綜掘機遠程控制技術研究

摘要：對現有EBZ-160/200綜掘機進行改造增加遠程操控使用系統。利用全方位的先進傳感探測技術，從而實現掘進機在井下自動定位導航，掘進機運行軌跡上傳，實現數字化礦山提供精準數據。把操作工位撤離到遠離危險的安全區域，有利于防范人身事故，有利于提高生產效率。

根據國家安全監督管理局、國家煤礦安監局印發的《煤礦安全生產“十三五”規劃》要求：實現煤礦機械化信息化升級改造，加快煤礦機械化改造，鼓勵無人值守和遠程控制的總體要求，張雙樓煤礦2020年全面推廣使用綜掘機遠程控制系統。對現有EBZ-160/200綜掘機進行改造增加遠程操控使用系統。

1 掘進機改造技術方案

掘進機遠程控制系統，可編程控制器和視頻采集系統與無線收發裝置交互連接，無線收發裝置與遠程監控系統交互連接，無線遙控裝置與遙控發射器連接，遙控發射器與遙控接收器無線連接，遙控接收器與可編程控制器連接，數據協議解析軟件和視頻驅動設備，數據協議解析軟件將視頻圖像采集系統的圖像信息和可編程控制器采集的數據信息轉換為監控軟件要求的格式，把圖像信息和數據信息集成在一體的遠程控制軟件，完成可視化遠程監控系統的監視和控制功能，可以實現遠程無線采掘控制，避免人員在惡劣環境下工作的同時，提高井下采掘的工作效率.改善井下工人工作環境和工作條件。

2總體方案結構圖

本改進方案通過更換掘進機上原有的手動液壓系統，升級為可以手動、電動兩用的液壓系統，為掘進機的遠程操作和自動控制的實現提供了方便。

3具體實施方案

3.1電液控制系統

液壓控制系統包含控制箱、電動液壓閥。控制箱內部設置一套完整的液壓控制系統和一套電氣控制系統，該液壓控制系統獨立于掘進機有兩種控制模式（遠程電控/本地電控）通過遠程電控實現異地操控，本地電控用于自檢調試。將控制箱安裝在EBZ系列掘進機的駕駛員座位下邊的空間內。同時將控制箱內的開關量控制信號對應接入原掘進機控制電路，實現兩地同步控制通過切換按鍵實現掘進機原本機操控/無線遙控/遠程電控三種模式的操控，三種操縱模式互不干擾。

3.2視頻監控系統

為了能在遠程控制時清晰地監控到掘進工作面及掘進機的整體狀況，系統設置若干臺攝像機。其中在掘進機前端設置 1 臺專業透塵攝像機（1#）和1臺高清攝像機（2#），用于在粉塵水霧環境下觀測掘進機切割頭及掘進工作面的狀態。在掘進機本體部分前端兩側（回轉臺下方）各設置一個高清攝像機（3#，4#），用于全方位觀察鏟板及鏟板上兩個星輪的運作情況。在掘進機本體上方設置一個高清攝像機（5#），用于全方位觀察刮板機的運作情況。在掘進機尾部兩側各設一個高清攝像機（6#，7#），用于全方位觀察掘進機兩側周邊的狀況，以便倒車時確認掘進機和巷道壁兩側的距離，及掘進機和運輸皮帶機之間的距離。在橋式皮帶尾部設置一個高清攝像機（8#），用于觀察兩側周邊的狀況，以便倒車時確認橋式皮帶和運輸皮帶機之間的距離。

3.3數據采集系統

為了能夠遠程操作時了解掘進機壓力參數，在多路閥上的加裝兩個壓力傳感器，和原壓力表并聯安裝。

3.4數據傳輸系統

遠程操作端和掘進機控制箱之間通過光端機以及光纜傳輸數據和操控信號，光纜順沿掘進機的主電纜方向布線，實際長度可根據現場情況決定，最遠傳輸距離不小于 10Km 。

3.5無線遙控系統

系統的無線遙控端采用 2.4G 無線信號，具有傳輸穩定、抗干擾能力強的特點。同時遙控器裝置內部采用MCU，結合軟件算法，對控制信號進行實時編解碼和故障分析。軟件系統通過分析掘進機操縱流程，對相關動作進行優化，對操作動作的優先級進行排隊，屏蔽錯誤操作動作，防止誤操作。

無線遙控裝置小巧，結構緊湊，內部采用本質安全型可充電電池供電，能夠滿足20小時左右正常供電。

3.6遠程操作系統

遠程操作端為本安裝置。該操作端設置一套和掘進機操作手柄完全一致的操縱桿，用于在遠端直接操作;遠程操作端同時設置了距離顯示裝置，直觀顯示掘進機在運行過程中的距離方位。同時掘進機液壓壓力表也通過電傳數顯在遠端操作端上顯示。為了直觀顯示掘進機運行過程中的全方位視頻圖像，設置兩臺防爆液晶顯示器。操作人員可以在遠端直接觀察現場全方位圖像。

3.7聲音采集傳輸

掘進機上按裝有無線話筒，遠控臺安裝有播放器，實時可以在1000米外聽到工作面的聲音，以此可容易判斷設備工作狀態。

3.8系統具備急停、信號中斷停機功能。即遙控系統具備軟件急停按鈕，當遙控器和掘進機的無線信號處于斷開狀態時，設備會停機并鎖定故障。當信號自動恢復時，無操作指令不得開機。

3.9語音對講系統

主要用于掘進面面沿線上，具有通話和就地急停閉鎖功能，實現設備啟停預警，更高效傳輸系統信息，故障停機等。

3.10自動截割限位導向系統。（類似于汽車倒車影像）。在該系統升級后，可實現掘進機自動定位截割。

3.11 掘進機后方設置儲存電纜裝置。滿足掘進機掘進15米，無需拖拽電纜。

3.12增加防止人員闖入傳感器，一旦人員闖入即停機。

4經濟效益分析

4.1在降本增效方面主要體現在：

每班減少煤流運輸崗位工3人，掘進一線單位職工基礎工資按210元/工計算，每年可減少崗位基礎工資約3工、3班、30天、210元/天、12月;節省總額：210×3×3×30×12=68.04萬元。

4.2社會效益

4.2.1保護人員安全，降低傷亡概率。

4.2.2減少截割粉塵對身體的傷害。

5結語：

綜掘機可視化遠程控制系統不僅能在井下超視距控制掘進機，下一步要實現地面對掘進機所有動作的實時控制，將數據通過光纖傳輸至井上調度中心，還可通過手機APP觀察工作面情況。實現井下井上實時調度。實現遠程控制與迎頭能夠雙向清晰語音對講，且視頻、音頻和控制均無延時。可編程控制器和視頻采集系統與無線收發裝置交互連接，無線收發裝置與遠程監控系統交互連接等關鍵技術的應用，便利綜掘機遠程可視化控制系統做到了真正落地，實現了具體的工程應用。

作者簡介：

陳慶光（1980.6---）男，山東濟寧人，2012年畢業于中國礦業大學采礦工程專業，江蘇徐礦能源股份有限公司生產調度指揮中心副主任，工程師，主要從事井下支架拆除、安裝準備工作。