采煤機智能化截割監測系統的研究

韓 劍

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

引言

采煤機是煤礦井下“三機”設備的核心，直接決定了井下綜采作業的效率和可靠性，由于井下的特殊地理環境，人工截割控制存在著天然的劣勢，不僅截割效率低，而且極易出現觸頂或者截割不到位的情況，嚴重影響了井下綜采作業的順利進行。隨著自動化水平的不斷提升，目前一些采煤機開始采用記憶截割控制，但在實際使用過程中由于監測系統落后、數據處理效率低、精確性差，因此實際上只能實現半自動化截割作業，在整個采煤過程中還需要大量的人工干預。當采煤機出現截割故障時，無法對數據進行追溯，只能由維修人員根據經驗進行排查，效率低、可靠性差，難以滿足井下高效綜采的發展需求。

本文提出了一種新的采煤機智能化截割監測系統，以大數據集成控制為核心，利用高精度傳感器對采煤機運行時的核心參數進行監測，利用模糊數據處理分析的方式對監測數據進行分類識別，獲取采煤機在不同狀態下的截割參數，實現了優化截割控制參數、提升采煤機自動截割控制精度。根據實際應用表明，該智能截割控制系統能夠將采煤機的截割效率提升17.2%，將采煤機運行時的截割故障降低88.3%，極大地提升了采煤機截割作業時的智能化程度和可靠性。

1 智能化截割監測系統

為了提升采煤機的智能化截割程度，同時對采煤機的運行狀態參數進行監測，實現故障自動識別和報警，本文根據采煤機記憶截割控制邏輯和實際監測需求，提出了一種新的智能化截割監測系統，該系統采用了模塊化設計方案，能夠根據不同的監測對象進行靈活拓展，從而滿足監測可靠性的需求，該智能化截割監測系統整體結構如圖1所示[1]。

圖1 智能化截割監測系統示意圖

由圖1可知，該智能監測系統主要包括了數據處理模塊、機身參數采集模塊、控制參數采集模塊及數據傳輸模塊，其中該智能化截割監測系統的核心是S7-300PLC模塊，是整個監測系統的“大腦”，主要是對各監測傳感器所獲取的監測信息進行分類、對比、判別并輸出控制指令，確保采煤機在不同狀態下的運行穩定性。

機身參數采集模塊主要是依靠設置在采煤機上的各類傳感器對采煤機液壓系統、電氣系統的核心元器件的工作狀態進行監測，當出現異常信號時發出報警和定位，為故障的快速排除提供指導。

控制參數采集模塊主要是對采煤機運行過程中的各類控制信息進行監測和對比，判斷采煤機運行姿態是否調整到位，從而保證采煤機在記憶截割模式下的控制精確性，提高采煤機自動截割效率和可靠性。

數據傳輸模塊主要是利用高速通信電纜，實現數據的上下游傳遞，在這個過程中不僅要保證數據傳輸的精確性需求，而且需要保證數據傳輸的抗干擾性和及時性。

2 智能化監測系統控制邏輯

為了滿足智能化調控的需求，本文設計了一種新的基于記憶截割的采煤機智能化監測控制邏輯，其控制結構如下頁圖2所示[2]。

圖2 智能化監測系統控制邏輯

由于采煤機智能化監測系統采用了模塊化設計的思想[3]，為了滿足不同模塊獨立運行的邏輯，主要分為監控系統數據采集控制邏輯、自適應記憶截割控制邏輯、監控報警邏輯及人工修正控制邏輯四個部分。當采煤機在記憶截割邏輯下工作時，系統自動對采煤機運行時的機身狀態和控制參數進行檢查，將實際檢測結果和系統內的記憶截割路徑進行對比分析，即可確認采煤機記憶截割控制的準確性。

由于井下實際工況比較惡劣，因此在系統內設置了人工修正和監控報警邏輯，在特殊情況下可以實現人工的遠程截割控制，幫助采煤機通過地質條件復雜的區域，提高截割作業的安全性。同時系統自動對采煤機運行時的參數進行監控，當運行參數發生異常時，系統自動對承諾書進行調整和修正，確保采煤機截割作業的穩定，當數據參數偏差量大且修正無效時，系統將自動觸發報警并對故障位置、故障表現、故障原因等進行定義，幫助人工進行故障的快速鎖定和處理。

3 記憶截割監測邏輯

該監測系統的核心是對采煤機記憶截割路徑進行監測，確定各個監測點的數據信息是否符合理論監測要求，由于記憶截割過程中的數據量信息極大，因此傳統的監測方案難以實現全面監控，為了滿足監控可靠性的需求，將采煤機記憶截割時的路徑信息分為常規點、關鍵點、特殊點三個部分[4]，記憶點分類如圖3所示[5]。

在監測系統中，常規點的數量最多，按照截割時間，每隔3 s記錄一次采煤機的截割狀態信息，是記憶截割監控的基礎。關鍵點是指截割作業過程中發生位置突變、截割電機啟停等情況下采煤機的調整點，是記憶截割監測的核心，每隔一定的時間間隔就需要對關鍵點參數進行對比分析，確定偏差量，然后進行調整。特殊點主要是指開啟記憶截割和關閉記憶截割時候的恢復點。

圖3 記憶點分類示意圖

通過對記憶截割控制點的分類劃分，監測系統在進行數據監測時無需進行連續性監測，只需要對常規點、關鍵點和特殊點進行定時監測和數據分析即可[6]，既有效提升了數據分析的效率和準確性，也極大地減少了數據分析量、減少了資源消耗。

該采煤機智能化截割監測系統投入應用后，對采煤機的井下截割作業情況進行跟蹤監測，通過對6個月的監測數據分析可知，采用該系統后采煤機的截割效率提升17.2%，采煤機運行時的截割故障率降低88.3%，顯著提升了采煤機井下截割作業的效率和穩定性，為進一步推進井下“無人”化綜采作業奠定了基礎。

4 結論

為了解決傳統采煤機自動化程度低、運行參數無法實時采集監測的難題，提出了一種新的采煤機智能化截割監測系統，對該系統的構成、判別邏輯和應用情況進行了分析，結果表明：

1）智能化截割監測系統采用了模塊化設計方案，能夠根據不同的監測對象進行靈活拓展，從而滿足監測可靠性的需求。

2）智能化截割監測控制邏輯分為監控系統數據采集控制邏輯、自適應記憶截割控制邏輯、監控報警邏輯及人工修正控制邏輯四個部分。

3）將采煤機記憶截割時的路徑信息分為常規點、關鍵點、特殊點三個部分，有效提升了數據分析的效率。

4）該智能截割控制系統的應用將采煤機的截割效率提升17.2%，將采煤機運行時的截割故障率降低88.3%。