智能化工作面系統可靠性研究

閻 偉

（山西西山煤電福利有限公司，山西 太原030053）

引言

目前我國智能化工作面仍處于起步階段，所以對工作面智能化控制系統進行研究是十分有必要的[1-2]。此前牛云鵬[3]針對工作面缺乏自動分析移動目標的問題，設計了綜采工作面視頻分析系統，設計的系統可有效實現工作面的實時監控及操縱，有效地提高了綜采工作面監管水平。劉鳳偉[4]設計了全系統智能化控制系統，控制系統由液壓支架、端頭支架、刮扳機、帶式輸送機、采煤機、破碎機、自動化控制系統等組成，為實現采煤工作面智能化作出了一定的貢獻。本文將對智能化工作面系統的構建及智能化系統的可靠性進行研究。

1 智能化工作面系統的劃分

一般來說，智能工作面系統可以分為集控系統、工作面監控系統、設備姿態監測系統、通訊網絡系統等。各個系統間靠著網絡進行數據的交換。由于系統劃分不明確造成智能化工作面系統的整體性大打折扣，所以先對子系統進行分析。

工作面集控系統布置在工作面順槽位置，配置操作員和控制器兩車廂。在操作車廂布置7臺顯示器和6臺計算機，以實現遠程監控及參數設置。控制器車廂是整個集控系統的重要位置，用于完成與子系統的數據交換。控制器車廂有3臺以太網交換機和2臺PLC控制器，順槽監控系統示意圖如1所示。

圖1 順槽監控系統示意圖

采煤機控制系統是對采煤機運行過程、運行狀態、故障預警及診斷等進行多位一體的控制系統。通過在采煤機安裝感知元件及對感知元件進行分析，將分析數據傳輸至調度人員。采煤機控制系統中核心部位是智能型采煤機，智能型采煤機采用多電機橫向布置，適用于大采高中硬煤層開采[5]。

支架圍巖電液控制系統是由支架控制單元構成，在每個支架上布置壓力傳感器、電磁驅動器、支架控制器等。支架控制單元通過連接器進行連接，構建完整網絡系統。其硬件主要包括電源、隔離器、行程傳感器、網絡傳感器、電纜等。

工作面狀態視頻監測系統是通過在采煤機、超前支架、液壓支架和轉載機上布置攝像頭以達到實時監控綜采面的可視化作業。

通訊網絡是在工作面環向布置防爆交換機，用于網路的接入，在工作面形成局域網。

智能負荷中心主要是由防爆移動變電站、干式變壓器及組合開關組成，移動的變電站將三個部分通過法蘭進行連接，組成移動變電站三位一體的結構。

智能集成供液系統可以根據用戶的要求進行泵站的配比，通過PLC智能控制等硬件實現泵站的自動控制，實現壓力系統控制的自動化，保證系統壓力的穩定輸出及運行。

2 智能化工作面可靠性分析

對智能工作面進行可靠性研究，選擇模糊可靠性的判斷方法對其進行研究。智能工作面的可靠性受到煤層傾角、工作面布置參數、機械型號等因素的影響。這些因素使得工作面的可靠性存在一定的模糊性，所以利用模糊法對智能工作面可靠性進行研究。

對智能化工作面可靠性評價指標進行建立，設計評價指標的原則為科學性原則、可行性原則、系統性原則、動態性原則、目標導向性原則。確保評價指標的可行性及可靠性。在對智能化工作面的評價指標進行建立時需要將智能化工作面所不具備的指標進行提前的排除，同時將評價系統中較為相似的指標進行合理地表示，再評價復雜的系統時進行分層次地獨立評價，避免評價結果的可靠性下降。智能化工作面系統評價體系如圖2所示。

圖2 智能化工作面系統評價體系

完成智能化工作面系統評價體系建立后對內部7個子系統進行評價體系的建立，在進行順槽集控中心評價分析時需要考慮工作面的一鍵啟停、閉鎖系統和工作面擴播、工作面員工監測系統、照明系統及監控系統等的評價指標分析；采煤機智能控制系統對GIS定位、煤巖識別系統、采煤機自動調節等進行評價；支架圍巖電液控制系統需要對支架姿態識別控制系統、智能移架自動調直系統、移架速度分析系統等進行評價指標的設定[3-4]；工作面狀態監控系統需要對設備基礎信息查詢系統、遠程診斷系統、工作面降塵系統礦壓監測管理系統進行評價指標的設置；智能通訊網絡系統需要對有線通訊基站、有線設備接口、無線通訊基站等評價指標進行設置；礦用智能負載系統的二級評價指標主要對移動變電站、過流保護系統等進行設定；泵站自動化控制系統需要對電纜連接、泵站狀態監測、乳化液自動配比等進行評價指標設置。

利用模糊數學對智能工作面的可靠性進行評價，將評價等級可以分為非常可靠、較為可靠、一般可靠、不可靠和極不可靠。根據七個子系統的模糊評價結果建立智能工作面評價矩陣如下所示：

子系統的權重向量表示為：

所以可以得到智能化系統的模糊綜合評價向量：

根據評價向量可以得出智能化子系統非常可靠的隸屬度0.221 9，較為可靠0.234 1，一般可靠0.292 8，不可靠0.189 0，極不可靠0.061 8。根據隸屬度原則可以得出，智能化工作面的評價結果為一般可靠，并接近比較可靠[5]。

3 結論

智能化工作面包括集控系統、工作面監控系統、設備姿態監測系統、通訊網絡系統等七個系統，通過模糊數學的方法對七個子系統的評價指標進行研究，結果顯示該系統接近比較可靠。