煤礦掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)研究

張鵬

摘要：針對(duì)礦井復(fù)雜、危險(xiǎn)程度高的特點(diǎn)，本文以某礦井掘進(jìn)機(jī)為例，對(duì)其遙控系統(tǒng)構(gòu)成和智能化改造流程進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了遠(yuǎn)程智能構(gòu)架的設(shè)計(jì)。根據(jù)控制原理，實(shí)現(xiàn)礦井掘進(jìn)機(jī)的遙控智能控制，實(shí)現(xiàn)礦井掘進(jìn)機(jī)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、鏟板、截割、支撐等操作的遠(yuǎn)程智能化控制。為礦井掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程智能控制提供了技術(shù)支撐和借鑒。

關(guān)鍵詞：礦井掘進(jìn)機(jī);遙控系統(tǒng);智能架構(gòu);智能控制;技術(shù)支撐

1.煤礦掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成及智能化升級(jí)

煤礦掘進(jìn)機(jī)是礦井掘進(jìn)作業(yè)中的一種機(jī)械化設(shè)備，它的工作性能和智能控制水平直接影響著礦井的施工效率和安全。煤礦中因含有易燃?xì)怏w等易爆炸氣體，對(duì)煤礦的設(shè)備和控制系統(tǒng)的電子元件等有很高的要求。礦井掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括掘進(jìn)機(jī)，高清攝像頭，中繼站，礦井控制中心，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，遠(yuǎn)程遙控，地面總控中心，掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于礦井內(nèi)含有易燃、易爆的氣體，所以對(duì)掘進(jìn)機(jī)、高清攝像頭、中繼站、控制中心等設(shè)備必須具備防爆性能，因此機(jī)械硬件、控制軟件及連接系統(tǒng)必須具備很強(qiáng)的防爆性和抗干擾能力。在掘進(jìn)機(jī)上和礦井內(nèi)裝有高清攝像機(jī)，實(shí)時(shí)獲取掘進(jìn)機(jī)周圍環(huán)境特征、參數(shù)以及掘進(jìn)機(jī)的主要參數(shù)，并通過(guò)中繼站和傳輸線向礦井控制中心發(fā)送數(shù)據(jù);將可視化、掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)、慣性導(dǎo)航、自動(dòng)掘進(jìn)機(jī)等控制技術(shù)應(yīng)用于礦井掘進(jìn)機(jī)的遙控。礦井掘進(jìn)機(jī)的遙控智能提升主要包括三個(gè)發(fā)展階段：在線集中控制、遙控開(kāi)采、更深入的智能控制。（1）掘進(jìn)機(jī)的聯(lián)機(jī)集中控制主要是使掘進(jìn)機(jī)的設(shè)備聯(lián)機(jī)集中控制，使掘進(jìn)機(jī)的高產(chǎn)、高效、自動(dòng)化運(yùn)行;（2）在聯(lián)機(jī)集中控制的基礎(chǔ)上，增加了順槽、地面遠(yuǎn)程控制等遠(yuǎn)程遙控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程遙控;（3）對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行更深層次的智能化控制，在線集中控制和遠(yuǎn)程遙控的基礎(chǔ)上，添加更多的傳感器、反饋系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能自動(dòng)化控制，可以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)無(wú)人化工作。

2.煤礦掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制

煤礦掘進(jìn)機(jī)的遙控主要包括：地面上的視頻監(jiān)控中心、總控中心、數(shù)據(jù)采集與處理;防爆控制中心主要由 CAN總線轉(zhuǎn)換、遙控接收機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、擴(kuò)展模塊、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等構(gòu)成，其中運(yùn)動(dòng)控制器主要實(shí)現(xiàn)電流、電壓、液位、溫度、泊位和姿態(tài)控制;該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，如視頻、遠(yuǎn)程遙控、運(yùn)動(dòng)控制（電流，電壓，液位，泄漏，溫度，泊位），電氣控制，電磁閥控制，以及姿態(tài)和慣性導(dǎo)航。該系統(tǒng)包括：掘進(jìn)機(jī)總控中心，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，激光接收器，激光數(shù)據(jù)采集器，無(wú)線中繼控制中心，無(wú)線中繼站，有線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，遠(yuǎn)程控制中心，慣性導(dǎo)航，電流，電壓，液位，漏電，溫度，泊位，等等。利用激光接收機(jī)、掘進(jìn)機(jī)總控中心、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、無(wú)線中繼控制中心、無(wú)線中繼控制中心、無(wú)線中繼站、有限網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、遠(yuǎn)程控制中心等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程智能控制。所研制的礦井掘進(jìn)機(jī)智能遙控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦井掘進(jìn)機(jī)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、鏟板、截割、支撐等操作的遙控智能控制，并利用遙控智能控制，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)高效高產(chǎn)、自動(dòng)智能運(yùn)行。

3.煤礦掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)解決的幾大問(wèn)題

3.1掘進(jìn)機(jī)自身定位和定向的問(wèn)題

在進(jìn)行煤礦掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，可以有效地利用慣性導(dǎo)航和激光測(cè)距傳感器相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的定位和定向。在不依靠外界信息的情況下，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供自身的定位、定向和姿態(tài)。

3.2自動(dòng)化程度不夠，切割質(zhì)量差

利用慣性導(dǎo)航技術(shù)，結(jié)合掘進(jìn)機(jī)截割部的旋轉(zhuǎn)油缸磁致伸縮傳感器、提升油缸的磁致伸縮傳感器等，計(jì)算出了掘進(jìn)機(jī)的空間位置，并將其顯示在井下監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)和井上監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)中。將待切割的建立模型進(jìn)行比較，以指導(dǎo)切割工作。

3.3不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，安全隱患較大的問(wèn)題

通過(guò)遠(yuǎn)程遙控、遠(yuǎn)程可視化、遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)手段，使工人能夠從工作面撤離到遠(yuǎn)離工作面的安全地帶，實(shí)現(xiàn)了工作面的無(wú)人化、少人化。

4.煤礦掘進(jìn)智能化控制系統(tǒng)的研究

4.1礦井網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心建設(shè)

煤礦企業(yè)的信息化建設(shè)需要建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心。沒(méi)有一個(gè)可靠的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能建筑。隨著礦井信息化進(jìn)程的加快，原有的百兆、千兆網(wǎng)速網(wǎng)絡(luò)已不能滿足新的需求，必須建立一個(gè)萬(wàn)兆、環(huán)網(wǎng)、無(wú)線、專線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要從機(jī)房建設(shè)、機(jī)房動(dòng)環(huán)安全管理、分區(qū)劃分、綜合布線、網(wǎng)絡(luò)安全、礦區(qū)綜合網(wǎng)絡(luò)布線、電池管理等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。

4.2礦井通信系統(tǒng)建設(shè)

煤礦通訊系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)調(diào)度中起著舉足輕重的作用。一旦發(fā)生意外事故，將導(dǎo)致調(diào)度指揮失靈，事故災(zāi)害擴(kuò)大等。因此，每個(gè)煤礦都要建設(shè)一個(gè)性能完善、設(shè)備可靠、運(yùn)行穩(wěn)定的礦井通訊系統(tǒng)。

4.3煤礦安全監(jiān)控融合體系建設(shè)

《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》指出：“將礦井地下有線與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，將監(jiān)測(cè)和 GIS技術(shù)相結(jié)合，使礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造成為可能。多個(gè)系統(tǒng)的融合可以是地表和地下兩種。鼓勵(lì)新安裝的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用地下集成模式。”在 GIS技術(shù)的指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)系統(tǒng)的集成、緊急情況下的協(xié)同工作。特別是廣播系統(tǒng)的選擇，必須方便日常的管理，以確保在緊急情況下能夠派上用場(chǎng)。

結(jié)束語(yǔ)

煤礦掘進(jìn)機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的一種重要設(shè)備。針對(duì)礦井掘進(jìn)機(jī)的智能化、科學(xué)化的特點(diǎn)，針對(duì)礦井掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能化組成、智能化升級(jí)問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析，提出了遠(yuǎn)程智能控制框架，研究了控制原理，設(shè)計(jì)了礦井掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，并在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行了應(yīng)用，為煤礦掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能化控制及智能化升級(jí)提供技術(shù)基礎(chǔ)和理論參考。

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