采煤機自動化技術研究

□ 李永崗

西安煤礦機械有限公司 西安 710200

1 研究背景

采煤機自動化系統是采煤機運行參數和運行姿態的自動控制系統,用途是提高采煤機對惡劣工況的適應能力,減輕工人勞動強度,降低煤礦事故發生率,提高開機率,進而實現全工作面自動化的少人無人工作面采煤作業。

采煤機自動化是勞動密集型工作向技術密集型工作轉變的具體體現,傳統的操作工人正在發生角色的變化,從現場操作工變為遠程控制工和現場巡檢工。當然,實現這一目標需要一定的專業基礎知識作為支撐。

采煤機自動化是目前正在發展中的技術,有待進一步完善和提高。筆者從多方面對采煤機自動化技術進行研究。

2 采煤機自動化總體架構

采煤機自動化總體架構包括位置定位、姿態定位、遠程控制、數據上傳、自動截割、自動化接口六大部分。其中,姿態定位包括采高監測、俯仰采監測,自動截割采用記憶截割原理。采煤機自動化總體架構如圖1所示。

圖1 采煤機自動化總體架構

3 自動化采煤機主要功能

基于采煤機自動化總體架構,筆者公司采用的自動化采煤機主要功能有位置定位、姿態定位、遠程監測與控制、自動截割、自動化接口。

(1) 位置定位。采煤機位置定位就是對采煤機在工作面的相對位置進行實時檢測和分析,位置定位越精確,記憶曲線越平滑,自動化割煤的精度就越高。采用自主定位方式,具有斷電記憶功能,不需要重復校零,定位精度可達到5 cm。

(2) 姿態定位。采煤機姿態定位就是實時檢測采煤機左、右搖臂的采高量或臥底量,采煤機當前所在位置的工作面傾角和俯、仰采角度,以及采煤機的行走方向、速度等工作時的信息。采用自主定位方式,具有斷電記憶功能,采高檢測精度為1 cm,角度檢測精度為0.1°。

(3) 遠程監測與控制。采煤機具有遠程通信功能,可以在順槽或地面調度室對采煤機運行工況進行監測,并可以進行遠程控制,包括截割啟停、搖臂升降、牽引控制、記憶截割啟停、故障復位、緊急停機等。采用控制器局域網總線通信,協議為CANopen,通信距離遠,穩定性好,可靠性高,響應速率快。

(4) 自動截割。自動截割以采煤機記憶截割為主,即采煤機進入學習模式,手動操作截割作為示范刀,控制系統采集、存儲采煤機在各個位置的行進方向、速度、左右搖臂高度等姿態信息,之后只要工作面的條件,如采高、頂底板等沒有大的變化,采煤機在自動運行模式下,根據記憶的工作參數自動截割。當煤層條件發生變化時,需要本地或遠程人工干預。自動截割的特點為,除工作面中部可實現自動截割外,可以實現兩個端頭的自動斜切、割三角煤、清浮煤等截割工藝,可以實現人工干預時自動化截割工序的有序進行,以及各個截割動作的自由切換,可以滿足不同工作面不同截割工藝對記憶截割軟件的個性化要求,操作簡潔。

(5) 自動化接口。采煤機預留與第三方自動化系統通信的接口,采用控制器局域網總線接口。控制器局域網總線通信具有速率快、抗干擾能力強的特點。

4 自動化采煤機主要系統

自動化采煤機主要有四大系統:采煤機主機數據采集系統、數據傳輸系統、順槽監測控制系統、軟件系統。

采煤機主機數據采集系統主要負責采集自動化運行過程中的采高、位置、姿態等數據,保證自動化采煤機正常運行。

數據傳輸系統主要負責采煤機整機基本數據、自動化數據的實時傳輸,采用控制器局域網總線,通過動力電纜控制芯線傳輸。

順槽監測控制系統主要用于實現對采煤機的遠程控制,以及為第三方提供數據傳輸與通信接口的功能。數據傳輸接口采用控制器局域網總線接口,支持開放數據協議。

軟件系統除基本型采煤機包含的軟件外,主要包括22象限記憶截割軟件、遠程數據傳輸軟件、第三方數據通信軟件。

5 其它系統

采煤機信息交互系統流程如圖2所示。

圖2 采煤機信息交互系統流程

采煤機遠程監控系統結構如圖3所示。

圖3 采煤機遠程監控系統結構

采煤機慣性導航系統流程如圖4所示。

圖4 采煤機慣性導航系統流程

未來,采煤機自動化與智能化技術將會朝精細化和專業化方向發展。采煤機自動化與智能化技術以計算機為載體和支撐,對人力的依賴性慢慢降低,隨著煤巖識別技術的成熟,未來采煤機自動化技術將會更加成熟和友好。

6 結束語

采煤機自動化與智能化是未來的發展趨勢,是實現煤礦企業轉型發展的關鍵技術,具備高截割效率、高利用率、低勞動強度等優勢,應用前景廣闊,值得進一步研究。由此,采煤機制造企業應該不斷對采煤機自動化技術進行研發,借助自動化與智能化技術占據市場,在保證產品質量的同時研發高智能化采煤機產品,促進企業發展。