智能化工作面系統(tǒng)可靠性研究

閻 偉

（山西西山煤電福利有限公司，山西 太原030053）

引言

目前我國智能化工作面仍處于起步階段，所以對工作面智能化控制系統(tǒng)進行研究是十分有必要的[1-2]。此前牛云鵬[3]針對工作面缺乏自動分析移動目標的問題，設(shè)計了綜采工作面視頻分析系統(tǒng)，設(shè)計的系統(tǒng)可有效實現(xiàn)工作面的實時監(jiān)控及操縱，有效地提高了綜采工作面監(jiān)管水平。劉鳳偉[4]設(shè)計了全系統(tǒng)智能化控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由液壓支架、端頭支架、刮扳機、帶式輸送機、采煤機、破碎機、自動化控制系統(tǒng)等組成，為實現(xiàn)采煤工作面智能化作出了一定的貢獻。本文將對智能化工作面系統(tǒng)的構(gòu)建及智能化系統(tǒng)的可靠性進行研究。

1 智能化工作面系統(tǒng)的劃分

一般來說，智能工作面系統(tǒng)可以分為集控系統(tǒng)、工作面監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。各個系統(tǒng)間靠著網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的交換。由于系統(tǒng)劃分不明確造成智能化工作面系統(tǒng)的整體性大打折扣，所以先對子系統(tǒng)進行分析。

工作面集控系統(tǒng)布置在工作面順槽位置，配置操作員和控制器兩車廂。在操作車廂布置7臺顯示器和6臺計算機，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控及參數(shù)設(shè)置。控制器車廂是整個集控系統(tǒng)的重要位置，用于完成與子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換?？刂破鬈噹?臺以太網(wǎng)交換機和2臺PLC控制器，順槽監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如1所示。

圖1 順槽監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

采煤機控制系統(tǒng)是對采煤機運行過程、運行狀態(tài)、故障預(yù)警及診斷等進行多位一體的控制系統(tǒng)。通過在采煤機安裝感知元件及對感知元件進行分析，將分析數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)度人員。采煤機控制系統(tǒng)中核心部位是智能型采煤機，智能型采煤機采用多電機橫向布置，適用于大采高中硬煤層開采[5]。

支架圍巖電液控制系統(tǒng)是由支架控制單元構(gòu)成，在每個支架上布置壓力傳感器、電磁驅(qū)動器、支架控制器等。支架控制單元通過連接器進行連接，構(gòu)建完整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其硬件主要包括電源、隔離器、行程傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器、電纜等。

工作面狀態(tài)視頻監(jiān)測系統(tǒng)是通過在采煤機、超前支架、液壓支架和轉(zhuǎn)載機上布置攝像頭以達到實時監(jiān)控綜采面的可視化作業(yè)。

通訊網(wǎng)絡(luò)是在工作面環(huán)向布置防爆交換機，用于網(wǎng)路的接入，在工作面形成局域網(wǎng)。

智能負荷中心主要是由防爆移動變電站、干式變壓器及組合開關(guān)組成，移動的變電站將三個部分通過法蘭進行連接，組成移動變電站三位一體的結(jié)構(gòu)。

智能集成供液系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求進行泵站的配比，通過PLC智能控制等硬件實現(xiàn)泵站的自動控制，實現(xiàn)壓力系統(tǒng)控制的自動化，保證系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定輸出及運行。

2 智能化工作面可靠性分析

對智能工作面進行可靠性研究，選擇模糊可靠性的判斷方法對其進行研究。智能工作面的可靠性受到煤層傾角、工作面布置參數(shù)、機械型號等因素的影響。這些因素使得工作面的可靠性存在一定的模糊性，所以利用模糊法對智能工作面可靠性進行研究。

對智能化工作面可靠性評價指標進行建立，設(shè)計評價指標的原則為科學(xué)性原則、可行性原則、系統(tǒng)性原則、動態(tài)性原則、目標導(dǎo)向性原則。確保評價指標的可行性及可靠性。在對智能化工作面的評價指標進行建立時需要將智能化工作面所不具備的指標進行提前的排除，同時將評價系統(tǒng)中較為相似的指標進行合理地表示，再評價復(fù)雜的系統(tǒng)時進行分層次地獨立評價，避免評價結(jié)果的可靠性下降。智能化工作面系統(tǒng)評價體系如圖2所示。

圖2 智能化工作面系統(tǒng)評價體系

完成智能化工作面系統(tǒng)評價體系建立后對內(nèi)部7個子系統(tǒng)進行評價體系的建立，在進行順槽集控中心評價分析時需要考慮工作面的一鍵啟停、閉鎖系統(tǒng)和工作面擴播、工作面員工監(jiān)測系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等的評價指標分析；采煤機智能控制系統(tǒng)對GIS定位、煤巖識別系統(tǒng)、采煤機自動調(diào)節(jié)等進行評價；支架圍巖電液控制系統(tǒng)需要對支架姿態(tài)識別控制系統(tǒng)、智能移架自動調(diào)直系統(tǒng)、移架速度分析系統(tǒng)等進行評價指標的設(shè)定[3-4]；工作面狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)需要對設(shè)備基礎(chǔ)信息查詢系統(tǒng)、遠程診斷系統(tǒng)、工作面降塵系統(tǒng)礦壓監(jiān)測管理系統(tǒng)進行評價指標的設(shè)置；智能通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要對有線通訊基站、有線設(shè)備接口、無線通訊基站等評價指標進行設(shè)置；礦用智能負載系統(tǒng)的二級評價指標主要對移動變電站、過流保護系統(tǒng)等進行設(shè)定；泵站自動化控制系統(tǒng)需要對電纜連接、泵站狀態(tài)監(jiān)測、乳化液自動配比等進行評價指標設(shè)置。

利用模糊數(shù)學(xué)對智能工作面的可靠性進行評價，將評價等級可以分為非?？煽俊⑤^為可靠、一般可靠、不可靠和極不可靠。根據(jù)七個子系統(tǒng)的模糊評價結(jié)果建立智能工作面評價矩陣如下所示：

子系統(tǒng)的權(quán)重向量表示為：

所以可以得到智能化系統(tǒng)的模糊綜合評價向量：

根據(jù)評價向量可以得出智能化子系統(tǒng)非常可靠的隸屬度0.221 9，較為可靠0.234 1，一般可靠0.292 8，不可靠0.189 0，極不可靠0.061 8。根據(jù)隸屬度原則可以得出，智能化工作面的評價結(jié)果為一般可靠，并接近比較可靠[5]。

3 結(jié)論

智能化工作面包括集控系統(tǒng)、工作面監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)，通過模糊數(shù)學(xué)的方法對七個子系統(tǒng)的評價指標進行研究，結(jié)果顯示該系統(tǒng)接近比較可靠。