三元古韓荊寶煤業(yè)液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

陳如君

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元古韓荊寶煤業(yè)有限公司，山西 襄垣 046200）

由于我國煤礦井下綜采作業(yè)自動(dòng)化程度較低，需要大量的煤礦工人進(jìn)行現(xiàn)場巡查、控制、手動(dòng)作業(yè)，效率低下，安全程度低，因此提升煤礦井下自動(dòng)化、智能化水平，提高井下作業(yè)安全是各煤炭生產(chǎn)企業(yè)的急切需求[1]。而實(shí)現(xiàn)井下綜采作業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)是對煤礦井下的綜采設(shè)備進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)診斷。因此，本文根據(jù)三元古韓荊寶煤業(yè)所使用的ZF5200型液壓支架的結(jié)構(gòu)特性，提出了液壓支架的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，極大地提升了其工作的自動(dòng)化和智能化程度。

1 液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文以山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元古韓荊寶煤業(yè)綜采工作面內(nèi)液壓支護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)測、控制為研究對象，在綜采工作面每臺(tái)液壓支架上設(shè)置一組支架控制模塊及隔爆攝像機(jī)系統(tǒng)。

根據(jù)ZF5200型液壓支架的結(jié)構(gòu)特性，同時(shí)考慮煤礦井下惡劣的工作條件，本文將液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分為地面控制監(jiān)控中心和井下本地控制單元兩個(gè)部分。其分層邏輯控制結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包括了井下巷道內(nèi)的本地控制層、順槽遠(yuǎn)程監(jiān)控層以及地面上的地面監(jiān)控中心。

在該控制系統(tǒng)中，地面監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的操作終端，通過順槽遠(yuǎn)程監(jiān)控中心與井下綜采面上的本地控制層上的各液壓支架進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對各液壓支架工作狀態(tài)和故障信息的不間斷監(jiān)測和控制。

2 本地控制層控制原理

本地控制層是該液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的核心，其主要作用是對各液壓支架的工作狀態(tài)和位置等進(jìn)行精確監(jiān)測，同時(shí)執(zhí)行操作人員下達(dá)的各種姿態(tài)調(diào)整指令。本地控制層的核心是設(shè)置在各液壓支架上的支架控制器，如操作界面、各類傳感器、無線通訊網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控?cái)z像機(jī)等。為了實(shí)現(xiàn)對液壓支架工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)的精確判斷，采用了推溜模糊控制系統(tǒng)[2]。在工作時(shí)系統(tǒng)接收到各類指令后，通過先導(dǎo)閥將指令信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，然后通過液壓支架液壓系的控制系統(tǒng)將信號(hào)放大并控制液壓執(zhí)行油缸的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對液壓支架姿態(tài)的調(diào)整。液壓支架在運(yùn)動(dòng)過程中可通過設(shè)置在支架上的各類壓力、行程傳感器對其姿態(tài)進(jìn)行判斷，確定姿態(tài)調(diào)整是否到位，是否滿足調(diào)整控制要求。本地控制層的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 本地控制層結(jié)構(gòu)示意圖

該本地控制層中，采用了基于Mesh的無線交換網(wǎng)絡(luò)[3]的礦用攝像機(jī)對綜采工作面的工作狀態(tài)和液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)可將監(jiān)測的視頻信號(hào)通過順槽遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)降孛婵刂浦行?，便于控制人員在地面實(shí)現(xiàn)對井下各液壓支架工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

由于實(shí)際工作中采煤機(jī)會(huì)隨著綜采作業(yè)的進(jìn)行而不斷沿巷道進(jìn)行推進(jìn)，導(dǎo)致液壓支架必須不斷地移動(dòng)位置，而在傳輸中各監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)信息傳輸主要是以天線對天線的形式進(jìn)行，以確保其數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，當(dāng)其移動(dòng)時(shí)就容易導(dǎo)致液壓支架阻擋數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)，導(dǎo)致系統(tǒng)信息傳輸中斷，無法對液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整。因此為了避免該現(xiàn)象的發(fā)展，在設(shè)置Mesh交換機(jī)時(shí)，將其安裝在靠近煤壁的位置，使交換機(jī)和支架頂梁的間隔保持在約400mm，從而有效避免液壓支架移動(dòng)過程中對無線信號(hào)傳輸?shù)母蓴_。其網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 綜采面Mesh無線通訊網(wǎng)絡(luò)布局示意圖

3 液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

煤礦井下工作環(huán)境惡劣，各種干擾源較多，對該液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信造成了較大的干擾。為了確保監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、精確性和可靠性，本文采用了雙CAN總線通訊[4]網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建整個(gè)監(jiān)測控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信單元。其網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中利用一根CAN總線將各本地控制層的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息傳遞到地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對各液壓支架工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測；另一根CAN總線專門用于傳遞地面控制中心工作人員對液壓支架的各種控制指令，從而確保了監(jiān)測和控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性。

圖4 液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)

4 自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在三元古韓荊寶煤業(yè)的應(yīng)用

該自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在三元古韓荊寶煤業(yè)1#綜采巷道進(jìn)行了實(shí)地應(yīng)用。在該巷道內(nèi)布置了30臺(tái)ZF5200型液壓支架、1臺(tái)刮板輸送機(jī)、1臺(tái)采煤機(jī)。在每臺(tái)液壓支架上設(shè)置支架控制器、位移傳感器及壓力傳感器，通過電纜對系統(tǒng)進(jìn)行連接，監(jiān)控主機(jī)設(shè)置在地面上的監(jiān)控中心內(nèi)。液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的界面如圖5所示。

圖5 液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面

5 結(jié)論

本文通過對現(xiàn)有液壓支架運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測方式的缺陷進(jìn)行分析，同時(shí)根據(jù)煤礦井下綜采作業(yè)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展趨勢，對山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元古韓荊寶煤業(yè)綜采作業(yè)面所采用的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

（1）該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用分層控制結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)工作人員在地面監(jiān)控中心對井下液壓支架工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整。

（2）該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的本地控制層采用了基于Mesh的無線交換網(wǎng)絡(luò)，能夠有效確保井下數(shù)據(jù)信息傳遞的安全性。

（3）該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用了雙CAN總線的數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)，將控制信號(hào)傳輸和監(jiān)測信號(hào)傳輸分別單獨(dú)控制，從而確保了監(jiān)測和控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性。