EBZ160 型礦用掘進機遠程線控制系統的應用研究

李鵬

（山西天地王坡煤業有限公司，山西 晉城 048021）

1 概 況

礦用掘進機是煤礦開采中的關鍵設備，但井下開采環境惡劣，存在粉塵聚集、瓦斯濃度過高、巷道光線較暗、工作氣溫較高等問題，掘進機在作業時容易出現無法正常掘進、設備振動、停機等異常事故。王坡煤業掘進機的整體自動化水平較低，當掘進機出現異常事故時，無法進行遠程控制及停機操作。為此，以該礦EBZ160 型掘進機為分析對象，開展了遠程控制系統的總體設計及關鍵系統研究。

2 現有掘進機控制系統狀態分析

王坡煤業EBZ160 型掘進機雖然實現了自身的控制系統操作，但在實際使用中仍存在較多問題，且整體的自動化程度相對較低。

（1） 控制系統僅實現了對掘進機異常情況緊急停機操作及電機溫度過高的故障報警，而且這些操作主要集中在設備主體上，無法對掘進機的遠程控制。

（2） 掘進機中信號傳輸結構相對單一，接口數量較少，對其進行系統升級改進時，無法實現系統功能的擴展，具有一定的局限性。

（3） 掘進機僅實現了自身設備上的部分控制操作，未設計遠程控制監控中心及平臺，出現異常現象后的相關信息無法實時傳輸顯示，操作人員無法第一時間采取相關應急措施。

（4） 控制系統中電壓、溫度等檢測儀器功能較為單一，精度較低，在運行過程中容易出現信息誤報或延遲現象。

（5） 控制系統未設計過壓保護、過流保護、設備運行監控等功能，無法實現對掘進機設備的全方面安全保護。

3 控制系統總體方案設計

設計的遠程控制包括電控系統、執行系統、傳感檢測、視頻監視系統等，整套遠程控制系統的結構如圖1 所示。

圖1 掘進機遠程控制系統結構框架Fig.1 Structural framework of remote control system of roadheader

傳感檢測部分主要負責對掘進機中的油泵電流、電壓、升降油缸位移、伸縮油缸位移、激光測距離、伸縮油缸位移等方面進行檢測，通過傳感器中的RS485 接口將檢測信號傳輸至電控系統。電控系統主要由PLC、上機位等組成，PLC 采用西門子S7-300 系列，負責A/D 信號轉換、數據分析、運算、判斷及執行命令發送等，分析處理后的控制命令通過控制開關量傳輸至比例電磁閥中，實現對電機正反轉的控制；各類狀態參數則直接傳輸至上機位中，經過RS485 通訊接口傳輸后在顯示器中進行實時顯示。顯示器中設計了電源、油泵啟停、電機正反轉、緊急制動等相關控制按鈕，能對掘進機的作業狀態進行遠程操作控制。在掘進機機身上設計了視頻監控器，包括4 個攝像頭、單芯光端機、硬盤錄像機等配件，實時采集掘進機的工作狀態，并在顯示器中實時顯示。

4 控制系統關鍵部件設計

4.1 電氣控制箱的改造設計

電氣控制箱是整個控制系統的關鍵部分，采用PLC 控制系統，匹配相關的檢測儀器，能對掘進機電流、電壓、井下瓦斯濃度等進行實時檢測，并通過設計的TD210 型液晶顯示器進行顯示。控制箱中的相關信號通過PLC-M1 將信號傳遞至遠程操作臺中，實現對掘進機中油泵電機、轉載電機、截割電機等設備的遠程控制。改造后的電氣控制箱原理如圖2 所示。

圖2 改造后電氣控制箱原理Fig.2 Principle of electrical control box after modification

4.2 直線傳感器選型設計

采用KS20 型直線傳感器，測量行程0～650 mm，輸出信號5～20 mA，行程測量精度0.01%，工作電壓DC24V，采用四線制進行信號輸出，內部的轉換電路采用外置帶隔離設計，具有較高的運行穩定性及較高的檢測精度。KS20 型直線傳感器如圖3 所示。

圖3 KS20 型直線傳感器Fig.3 KS20 linear sensor

4.3 遠程操作臺的設計

遠程操作臺安裝在監控中心，包括顯示器、操作面板、PLC-M1 控制組件等。PLC-M1 控制組件設計了 1 個 EM221 的 DI 輸入模塊和 1 臺CPU224XP，能實時接收操作面板上發出的控制信號。操作面板設計了電源、復位、急停、油泵啟停、轉載啟動、截割停止等功能按鈕，人員可通過操作面板上的按鈕，實現對掘進機作業狀態的操作控制。操作臺的按鈕面板如圖4 所示。

5 結 語

將該系統集成到EBZ160 型掘進機中，在王坡煤業進行了現場應用測試，電氣控制箱采用凸輪機構對箱體進行隔爆密封。通過測試得出，該遠程控制系統信號采集、信號顯示、設備作業狀態顯示、設備異常故障報警及設備運行狀態監控等方面的功能運行良好，顯示界面清晰度高，掘進機運行參數采集精度高。與現有控制系統相比，人員只需在監控中心即可實現對掘進機設備的遠程監測與操作控制，降低了勞動強度，提高設備作業效率及井下作業安全。

圖4 遠程操作臺按鈕面板Fig.4 Remote console button panel