CN105223881A - 连采工作面设备远程监测与控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连采工作面设备远程监测和控制系统，包括：上位机、以太环网平台、KZ-A控制柜、KZ-B控制柜、第一Modbus通讯模块和第二Modbus通讯模块；KZ-A控制柜通过以太环网平台接入到上位机，KZ-A控制柜中配置有处理器CPU，KZ-B控制柜为KZ-A控制柜的远程站，两者电缆连接；KZ-A控制柜通过第一Modbus通讯模块与现场设备电连接，KZ-B控制柜通过第二Modbus通讯模块与现场设备电连接。本发明的连采工作面设备远程监测和控制系统具有对连采工作面现场设备数据显示、远程控制和设备报警等功能，可以对现场设备的运行状态、电量等参数的数据进行远程监控，提高了矿井的自动化信息程度。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下连采工作面，具体涉及一种连采工作面设备远程监测与控制系统。
背景技术
连采工作面是一种集掘进、切割、行走、转运、喷雾灭尘、通风于一体的生产设备系统。当前我国连采技术向着大型化、高效化、国产化发展，但这些都是在井下就地生产模式下的改进，所有设备的控制，设备生产状况等均由就地岗位工操作。地面调度集控中心与井下连采生产现场通过电话沟通，导致地面调度集控中心无法实时掌握连采设备的运行、生产状况，连采生产系统数据无法保存、查询，无法生成数据报表，地面调度集控中心更无法远程控制连采工作面的相关设备。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种连采工作面设备远程监测与控制系统，实现连采工作面设备的远程监测和控制，提高系统自动化程度。
本发明提供了一种连采工作面设备远程监测和控制系统，其中，包括：上位机、以太环网平台、KZ-A控制柜、KZ-B控制柜、第一Modbus通讯模块和第二Modbus通讯模块；其中，KZ-A控制柜通过以太环网平台接入到上位机，KZ-A控制柜中配置有处理器CPU，KZ-B控制柜为KZ-A控制柜的远程站，两者以电缆连接；并且，KZ-A控制柜通过第一Modbus通讯模块与现场设备电连接，KZ-B控制柜通过第二Modbus通讯模块与现场设备电连接。
优选的是，其中，与KZ-A控制柜连接的现场设备包括：配电点移变高低压馈头、风机馈电开关、胶带机馈电开关、胶带机控制器和胶带机保护器。
优选的是，其中，与KZ-B控制柜连接的现场设备包括：连采机、馈电开关和给料破碎机控制器。
优选的是，其中，上位机采用人机界面HMI工作站，人机界面HMI工作站配置有PLC通讯驱动。
优选的是，其中，KZ-A控制柜和KZ-B控制柜内均设置有工业以太网交换机，用于接入以太网控制平台。
优选的是，其中，KZ-A控制柜和KZ-B控制柜通过以太网远程IO通讯。
优选的是，其中，KZ-A柜通过背板与第一Modbus通讯模块连接。
优选的是，其中，KZ-B柜通过背板与第二Modbus通讯模块连接。
优选的是，其中，第一Modbus通讯模块与现场设备采用主从通讯。
优选的是，其中，第二Modbus通讯模块与现场设备采用主从通讯。
本发明的连采工作面设备远程监测和控制系统具有对连采工作面现场设备数据显示、远程控制和设备报警等功能，可以对现场设备的运行状态、电量等参数的数据进行远程监控，提高了矿井的自动化信息程度，缩短了故障诊断时间，提高了生产效率，同时减少了岗位工人的现场操作，提高了矿井的安全性。
附图说明
图1是本发明的连采工作面设备远程监测和控制系统的架构图。
图2是本发明实施例的连采工作面设备远程监测和控制系统的结构框图。
图3是本发明实施例的连采工作面设备远程监测和控制系统的数据处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。
图1为本发明的连采工作面设备远程监测和控制系统100的结构框图，其包括：上位机110、以太环网平台150、KZ-A控制柜121、KZ-B控制柜122、第一Modbus通讯模块131和第二Modbus通讯模块132；其中，KZ-A控制柜121通过以太环网平台150接入到上位机110，KZ-A控制柜121中配置有处理器CPU，KZ-B控制柜122为KZ-A控制柜121的远程站，两者以电缆连接；并且，KZ-A控制柜121通过第一Modbus通讯模块131与现场设备电连接，KZ-B控制柜122通过第二Modbus通讯模块132与现场设备电连接。操作人员通过上位机110查看现场设备的运行状态参数、故障报警、历史记录等，并对现场设备进行远程控制。
其中，上位机110采用人机界面HMI工作站，其配置有对应的PLC通讯驱动，安装RSlinx，通过EtherNet/IP协议与PLC进行通讯，实现数据交换，从而实现数据显示和远程控制的功能。
其中，KZ-A控制柜121和KZ-B控制柜122内均设置有工业以太网交换机，用于接入以太环网平台150。工业以太网交换机可选用高性能的HirschMann系列网络交换机，具备高可靠性和互换性。
具体来看，在本发明的实施例中，根据连采工作面的设备布置情况，可将连采工作面划分为两个控制区域：A和B，对应设置防爆PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)控制柜：KZ-A和KZ-B；其中考虑到连采工作面的运行性质，在KZ-A中配置处理器CPU，KZ-B为KZ-A的远程站，两者以电缆连接，并通过以太网远程IO模块通讯，将KZ-B的地址映射到KZ-A中的处理器的约定内存地址，实现数据交换。
KZ-A柜121通过背板与第一Modbus通讯模块131连接，KZ-B柜122通过背板与第二Modbus通讯模块132连接。
参考图2，一方面，在本发明的实施例中，KZ-A控制的现场设备安装在连采胶带机头位置，位置相对比较固定，KZ-A控制的现场设备具体包括以下设备：
①配电点移变高低压馈头210，数量为4台，通过ModbusRTU通讯协议RS485接口接入KZ-A，1台型号为KBSGZY-120/10，用于给连采机、锚杆机和给料破碎机供电，1台型号为KBSGZY-630/10，用于给连采胶带机和工作面排水供电，2台型号为KBSGZY-200/10，用于给局部通风机供电，局部通风机设置为2台，一台备用；
②风机馈电开关250，数量为4台，其中3台型号为KBZ-200Ⅱ，1台型号为KBZ-400Ⅱ，用于控制局部通风机，通过非标准协议RS485接口接入KZ-A；
③胶带机馈电开关240，数量为1台，型号为BKD-400Z/1140，用于控制连采胶带机供电，通过ModbusRTU通讯协议RS485接口接入KZ-A；
④胶带机控制器230，数量为1套，型号为ZJT-250/660，用于控制连采胶带机的变频驱动，通过以太网通讯接口RJ45接入KZ-A；
⑤胶带机保护器220，数量为1套，型号为KJZ110-12/16，用于实现连采胶带机堆煤、跑偏及烟雾等保护，通过ModbusRTU通讯协议RS485接口接入KZ-A。
在本实施例中，风机馈电开关250通过RS485非标准自定义协议接入到KZ-A对应的接口模块中，在接口模块中实现协议的解析转换为EtherNet/IP的接口映射到CPU地址I/O区域，实现数据的交换。
在作业过程中，可将第一Modbus通讯模块131设置为主站，配电点移变高低压馈头210综保设置为从站，通过与综保的通讯，实现移变数据显示、远程控制、参数设置和报警等功能。
可将第一Modbus通讯模块131设置为主站，胶带机保护器220设置为从站，通过主从通讯，实现皮带保护显示功能。
可将第一Modbus通讯模块131设置为主站，胶带机控制器230设置为从站，通过主从通讯，实现变频数据显示、远程控制、参数设置和报警等功能。
可将第一Modbus通讯模块131设置为主站，胶带机馈电开关240综保设置为从站，通过主从通讯，实现馈电开关数据显示、远程控制、报警等功能。
参考图2，另一方面，在本发明的实施例中，KZ-B柜122控制的现场设备具体包括以下设备：
连采机(RPE)270，数量1台，型号为JOY12CM15-10DJM5238，用于掘进采煤，由动力电缆通过动力载波信号传输至RPE270后上传至地面，通过RJ45接口接入KZ-B柜122；
②馈电开关280，数量为4台，型号均为KBZ-400/1140，分别用于给连采机、锚杆机、梭车、给料破碎机停送电，四台馈电开关分别通过ModbusRTU通讯协议RS485接口接入KZ-B柜122；
③给料破碎机控制器260，数量为1台，型号为PZL460/150，用于梭车转运输煤至连采皮带，通过ModbusRTU通讯协议RS485接口接入KZ-B柜122。
其中，连采机RPE270通过RJ45接口接入KZ-B，通过人机界面HMI110的OPC(OLEforProcessControl，用于过程控制的对象连接与嵌入技术)客户端可直接访问RPE270的OPC服务器，实现连采机信息数据的采集显示功能。
在作业过程中，可将第二Modbus通讯模块132设置为主站，馈电开关280综保设置为从站，通过主从通讯，实现馈电开关280数据显示、远程控制、报警等功能。
可将第二Modbus通讯模块132设置为主站，给料破碎机控制器260设置为从站，通过主从通讯，实现给料破碎机的运行数据显示、远程控制和报警等功能。
在本发明的实施例中，KZ-A控制柜121的处理器可采用Controllogix系列PLC，其与Modbus通讯模块为背板通讯，相关数据流程如图3，首先PLC处理器状态逻辑字通过背板读取Modbus通讯模块输入映射区域，控制逻辑字通过背板写Modbus通讯模块输出映射区域，实现处理器和Modbus通讯模块的数据交换；然后Modbus通讯模块将输入、输出区域映射到模块内部数据存储，内部数据内存通过Modbus主站驱动逻辑通过RS232/RS485端口ModbusRTU协议与保护器通讯，实现数据交换。
在本发明的实施例中，可在人机界面HMI110中增加连采工作面相应的监控画面，对连采各监控设备动态监测，通过一张总图监测总体运行状态，在需要时点击进入二级画面，对具体的设备进行详细的数据监测，并实现控制操作。还可以显示各设备的运行状态和电量、工作面风量等参数。
在本发明的实施例中，ModbusRTU通讯接口通讯速率从110、150、300、600、1200、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps可选。
在本发明的实施例中，非标准通讯协议为厂家自定义通讯接口约定，对应模块配置满足通用设备最大通讯字要求。
在本发明的实施例中，人机界面刷新频率为1s，报警历史记录时间为3个月，每周记录为一个文件。
在本发明的实施例中，根据目前矿井已有的自动化系统平台，以统一平台、稳定可靠、可扩展性为原则选择现场设备。
表1列出了本发明实施例中KZ-A内的主要设备清单：
| 序号 | 设备名称 | 设备型号 | 数量 | 单位 |
| 1 | 机架 | 1756-A10 | 1 | 个 |
| 2 | 电源 | 1756-PB72 | 1 | 个 |
| 3 | CPU | 1756-L61 | 1 | 个 |
| 4 | 以太网模块 | 1756-ENBT | 1 | 个 |
| 5 | Modbus模块 | SST-SR4-CLX-RLL | 2 | 个 |
| 6 | 转换模块 | JARA | 8 | 个 |
| 7 | 输入模块 | 1756-IB16I | 1 | 个 |
| 8 | 输出模块 | 1756-OW16I | 1 | 个 |
| 9 | 36P接线臂 | 1756-TBCH | 2 | 个 |
| 10 | 通讯接口模块 | HG-104/OPC-EIP | 1 | 个 |
| 11 | 工业以太网交换机 | MS4128-L3E | 1 | 个 |
| 12 | 千兆插槽 | MM4-4TX/SFP | 1 | 个 |
| 13 | 光纤SFP模块 | M-SFP-LX/LC | 2 | 个 |
| 14 | 模块 | MM2-4TX14个电口 | 1 | 个 |
| 15 | 防爆箱 | 防爆PLC柜KJX1 | 1 | 台 |
| 16 | 矿用直流24V电源模块 | FD480，220AC，DC/24DC | 1 | 个 |
| 17 | 单相过滤过电压器 | PU IIIR 230V 6KV/32A | 1 | 个 |
表1
表2列出了本发明实施例中KZ-B内的主要设备清单：
| 序号 | 设备名称 | 设备型号 | 数量 | 单位 |
| 1 | 机架 | 1756-A10 | 1 | 个 |
| 2 | 电源 | 1756-PB72 | 1 | 个 |
| 3 | 以太网模块 | 1756-ENBT | 1 | 个 |
| 4 | Modbus模块 | SST-SR4-CLX-RLL | 1 | 个 |
| 5 | 转换模块 | JARA | 4 | 个 |
| 6 | 模拟量输入模块 | 1756-IF16 | 1 | 个 |
| 7 | 输入模块 | 1756-IB16I | 1 | 个 |
| 8 | 输出模块 | 1756-OW16I | 1 | 个 |
| 9 | 36P接线臂 | 1756-TBCH | 3 | 个 |
| 10 | 工业以太网交换机 | MS4128-L3E | 1 | 个 |
| 11 | 千兆插槽 | MM4-4TX/SFP | 1 | 个 |
| 12 | 光纤SFP模块 | M-SFP-LX/LC | 2 | 个 |
| 13 | 模块 | MM2-4TX14个电口 | 1 | 个 |
| 14 | 矿用本安型网络延伸器 | KCT18 | 2 | 台 |
| 15 | 防爆箱 | 防爆PLC柜KJX1 | 1 | 台 |
| 16 | 矿用直流24V电源模块 | FD480，220AC，DC/24DC | 1 | 个 |
| 17 | 单相过滤过电压器 | PU IIIR 230V 6KV/32A | 1 | 个 |
表2
表3列出了本发明实施例中KZ-A提供的接口清单：
表3
表4列出了本发明实施例中KZ-B提供的接口清单：
表4
采用本发明实施例的连采工作面设备远程监测和控制系统100，可实现以下功能：
√实现一条连采胶带机远程监控功能；
√实现连采配电点远程监控功能；
√实现局部通风机远程监控功能；
√实现给料破碎机远程监控功能；
√实现连采机远程监测功能(根据连采机提供的数据显示)；
√实现连采工作面馈电开关远程监控功能；
√故障报警功能；
√设备闭锁；
√对连采各监控设备动态监测，通过一张总图监测总体运行状态，在需要时点击进入二级画面，对具体的设备进行详细的数据监测，并实现控制操作；
√远程显示局扇、馈电、移变的运行状态、电量、工作面风量等参数。
本发明提供的连采工作面设备远程监测和控制系统100实现了连采工作面远程监测和控制，可提高矿井的自动化信息程度；还具有报警功能，缩短故障诊断时间；使数据得到保存，为更上层的应用提供数据基础；并且，能够减少岗位工的现场作业，提高矿井的安全性。
以上，结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，包括：上位机、以太环网平台、KZ-A控制柜、KZ-B控制柜、第一Modbus通讯模块和第二Modbus通讯模块；其中，KZ-A控制柜通过以太环网平台接入到上位机，KZ-A控制柜中配置有处理器CPU，KZ-B控制柜为KZ-A控制柜的远程站，两者以电缆连接；并且，KZ-A控制柜通过第一Modbus通讯模块与现场设备电连接，KZ-B控制柜通过第二Modbus通讯模块与现场设备电连接。
2.如权利要求1所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，与KZ-A控制柜连接的现场设备包括：配电点移变高低压馈头、风机馈电开关、胶带机馈电开关、胶带机控制器和胶带机保护器。
3.如权利要求1或2所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，与KZ-B控制柜连接的现场设备包括：连采机、馈电开关和给料破碎机控制器。
4.如权利要求1所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，上位机采用人机界面HMI工作站，人机界面HMI工作站配置有PLC通讯驱动。
5.如权利要求1所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，KZ-A控制柜和KZ-B控制柜内均设置有工业以太网交换机，用于接入以太网控制平台。
6.如权利要求5所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，KZ-A控制柜和KZ-B控制柜之间通过以太网远程IO通讯。
7.如权利要求1所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，KZ-A柜通过背板与第一Modbus通讯模块连接。
8.如权利要求7所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，KZ-B柜通过背板与第二Modbus通讯模块连接。
9.如权利要求1所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，第一Modbus通讯模块与现场设备采用主从通讯。
10.如权利要求9所述的连采工作面设备远程监测和控制系统，其特征在于，其中，第二Modbus通讯模块与现场设备采用主从通讯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160106 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |