綜掘機(jī)遠(yuǎn)程智能化控制技術(shù)應(yīng)用

劉 艦

（汾西礦業(yè)高陽(yáng)煤礦，山西 孝義 032300）

引言

巷道應(yīng)滿(mǎn)足通風(fēng)、運(yùn)輸、行人等的需求，巷道掘進(jìn)效率直接影響采面接替以及煤巖開(kāi)采效率[1-2]。隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)不斷提升，井下回采巷道掘進(jìn)實(shí)現(xiàn)了由人工掘進(jìn)、炮掘、綜掘等方式的轉(zhuǎn)換[3]。采用綜掘方式可提高巷道掘進(jìn)效率，但也面臨掘進(jìn)迎頭噪聲大、粉塵多等問(wèn)題，同時(shí)掘進(jìn)迎頭存在的冒頂、瓦斯突出、突水等各種安全災(zāi)害給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員身體健康以及生命安全都帶來(lái)較大威脅[4-5]。遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)可提高掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化、智能化水平，同時(shí)作業(yè)人員在遠(yuǎn)離掘進(jìn)迎頭且相對(duì)安全的地點(diǎn)工作，對(duì)提高煤炭開(kāi)采效率具有重要意義[6-7]。山西某礦井下采用EBZ-160掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，受到掘進(jìn)巷道現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜、掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化程度低等因素制約，當(dāng)掘進(jìn)巷道出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法遠(yuǎn)程進(jìn)行操控。為此，文中以礦井使用的EBZ-160掘進(jìn)機(jī)為工程研究對(duì)象，對(duì)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能化控制技術(shù)展開(kāi)研究，以期能在一定程度上提升礦井巷道掘進(jìn)效率。

1 礦井EBZ-160掘進(jìn)機(jī)原有控制系統(tǒng)分析

礦井使用的EBZ-160掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，掘進(jìn)機(jī)可細(xì)分為轉(zhuǎn)載部、行走部以及截割部等，其中轉(zhuǎn)載部通過(guò)鏟板、形星輪相互配合將截割部截割的煤矸裝載至掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸機(jī)上，實(shí)現(xiàn)外運(yùn)；截割部主要包括截割頭、液壓油缸、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伸縮部等，按照預(yù)先設(shè)定掘進(jìn)斷面進(jìn)行破煤巖；行走部通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)左右行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)位置移動(dòng)。

圖1 EBZ-160掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

礦井使用的EBZ-160掘進(jìn)機(jī)內(nèi)置有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)整體自動(dòng)化水平不高，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中會(huì)具體表現(xiàn)出以下幾點(diǎn)問(wèn)題。

1）原有的掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)僅可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)異常情況的緊急停機(jī)以及截割電機(jī)等高溫預(yù)警，同時(shí)上述操作需在掘進(jìn)機(jī)本體上進(jìn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2）掘進(jìn)機(jī)原有控制系統(tǒng)信號(hào)傳輸通信接口數(shù)量較少且結(jié)構(gòu)單一，在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)時(shí)，無(wú)法有效控制系統(tǒng)功能，導(dǎo)致控制系統(tǒng)應(yīng)用存在局限性。

3）原有控制系統(tǒng)僅可實(shí)現(xiàn)部分設(shè)備控制，同時(shí)未配備監(jiān)控平臺(tái)、遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，掘進(jìn)機(jī)故障時(shí)無(wú)法及時(shí)得知。

4）控制系統(tǒng)中僅有溫度、電壓等檢測(cè)設(shè)備，功能結(jié)構(gòu)單一且測(cè)量精度不高，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中容易出現(xiàn)延時(shí)或者誤報(bào)等情況。

5）原有控制系統(tǒng)安全保護(hù)功能不完備，缺乏過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等安全防護(hù)系統(tǒng)。

2 掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

文中所提的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有電控系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，具體遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示。

傳感檢測(cè)部分主要用于掘進(jìn)機(jī)油泵電壓、電流，升降及伸縮油缸位移、激光測(cè)距儀、回轉(zhuǎn)及鏟板油缸位移等檢測(cè)，并通過(guò)RS485通信接口將檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)主要組成單元包括有上位機(jī)、PLC等，PLC采用S7-300系列，用于數(shù)據(jù)分析、A/D轉(zhuǎn)換、控制指令發(fā)送等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)截割電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制；檢測(cè)獲取到的各類(lèi)參數(shù)均傳輸給控制系統(tǒng)上位機(jī)，在上位機(jī)顯示器中內(nèi)置有電源、緊急制動(dòng)、油泵啟停等控制按鍵，以便掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制。

圖2 遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)便于作業(yè)人員直觀掌握掘進(jìn)迎頭現(xiàn)場(chǎng)情況以及掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)，系統(tǒng)包括有4臺(tái)高清防爆攝像機(jī)、光端機(jī)、硬盤(pán)等配件。

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵部件

2.2.1 電控箱

電控箱是遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)重要組成單元，文中所提監(jiān)控系統(tǒng)電控箱采用S7-200系列PLC，該電控箱實(shí)時(shí)分析掘進(jìn)機(jī)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)、瓦斯?jié)舛鹊缺O(jiān)測(cè)參數(shù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果可通過(guò)液晶屏（TD210）顯示；電控箱處理參數(shù)可由PLC-M1模塊傳輸給遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，在控制平臺(tái)即可直接掌握掘進(jìn)機(jī)工作參數(shù)。具體遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)電控箱控制原理如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)電控箱控制原理圖

2.2.2 直線(xiàn)傳感器

選用KS20直線(xiàn)傳感器提高油缸位移監(jiān)測(cè)精度，該傳感器位移監(jiān)測(cè)量程0～650 mm、精度0.01%，輸出信號(hào)電流5～20 mA，可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)需求。

2.2.3 遠(yuǎn)程操作臺(tái)

遠(yuǎn)程操作臺(tái)功能模塊包括有PLC-M1模塊、液晶顯示屏、操作面板等，其中PLC-M1模塊包括CPU224XP、EM221的DI輸入模塊，可實(shí)時(shí)接收電控箱信號(hào)并將操作面板控制指令發(fā)送至電控箱。在控制面板上有截割停止、轉(zhuǎn)載啟動(dòng)、油泵啟動(dòng)、復(fù)位以及急停等功能按鈕，通過(guò)控制面板即可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能控制，按鈕布置如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程操作臺(tái)功能按鈕布置示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)EBZ160掘進(jìn)機(jī)原電控系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)集成到山西某礦30902運(yùn)輸巷EBZ-160掘進(jìn)機(jī)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。電控系統(tǒng)控制箱結(jié)構(gòu)為本安隔爆型?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后該遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信號(hào)監(jiān)測(cè)、顯示，掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、工作參數(shù)顯示以及故障異常報(bào)警等功能，同時(shí)上位機(jī)顯示界面清晰、掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測(cè)參數(shù)顯示精準(zhǔn)。

文中所提遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)于掘進(jìn)機(jī)原有控制系統(tǒng)而言，操作人員操作控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程操作以及監(jiān)控，不僅可降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，而且有助于提高掘進(jìn)作業(yè)安全保障能力以及作業(yè)效率。