9201材料道綜掘機遠程視頻控制系統(tǒng)改造

李培之

一、創(chuàng)新原因

根據(jù)國家安全監(jiān)督管理局、國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《煤礦安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》要求：實現(xiàn)煤礦機械化信息化升級改造，建設(shè)一批掘錨一體化工作面，加快煤礦機械化改造，鼓勵無人值守和遠程控制。張雙樓煤礦2020年全面推廣使用綜掘機遠程視頻控制系統(tǒng)。對9201材料道EBZ-200綜掘機進行改造增加遠程視頻控制系統(tǒng)。利用全方位的先進傳感探測技術(shù)，把操作工位撤離到遠離危險的安全區(qū)域，有利于防范人身事故，有利于提高生產(chǎn)效率。

二、技術(shù)創(chuàng)新點

（一）工作環(huán)境清晰可視化。為了在遠程操作時能夠看清現(xiàn)場情況，系統(tǒng)采用了6臺先進的視頻攝像設(shè)備，在掘進機兩邊及尾部裝置超高清攝像儀，用于操作人員觀察掘進機四周環(huán)境，防止有突然闖入人員或設(shè)備偏離故障發(fā)生;由于在掘進工作面位置具有極高的粉塵和水霧存在，普通高清攝像儀無法清晰看清掘進斷面和截割部位置，所以在掘進工作面迎頭方向同時配置有超高清攝像儀和長波段感知雷達攝像儀，通過該組合攝像儀，可以清晰觀察到掘進工作面迎頭斷面以及截割部的工作狀態(tài);現(xiàn)場清晰可視化為綜掘機遠程遙控系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了必要的保障。

（二）控制系統(tǒng)電氣化。目前掘進機大多采用手動液壓控制方式實現(xiàn)設(shè)備操作，對設(shè)備的無人化操作、自動化改造造成嚴重制約。本系統(tǒng)通過更換掘進機上原有的手動液壓系統(tǒng)，升級為可以手動、電動兩用的液壓系統(tǒng)，為掘進機的遠程操作和自動控制的實現(xiàn)提供了方便。

（三）多渠道傳輸方式。系統(tǒng)由于作業(yè)操作人員的遠撤，操作工位遠離掘進工作面，現(xiàn)場的視頻、設(shè)備參數(shù)、環(huán)境參數(shù)可以通過光纜、局域網(wǎng)絡(luò)、無線等多種方式傳輸數(shù)據(jù)和控制命令，方便掘進工作面的施工。

（四）高穩(wěn)定、高可靠的操控系統(tǒng)。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸均采用閉環(huán)控制方式，傳輸方式為雙7向。通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中的握手信號，判斷發(fā)出指令的執(zhí)行可靠性，當(dāng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動停止執(zhí)行動作并發(fā)出故障報警，避免發(fā)生設(shè)備損壞和嚴重危害礦井安全的重大事故。

二、創(chuàng)新項目的優(yōu)點

（一）電液控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)包含控制箱、電動液壓閥?？刂葡鋬?nèi)部設(shè)置一套完整的液壓控制系統(tǒng)和一套電氣控制系統(tǒng)，該液壓控制系統(tǒng)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(xiàn)異地操控，本地電控用于自檢調(diào)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(nèi)。同時將控制箱內(nèi)的開關(guān)量控制信號對應(yīng)接入原掘進機控制電路，實現(xiàn)兩地同步控制通過切換按鍵實現(xiàn)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。

（二）視頻監(jiān)控系統(tǒng) 。為了能在遠程控制時清晰地監(jiān)控到掘進工作面及掘進機的整體狀況，系統(tǒng)設(shè)置若干臺攝像機。其中在掘進機前端設(shè)置1臺專業(yè)透塵攝像機和1臺高清攝像機，用于在粉塵水霧環(huán)境下觀測掘進機切割頭及掘進工作面的狀態(tài)。在掘進機本體部分前端兩側(cè)各設(shè)置一個高清攝像機，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(shè)置一個高清攝像機，用于全方位觀察刮板機的運作情況。在掘進機尾部一個高清攝像機，用于全方位觀察掘進機兩側(cè)周邊的狀況，以便倒車時確認掘進機和巷道壁兩側(cè)的距離，及掘進機和運輸皮帶機之間的距離。考慮到現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，攝像機除本身的防爆護罩外，均加裝抗沖擊避震護罩。

（三）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為了能夠遠程操作時了解掘進機壓力參數(shù)，在多路閥上的加裝兩個壓力傳感器，和原壓力表并聯(lián)安裝。

（四）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。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(shù)據(jù)和操控信號，光纜順沿掘進機的主電纜方向布線，最遠傳輸距離300米。

（五）無線遙控系統(tǒng)。系統(tǒng)的無線遙控端采用2.4G無線信號，具有傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強的特點。同時遙控器裝置內(nèi)部采用MCU，結(jié)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(tǒng)通過分析掘進機操縱流程，對相關(guān)動作進行優(yōu)化，對操作動作的優(yōu)先級進行排隊，屏蔽錯誤操作動作，防止誤操作。無線遙控裝置無線信號穩(wěn)定、操作可靠，適合掘進機的人機分離操作。

無線遙控裝置小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部采用本質(zhì)安全型可充電電池供電，能夠滿足20小時左右正常供電。

（六）遠程操作系統(tǒng)。遠程操作端為本安裝置。該操作端設(shè)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(shè)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(shù)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(shè)置兩臺防爆液晶顯示器。操作人員可以在遠端直接觀察現(xiàn)場全方位圖像。

三、主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

（一）KXJ127礦用隔爆兼本安型控制箱。KXJ127礦用隔爆兼本安型控制箱是與遙控器配合使用。當(dāng)操作遙控器時，對應(yīng)的端子輸出DC24V電壓，控制電磁閥動作。同時能接入2路0-5V電壓型壓力傳感器，將壓力數(shù)據(jù)反饋給遙控器。

（二）FYF10礦用本安型遙控器。FYF10礦用本安型遙控器是一種給煤礦井下配套礦用隔爆兼本安型液壓裝置控制箱使用的設(shè)備。通過無線遙控礦用隔爆兼本安型液壓裝置控制箱，達到遠程控制防爆線圈的功能。

（三）手自一體化礦用防爆多路電磁液壓換向閥組件。手自一體化礦用防爆多路電磁液壓換向閥組件由DTMZ1-12FYC礦用澆封型閥用電磁鐵及手自一體化礦用液壓換向閥組成。用于工程機械電液控制，控制液壓油缸或馬達的運動方向和速度。它具有電控、液控和手動操作等功能，可實現(xiàn)無級調(diào)速，且不受負載變化影響。負載敏感特性可使多路執(zhí)行元件同時并相互獨立地以不同的速度和壓力工作，直至達到泵源的最大流量為止。

（四）礦用隔爆型監(jiān)視器。JBY127礦用隔爆型監(jiān)視器是一種大屏幕顯示的隔爆型監(jiān)視器，由于內(nèi)部采用了22寸彩色液晶顯示器，為井下多畫面大屏顯示及井下視頻會議系統(tǒng)提供了必要的技術(shù)支持。

（五）礦用本安型攝像機（透塵）。KBA12礦用本安型攝像儀是一種煤礦井下防爆監(jiān)控系統(tǒng)作為圖像采集用的防爆終端設(shè)備。具有低照度，高清晰，功耗低的特點。攝像儀具有無線信號輸出、視頻信號輸出和視頻光信號輸出，三種傳輸方式。用于有瓦斯、煤塵爆炸危險的礦井。通過自帶的輔助照明在下全黑無光的惡劣環(huán)境下，可以獲得清晰的視覺圖像。

（六）礦用隔爆型光端機。KTG127礦用隔爆型光端機能夠把其他視頻信號采集設(shè)備傳來的圖像信號加以處理，ST單模光信號方式輸入轉(zhuǎn)化到全電視視頻信號輸出到到監(jiān)視器清晰地顯示出來。

四、安全創(chuàng)效

煤礦井下掘進工作面尚存在著以下問題：1、煤巖粉塵不能完全清除;2、瓦斯管理還不能做到百分百安全可靠;3、落巖管理不能及時有效支護;由于上述原因掘進機的使用受到了各種限制，有時只能被迫采用炮掘。而炮掘效率低、用人多、勞動強度大。并且隨著我礦開采深度的延伸，沖擊地壓風(fēng)險不斷增大。對人員在掘進工作面時的安全隱患始終存在。安全對于生產(chǎn)管理來說永遠是第一位的，減少和避免人員傷亡事故發(fā)生最有效的辦法就是生產(chǎn)第一線減員甚至做到無人值守。當(dāng)操作人員遠撤到遠端進風(fēng)口的安全位置后，即可避免和粉塵直接接觸。即使發(fā)生瓦斯突出、冒頂、粉塵超標等突發(fā)事故時，操作人員可以具備充裕的時間逃生，避免傷亡事故。遠程操控的特點是迎頭工作無人化，利用高度機械化自動化設(shè)備取代人力勞動節(jié)省開拓成本。在改造前迎頭需正、副司機、看移動機尾共4人，改造后只需1人在300米外設(shè)警戒，在提高安全性的同時節(jié)省了人工開支成本。