采煤機(jī)自動(dòng)化及智能化控制技術(shù)

文/劉文科

在煤礦資源的開采中，需要用到大量的設(shè)備，而采集機(jī)就是煤礦開采核心設(shè)備，隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的采煤機(jī)已經(jīng)不能滿足使用的要求，而自動(dòng)化和智能化的控制技術(shù)就有效的實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)性能的提升，并逐漸得到了煤礦資源開采廣泛使用，對(duì)煤礦開采行業(yè)的發(fā)展具有著重要的意義，而采煤機(jī)具備哪些自動(dòng)化及智能化控制技術(shù)，就是本文主要研究的內(nèi)容。

1 采煤機(jī)自動(dòng)化及智能化控制系統(tǒng)

對(duì)于采煤機(jī)的自動(dòng)化和智能化的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要包括動(dòng)力、電氣的控制和工控機(jī)的操作等系統(tǒng)構(gòu)成，其中采煤機(jī)動(dòng)力的系統(tǒng)又包括高壓配電的裝置、斷路器和電力的變壓器等構(gòu)成，其主要對(duì)采煤的機(jī)械進(jìn)行電能以及動(dòng)力支持的提供。而采煤機(jī)控制的系統(tǒng)包括工控機(jī)、啟動(dòng)操作的模塊、控制的鍵盤和電機(jī)智能的保護(hù)性裝置等構(gòu)成。

2 采煤機(jī)自動(dòng)化及智能化控制系統(tǒng)功能

在采煤機(jī)的自動(dòng)化和智能化的控制系統(tǒng)中，具有著諸多的功能。首先，在采煤機(jī)的自動(dòng)化和智能化的控制中，包括有點(diǎn)動(dòng)控制、單控的控制、聯(lián)控的控制等模式。然后，采煤機(jī)的自動(dòng)化和智能化系統(tǒng)還具有高壓供電的控制模式，此時(shí)采煤機(jī)的操作要通過(guò)專業(yè)電網(wǎng)提供電能，且供應(yīng)電壓為6/10KV，在系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有隔離的開關(guān)與配電的裝置等，在采煤機(jī)操作中還要通過(guò)專門人員進(jìn)行，若不需進(jìn)行運(yùn)載時(shí)，可以對(duì)電源實(shí)施分?jǐn)嗵幚恚腋邏号潆姷难b置要通過(guò)安全可靠性機(jī)械設(shè)備進(jìn)行支持。同時(shí)，在采煤機(jī)的自動(dòng)化和智能化系統(tǒng)中，還能夠?qū)崿F(xiàn)變頻與軟起動(dòng)的控制，其中軟起動(dòng)的裝置可使用多種方式進(jìn)行起動(dòng)操作，但要和具體的情況進(jìn)行結(jié)合實(shí)施合理選擇。一般來(lái)說(shuō)，軟起動(dòng)的裝置都要進(jìn)行相應(yīng)RS485的標(biāo)準(zhǔn)性通訊接口設(shè)置，且內(nèi)部還要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的添加，實(shí)現(xiàn)和控制的系統(tǒng)有效連接與關(guān)聯(lián)。另外，在系統(tǒng)內(nèi)采煤機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的智能化保護(hù)，其電機(jī)的智能化保護(hù)主要有電機(jī)的截割、電機(jī)與泵電機(jī)的牽引等，實(shí)踐運(yùn)用中可以與工控機(jī)實(shí)施信號(hào)的傳輸。

3 采煤機(jī)自動(dòng)化及智能化控制技術(shù)

3.1 機(jī)載的控制技術(shù)

在機(jī)載的控制技術(shù)中，主要將計(jì)算機(jī)的軟件當(dāng)作基礎(chǔ)，而機(jī)載控制的計(jì)算機(jī)也是現(xiàn)代化采煤機(jī)進(jìn)行控制和保護(hù)的關(guān)鍵部分，為其安全可靠的運(yùn)行提供保障。通過(guò)機(jī)載控制的計(jì)算機(jī)，能夠進(jìn)行基本操作的接口、邏輯和反饋控制的提供，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備溫度、負(fù)荷、壓力和流量等的監(jiān)測(cè)，還能夠向操作員進(jìn)行直觀化人機(jī)交互的界面提供，對(duì)在線式的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理，甚至還能夠?qū)σ纛l、視頻和雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展處理，并和外部的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。這種機(jī)載的控制技術(shù)所需計(jì)算機(jī)的設(shè)備要有運(yùn)行的接口以及數(shù)據(jù)反饋的通道，對(duì)機(jī)載的操作基礎(chǔ)性參數(shù)信息實(shí)施有效的監(jiān)控，并和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接對(duì)運(yùn)行操作的效率實(shí)現(xiàn)提升。因?yàn)槊旱V采煤的環(huán)境一般較為惡劣，采煤的操作設(shè)計(jì)中需要重視對(duì)智能化信息開發(fā)，并對(duì)基礎(chǔ)性控制實(shí)施設(shè)計(jì)，通過(guò)嵌入式的控制模板把系統(tǒng)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)的操作總線實(shí)施連接，從而來(lái)對(duì)采煤操作的數(shù)據(jù)分析和運(yùn)行效率進(jìn)行提升。

3.2 監(jiān)控通信的技術(shù)

在煤炭的開采中，往往涉及的工藝較為復(fù)雜，且工作量也比較大，這對(duì)煤炭開采的操作就造成了很大的難度。而采煤機(jī)的通信功能借助高壓動(dòng)力的載波法，就能夠有效實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)把相關(guān)信息向集中的控制臺(tái)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作安全性的提升。通過(guò)在采煤機(jī)到巷道的底層進(jìn)行通信技術(shù)的運(yùn)用，在巷道設(shè)備的列車上借助防爆的計(jì)算機(jī)，通過(guò)專用的協(xié)議家或者通用的TCP /IP和UDP 等控制協(xié)議形式，就能夠?qū)C(jī)載控制的計(jì)算機(jī)內(nèi)工況的數(shù)據(jù)和機(jī)載攝像的裝置所輸出視頻的數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)進(jìn)行獲取，達(dá)到對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行工況和截割視頻的有效、全面監(jiān)視效果。在進(jìn)行巷道交換機(jī)、通信的網(wǎng)關(guān)和 OPC相關(guān)數(shù)據(jù)的服務(wù)器設(shè)立后，還能夠把采煤機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)向礦井綜合的數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，傳到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，從而達(dá)到對(duì)井下采煤機(jī)運(yùn)行情況的異地和遠(yuǎn)程監(jiān)視。同時(shí)，借助雙向的通信支持，不管是巷道還是地面都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程操作，但是在技術(shù)上需要對(duì)操作的可靠性、安全性和實(shí)時(shí)性進(jìn)行研究和保障。

3.3 走控與截割的技術(shù)

在進(jìn)行采煤操作中，采煤機(jī)運(yùn)作對(duì)采高與走控工作十分注重。在采煤機(jī)的自動(dòng)化和智能化的系統(tǒng)中，對(duì)煤礦的巖石變化進(jìn)行智能化分辨是其設(shè)備關(guān)鍵，通過(guò)社會(huì)科技不斷的研究和發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了諸多辨別的方式，而這些辨別方式的應(yīng)用范圍比較局限。盡管一些采煤機(jī)引入了記憶截割的方式，卻也不能達(dá)到智能化的操作目的，而若在采煤機(jī)內(nèi)進(jìn)行高精度的攝像設(shè)備安裝，且在截割中維持相應(yīng)成像的距離，就能夠?qū)Υ思夹g(shù)應(yīng)用的范圍和適應(yīng)性進(jìn)行有效提升。在采煤機(jī)的自動(dòng)化和智能化運(yùn)行中，還需要對(duì)采煤機(jī)的位置、姿態(tài)和速度等進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，在牽引的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)高速軸進(jìn)行增量型的編碼器安裝，或者在低速軸進(jìn)行多圈的絕對(duì)型號(hào)編碼器的安裝，就能夠達(dá)到刮板的輸送機(jī)±20mm的精確定位以及0.01m /min低速的測(cè)速效果。想要在煤層具有復(fù)雜多變賦存的工作面進(jìn)行連續(xù)的、自動(dòng)化的推進(jìn)運(yùn)行以及對(duì)對(duì)控制的采高正確調(diào)整，則采煤機(jī)需要對(duì)煤層三維空間的動(dòng)態(tài)實(shí)施定位，并對(duì)姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，且還要按照工作面實(shí)際三維地理的形貌信息數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)采煤機(jī)截割的高度以及姿態(tài)實(shí)施動(dòng)態(tài)的修正，另外對(duì)其三維的空間運(yùn)行的軌跡進(jìn)行計(jì)算，保證刮板的輸送機(jī)和液壓的支架能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)齊，促進(jìn)工作面能夠順利的推進(jìn)。

3.4 設(shè)備間的協(xié)同和自動(dòng)化的控制技術(shù)

在對(duì)工作面的回采中，要求采煤機(jī)、輸送機(jī)和液壓的支架等緊密配合和協(xié)調(diào)，借助編碼器的位置檢測(cè)以及紅外的發(fā)射器進(jìn)行定位，就能夠把采煤機(jī)的行走位置和速度信息等向支架電液的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行發(fā)送，從而達(dá)到對(duì)刮板的輸送機(jī)自動(dòng)跟機(jī)和推移；同時(shí)借助支架電控的輸出移架以及推移刮板的輸送機(jī)其速度和狀態(tài)信息情況，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采煤機(jī)實(shí)際行走速度以及位置的自動(dòng)化控制；借助雙頻雷達(dá)的探測(cè)技術(shù)還能夠達(dá)到對(duì)截割的滾筒以及支架的頂梁干涉與預(yù)警功能。想要實(shí)現(xiàn)工作面高效和自動(dòng)化的運(yùn)行，需要采煤機(jī)的行走和割煤的速度按照輸送機(jī)的系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)自適應(yīng)地進(jìn)行調(diào)控；還要按照實(shí)時(shí)獲取刮板的輸送機(jī)和帶式的輸送機(jī)實(shí)際工作的負(fù)荷，同時(shí)根據(jù)滿載、欠載、異常的過(guò)載和壓死等狀態(tài)所對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)的模型，當(dāng)運(yùn)輸系統(tǒng)在負(fù)荷低時(shí)，通過(guò)一定斜率對(duì)采煤機(jī)的行走速度進(jìn)行提升；當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)偏高狀態(tài)時(shí)要進(jìn)行速度的降低，若存在片幫等情況導(dǎo)致運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)出現(xiàn)壓死，要立即對(duì)采煤機(jī)的牽引進(jìn)行停止。

3.5 故障的預(yù)警技術(shù)

在采煤機(jī)具體的操作中，易存在停滯等問(wèn)題，為了避免這種情況的出現(xiàn)，就可以通過(guò)對(duì)故障預(yù)警的技術(shù)完善來(lái)進(jìn)行解決。如果采煤機(jī)存在大功率截割以及牽引轉(zhuǎn)動(dòng)等，就會(huì)對(duì)采煤機(jī)運(yùn)作產(chǎn)生影響，此時(shí)通過(guò)使用溫度和震動(dòng)情況識(shí)別的監(jiān)控方式，就能夠?qū)Σ擅簷C(jī)運(yùn)行的故障及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行故障的控制。在較為先進(jìn)采煤機(jī)中，就能夠?qū)颖镜臄?shù)據(jù)以及信息等進(jìn)行綜合運(yùn)用，進(jìn)而對(duì)原有運(yùn)行的狀態(tài)實(shí)施改變，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的信息實(shí)施全面的判斷和分析，從而達(dá)到對(duì)操作的數(shù)據(jù)信息提前實(shí)施預(yù)估，并把采煤機(jī)的運(yùn)行信息向地面的監(jiān)督計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)全面分析與控制。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采煤機(jī)的自動(dòng)化和智能化的技術(shù)對(duì)煤礦開采的水平實(shí)現(xiàn)了有效的提升，為了充分發(fā)揮此類技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，還需要對(duì)其技術(shù)進(jìn)行不斷的探索和研究，這對(duì)推動(dòng)煤礦行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展具有重要的意義。