、或通过集控通信模块接收到的地面调度指挥中心层发送的远程控制指令发送至井下设备控制层。
[0021]进一步的，所述井下设备控制层与集控中心层的5G通信连接是以KT517－F矿用本安型无线通信基站建立的5G无线通讯。
[0022]一种煤矿综采工作面自动化控制系统实现的控制方法，包括：
[0023]井下设备控制层实时上传监测数据至集控中心层；
[0024]集控中心层对各监测数据进行识别判断，将其中判断为异常监测数据的，按照预设关联逻辑，查找与当前异常监测数据相符合的异常事件；
[0025]基于所查找到的异常事件在决策数据库中调用相应的控制指令；
[0026]将控制指令发送至相应的井下设备控制层对设备运行进行控制。
[0027]进一步的，当集控中心层判断与异常事件关联的其中部分监测数据存在异常时，则向井下设备控制层发送调用当前与异常事件关联的其余监测数据的请求，接收并对井下设备控制层发送的与异常事件关联的其余监测数据进行关联逻辑判断，判断异常事件的发生概率，其中，异常事件发生概率与该异常事件关联的监测数据匹配程度成正比，异常事件关联的各监测数据具有不同的权重，不同权重的监测数据对异常事件发生概率的影响程度不同。
[0028]进一步的，地面调度指挥中心层发送的远程控制指令的优先级高于集控中心层生成的控制指令优先级，当集控中心层接收到地面调度指挥中心层发送的远程控制指令后，
查找该远程控制指令所对应的井下设备控制层是否正在执行集控中心层的控制指令，若是，则将远程控制指令发送至井下设备控制层覆盖原有的控制指令，由井下设备控制层执行远程控制指令。
[0029]进一步的，集控中心层所查找到异常事件为预设重大异常事件库中项目，或者异常事件的发生概率位于无法做出有效判断的预设模糊概率范围内，则集控中心层向地面调度指挥中心层发送远程协助请求，所述远程协助请求中包括相关监测数据和集控中心层判断分析结果；
[0030]地面调度指挥中心层基于请求做出分析判断，并向集控中心层发送远程控制指令，集控中心层向井下设备控制层下发远程控制指令。
[0031]有益效果：
[0032]通过本专利技术煤矿综采工作面的自动化技术方案，将自动化综采工作面技术推进到智能实用化阶段。从优化工艺开始，建立系统控制概念，避免不同设备厂家单打独斗的现象，真正实现综采工作面的自动化运行，实现无人和少人化作业，从而把采煤工人从恶劣环境中解放出来，并且将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿综采工作面自动化控制系统，其特征在于，包括：井下设备控制层，用于获取并上传井下设备的运行数据，以及接收并执行集控中心发送的控制指令；集控中心层，用于接收井下设备控制层发送的运行数据，分析处理运行数据并向井下设备控制层下发控制指令，以及向地面调度指挥中心层上传井下设备的运行数据；地面调度指挥中心层，用于接收集控中心层发送的井下设备的运行数据，向集控中心层发送针对井下设备控制的远程控制指令。2.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面自动化控制系统，其特征在于，所述井下设备控制层包括采煤工作面相关的生产、运输和支护设备的控制PLC，所述控制PLC与集控中心层建立5G通信连接，接收并执行集控中心层发送的控制指令。3.根据权利要求2所述的煤矿综采工作面自动化控制系统，其特征在于，所述井下设备控制层包括对应采煤工作面相关的生产、运输和支护设备设置的用于获取相应设备状态数据的感测装置，各感测装置与对应的控制PLC通信连接。4.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面自动化控制系统，其特征在于，所述井下设备控制层包括用于采集采煤工作面相关的生产、运输和支护设备实时画面的摄像装置，摄像装置与集控中心层通信连接。5.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面自动化控制系统，其特征在于，集控中心层包括：集控通信模块，用于分别与井下设备控制层和地面调度指挥中心层通信连接；信号处理模块，用于解析并处理由集控通信模块所接收的通信数据；分析模块，用于分析处理井下设备控制层发送的设备运行数据，并基于分析结果计算得到控制指令；执行模块，用于将分析模块计算得到控制指令、或通过集控通信模块接收到的地面调度指挥中心层发送的远程控制指令发送至井下设备控制层。6.根据权利要求2所述的煤矿综采工作面自动化控制系统，其特征在于，所述井下设备控制层与集控中心层的5G通信连接是以KT517－F矿用本安型无线通信基站建立的5G无线通讯。7.一种基于权利要求1－6任一项所述煤矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文琦，王志洋，于长青，殷宝雷，刘成云，杨超，庞振兴，
申请(专利权)人：郑州煤机智能工作面科技有限公司，
类型：发明
国别省市：