綜采工作面采煤機遠程遙控技術研究與應用

何廣東中國神華神東煤炭集團石圪臺煤礦

綜采工作面采煤機遠程遙控技術研究與應用

何廣東
中國神華神東煤炭集團石圪臺煤礦

隨著煤礦綜采工作面自動化程度的不斷提升，控制方式也由現(xiàn)場控制向遠程控制發(fā)展。本文分析了國內(nèi)外綜采工作面遠控技術的發(fā)展狀況和實際應用情況，提出了安全的遠程控制邏輯和操作策略，并在此基礎上研究了遠程記憶割煤控制技術，設計了一套采煤機遠程控制系統(tǒng)并投入實際應用，對實際應用中遇到的問題進行分析，提出了采煤機自動割煤遠程控制亟待解決的關鍵技術問題。

控制邏輯；記憶割煤；遠程控制系統(tǒng)

前言

實現(xiàn)煤炭安全、高效開采是國家重要的產(chǎn)業(yè)政策和目標，采煤工作面自動化控制技術及裝備的應用是實現(xiàn)煤炭安全、高效開采的重要保障和國家經(jīng)濟發(fā)展所需煤炭供應的先決條件。煤炭開采是綜采工作面最主要的環(huán)節(jié)，其中屬采煤機割煤作業(yè)最為關鍵。工作中，采煤機操作人員需要在工作面實時的跟機操作，所以采煤機操作人員的精神需要保持高度的集中，同時還須具備快速的反應能力，為安全高效生產(chǎn)帶來極大的隱患。實現(xiàn)自動化記憶割煤和遠程控制，能夠有效的減少人員操作量，盡可能的避免安全事故的發(fā)生。

1 國內(nèi)、外技術發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外技術發(fā)展現(xiàn)狀

一直以來，國外的煤礦機械裝備供應商、科研單位和用戶都對綜采工作面自動化控制技術進行積極的研究和探索，在采煤機通信技術、遠程控制技術、協(xié)調(diào)控制等一些關鍵技術上取得了一系列的成果。并將以Modbus、CAN、載波通訊等為核心的通信技術應用于綜采工作面自動化控制系統(tǒng)，有效提高了設備通信的實時性和可靠性。

在采煤機智能化控制方面，EiCotrol-Plus控制系統(tǒng)在原有記憶割煤、過載保護、自動調(diào)高等功能的基礎上，新增加了紅外攝像功能、雷達探測防機械碰撞功能和煤層分層檢測功能（layer detec?tion system）。紅外攝像功能解決了綜采工作面采煤機周圍低照度工況下視頻辨別的能力低的問題；雷達探測防機械碰撞功能利用雷達探測技術感知采煤機滾筒周圍的障礙物，系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)采煤機運行前方有不明障礙物，將會停止采煤機的行走，等待工作人員進行處理。

1.2 國內(nèi)技術發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國國內(nèi)綜采工作面單機裝備的自動化技術研究已取得了一些成果，采煤機已經(jīng)具備了記憶截割功能，遠程控制系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化，基本達到了國外的技術水平，主要體現(xiàn)如下：

智能型采煤機方面。國內(nèi)采煤機基本實現(xiàn)了記憶割煤和采煤機位置檢測、搖臂調(diào)高控制和機身姿態(tài)檢測、機身水平控制等。

遙控控制方面。具備機身遙控器控制，但控制距離僅僅只有幾米，無法將人工解放出采場；部分廠家在采煤機記憶割煤遠程控制方面積極進行探索研究，已實現(xiàn)了一定的遠程控制技術，但距完全脫離人工操作的目標仍存在較大的差距。

2 采煤機遠程智能控制技術

綜采工作面生產(chǎn)過程，根據(jù)采煤工藝的不同而復雜多樣，對采煤機本身和煤機司機的安全性和穩(wěn)定性提出很高的要求，為實現(xiàn)操作人員遠離采場的目標，采煤機遠程控制除基本功能之外，要求準確性、響應快速、智能化預警控制、聯(lián)動控制等要求。

遠程智能控制技術的核心就是將人為的干預操作由智能控制系統(tǒng)決策代替，用控制邏輯代替人腦實現(xiàn)快速的預判和全局的掌控，研究采煤機遠程智能控制技術就必須考慮采煤機周邊設備和人員的安全性，所以其控制理念一定是，設備的集成協(xié)同控制和安全的操作策略，這樣才能實現(xiàn)設備間的協(xié)同配合，進而充分解放出采場人員，使得開采的安全性和效率得到提高。

2.1 遠程控制的安全邏輯和操作策略

遠程控制技術的前提是無人和少人值守，本文認真考慮設備和人員的安全性，根據(jù)數(shù)據(jù)的流向等各種安全因素研究制定控制流程如下：

（1）遠程控制開始前確認周邊設備環(huán)境；

（2）遠控條件允許確認工作面環(huán)境；

（3）請求遠控獲得授權并發(fā)出預警；

（4）遠控過程中通過心跳時刻保持有人值守；

（5）遠控異常暫?？纱_認安全后恢復；

（6）遠控安全退出；

根據(jù)上述安全控制流程，保證安全控制始終處于閉環(huán)狀態(tài)，提出了如圖1所示的安全控制邏輯，

圖1 遠程控制安全邏輯圖

2.2 遠程控制系統(tǒng)方案

本文設計的采煤機遠程控制系統(tǒng)，基于采煤機與順槽集控中心的控制端通訊。操作人員依據(jù)采煤機視頻監(jiān)控系統(tǒng)及通信方式獲取采煤機所處的位置、行進方向和煤壁變化情況，在遠程集控中心發(fā)出相應指令（如滾筒的升降、牽引加減速等），指令通過數(shù)據(jù)通信總線實時傳輸至采煤機電控系統(tǒng)，作出各種反應?？傮w方案詳見圖2所示。

圖2 采煤機遠程控制系統(tǒng)方案圖

該套采煤機遠程控制系統(tǒng)與工作面視頻監(jiān)測系統(tǒng)、語音通訊系統(tǒng)等有機結合，實現(xiàn)了采煤機遠離采煤現(xiàn)場操作的功能，同時有力保證了采煤的效率和設備安全。該系統(tǒng)能夠兼容CS/BS架構的應用，從而使地面操作井下采煤設備成為可能，取得了煤礦采煤設備遠程控制技術的突破，其控制流程如圖3所示。

圖3 采煤機地面控制數(shù)據(jù)流程圖

2.3 記憶割煤遠程控制技術

記憶割煤是目前最常見的綜采工作面自動化割煤模式，其主要思想是通過學習刀記憶滾筒高度曲線，然后按照記憶的曲線自動調(diào)整滾筒的方式進行割煤。本文為實現(xiàn)自動化記憶割煤過程的遠程控制，將遠程主機作為記憶割煤控制核心，所有記憶割煤功能均在遠程主機內(nèi)完成，相比采煤機自身電控系統(tǒng)具有更全面、強大的算法邏輯優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）遠程主機具有學習模式、記憶模式、干預模式等多個工作模式；

（2）線學習模式：該模式下采煤機按照記憶的軌跡曲線行進，當接收到人工干預信息后，及時記錄數(shù)據(jù)，并修改原記憶軌跡曲線，實現(xiàn)了人工干預的延續(xù)性；

（3）干預模式：人工干預指令發(fā)出后，采煤機遠控主機將操作權交給人工操作，再次按下記憶割煤按鈕后，遠程主機控制采煤機重新進入自動記憶割煤，實現(xiàn)了采煤機自動割煤與人工操作的遠程快速切換。

3 應用經(jīng)驗及技術難題

該套采煤機遠程控制系統(tǒng)研究成功后，投入到神東煤炭集團某綜采工作面進行試驗使用，實現(xiàn)了采煤機操作人員遠離采煤現(xiàn)場，遠程控制的功能，同時具備了采煤機自動記憶割煤遠程控制的功能，有效的提升了煤礦裝備自動化水平。但是，在應用過程中，該套系統(tǒng)也暴漏出諸多的不足與缺陷，提出了以下幾點采煤機遠程控制技術亟待解決的技術難題。

（1）遠程控制實時性的保證

采煤機實現(xiàn)遠程控制時大量的數(shù)據(jù)需要在工作面與控制中心間傳輸，通訊的實時性就顯的尤為重要。然而海量數(shù)據(jù)通過傳輸介質(zhì)進行通訊時難免出現(xiàn)延時，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)滯留或丟失等現(xiàn)象，為遠程控制的有效性帶來很大的困難。因此，控制延時問題就成為亟待解決的關鍵技術之一。

（2）采煤機運行數(shù)據(jù)分析及故障預判斷

在采煤機遠程控制模式下，工作人員遠離采煤現(xiàn)場，對采煤機的運行狀況主要通過系統(tǒng)顯示的各項參數(shù)來判斷，往往容易做出誤判、錯判現(xiàn)象。這就需要系統(tǒng)對現(xiàn)場采集到的各項數(shù)據(jù)進行實時分析，給出更加直觀的結果數(shù)據(jù)，對采煤機出現(xiàn)故障的可能做出預判斷，從而延長人工管理的周期，實現(xiàn)更高級的無人值守遠程自動割煤控制技術。

4 結語

（1）采煤機遠程控制技術是煤炭工業(yè)走向自動化、智能化必不可少的核心技術之一。

（2）開發(fā)研究的遠程控制安全邏輯和控制技術符合煤礦開采的實際需求，一定程度上能夠滿足遠程控制采煤機的需要，為遠程控制進一步實現(xiàn)智能化奠定了堅實基礎。

（3）采煤機遠程控制技術中遇到的實時性、故障預判斷等難題得到解決后，必將引領煤礦工業(yè)走向無人化、少人化開采的新模式。

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Research and application on romote control technology about coal winning machine of fully mechanized working face

With the improving of the coal mine aotomation of ful?ly mechanized working face,the control mode is controlled by the scene into a remote control.In this paper,the development situation and actual application about the romote control technology is ana?lyzed at home and abroad.Then we put forward the safe remote con?trol logic and operation strategy.The remote memory cut coal con?trol technology is studied on the basis of above.A set of remote con?trol system is designed and used in the scene.Then we analyzed the problems in the pratical application,and Put forward key technical problems about the remotely control technology to be aboved.

Control logic；Memory cut coal；Remotely con?trolled system