淺析懸臂式掘進機的遠程操控技術

李亞南 白靜

摘要：惡劣的礦道環境給開挖工作環境帶來了諸如天然氣和地下滲透等環境問題，造成了頻繁的安全事故并威脅著駕駛員的生命。機車主體在挖掘工作中的大振動以及現場的大量灰塵都使駕駛員的操作非常困難，這不僅增加了勞動力，而且不能保證生產效率。隨著科技與技術的不斷發展，懸臂式掘進機遠程操作技術會越來越完善，生產效率會不斷提高，人員安全也會越來越有保障。

關鍵詞：懸臂式掘進機;遠程操控

一、傳統掘進機的限制

在掘進機采掘的傳統方法中，掘進機的駕駛員坐在機身的駕駛員座位上并在現場進行挖掘工作。一方面，惡劣的礦道環境給開挖工作環境帶來了諸如天然氣和地下滲透等環境問題，造成了頻繁的安全事故并威脅著駕駛員的生命。 另一方面，機車主體在挖掘工作中的大振動以及現場的大量灰塵都使駕駛員的操作非常困難，這不僅增加了勞動力，而且不能保證生產效率。

掘進機的發展不僅受機械、材料和制造業等基礎產業的發展影響，還取決于實際的生產需求。同時，由于新技術、新材料和新施工方法的改進和發展，掘進機的性能也在不斷提高。掘進機的當前研究成果主要體現在掘進機的重量和尺寸的不斷增加以及切割電機的功率的不斷提高，并且切割頭的形狀和切割齒的設計更加有效、合理。切削材料的研究、先進的機電和液壓控制系統的應用、傳感器檢測技術、自動控制方法理論以及模擬技術極大地改善了掘進機的性能和可靠性。

二、懸遠程操控的臂式掘進機

掘進機遠程控制系統的設計使掘進機實現了遠程控制功能，實現了人機分離和現場監控。它可以最大限度地提高露天礦的二次采礦業的需求，并達到投資少、利潤高的目標。當機器采煤時，人們在安全的手術室中操作掘進機，使其深入到煤壁中，完成采掘作業，避免人身傷害，提高安全性，實現煤礦安全生產。

懸臂式掘進機的設計要求深度為300米，并且機器在工作時會振動。控制模式分為自動控制模式和手動控制模式，可以通過兩種控制模式實現無干擾切換。遠程控制終端可以通過控制臺啟動自動操作或遠程手動控制。自動控制操作方式：通過人機操作界面更改系統的操作參數（煤礦技術人員輸入的切割高度和寬度參數），自動控制程序完成了在煤層工作面上的開采工作。手動控制工作模式：員工可以通過控制臺手柄按鈕等控制設備完成對路標的遠程控制。遠程線路控制系統提供駕駛條件的數據收集，處理和管理，包括諸如實時顯示車輛位置和運行狀態參數之類的功能。遠程線路控制系統具有現場操作狀態的視頻監視功能。使用高分辨率攝像頭設備和生產線控制臺對站點的運行狀態進行遠程監視和圖像處理，可以實時反映機器的運行狀態和過程。提供操作員執行狀態信息所需的場景。遠程線路控制系統具有系統范圍的警報和保護功能，具有系統故障報警功能，漏電保護，電機過流保護，過載保護等保護功能。

道路標頭遠程線控制系統主要包括傳感器檢測，控制系統，執行系統，視頻監視系統和顯示系統。1）傳感器檢測系統：通過傳感器收集人體數據信息，并發送到電子控制系統進行操作控制。車身數據信息主要包括電網電流，三個電機（油泵電機，切割電機，重印電機）的電壓和電流，控制閥油壓，車身姿勢信息，切割頭位置數據。2）控制方法：掃描輸入開關的狀態，收集傳感器檢測數據，對程序進行邏輯處理，以輸出控制量控制執行器，執行相應的操作，并在顯示屏上顯示狀態參數。該電子控制系統包括主機和主機。主機主要設計有一個人機交互界面，可以在顯示器上顯示狀態參數，并將手動設置的切削參數信息發送到主機。下面的計算機負責掃描輸入并收集傳感器數據。處理完程序后，控制執行系統完成裝入頭中的相關操作，并將某些計算出的狀態參數發送給主機。控制系統使用邏輯控制器PLC構成控制核心。PLC是專門為工業環境設計的控制器。各種機器和生產過程可以通過諸如邏輯運算和算術運算之類的操作來控制。它具有高可靠性，強大的防干擾功能以及特殊的程序處理流程。同時，原始路標電氣控制箱使用西門子PLC作為電動機保護控制核心，而西門子PLC作為邏輯控制器，則便于原始路標控制系統的轉換和集成。3）執行系統：接收控制信息和驅動機制以完成相關動作。執行系統主要由電磁閥和運動放大器卡組成。從控制系統輸出的運動控制信號通過運動放大器卡進行放大和調整，然后輸出到電磁閥以控制氣缸的操作。執行系統液壓缸馬達包括切割頭提升缸，切割頭旋轉缸，切割頭伸縮缸，挖掘機舉升缸，后支撐舉升缸以及各式馬達。4）視頻監控系統：收集實時視頻信息，存儲并發送到顯示器。視頻監控系統主要包括四個收集視頻圖像的攝像機，四個單芯光端機和硬盤錄像機 5）顯示系統：顯示實時視頻屏幕，身體狀況參數等。該顯示系統包括兩個監視器和一個液晶顯示器。操作室有兩個監視器，每個監視器顯示一個視頻屏幕和身體狀況參數。液晶顯示器位于人體的電氣控制箱上，并顯示人體狀況參數。

掘進機遠程控制系統使用可編程邏輯控制器（PLC）作為下部計算機，并使用工業計算機監視工作站作為上部計算機。上位計算機和下位計算機通過PPI協議進行通信。線控制系統采用緊湊的模塊結構，例如電源控制模塊，按鈕模塊，可編程控制器模塊，比例閥控制模塊和伺服電動機驅動模塊。該系統具有面向現場控制目標的出色實時性能以及在工業環境中強大的抗干擾能力。線路控制系統具有兩種控制模式：自動和手動。在自動操作模式下，操作員直接在指定的工作條件下啟動自動操作模式，并根據預定的切割程序自動執行路頭，以實現遠程自動控制。在手動模式下，操作員可通過操作控制臺遠程完成采礦工作并操作設備。

三、小結

國內外在懸臂式掘進機智能控制和遠程控制方面取得了重大進展，有效地提高了煤礦綜合開采業務的質量和效率。但是，由于煤礦環境的限制，在地下礦道上難以在地面上使用某些精確的地面定位技術，從而導致在操作過程中懸臂式掘進機的定位，定向仍然有許多緊急問題需要解決。但是隨著科技與技術的不斷發展，懸臂式掘進機遠程操作技術會越來越完善。

參考文獻

[1]曲廣財. 掘進機遠程控制系統及其保護功能的設計[J]. 機電工程技術，2019，48（07）：134-135.

[2]張旭輝，劉永偉，毛清華，楊文娟. 煤礦懸臂式掘進機智能控制技術研究及進展[J]. 重型機械，2018，（02）：22-27.

作者簡介：李亞南（1983-6），男，安徽省碭山縣，研究方向：機械;白靜（1989-3），女，遼寧省海城市，研究方向：機械