探討井下機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用

黃瑩 徐可 萬(wàn)思辰

摘? ?要：為了充分發(fā)揮遠(yuǎn)程控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、提升井下作業(yè)效率、保證井下作業(yè)的安全性，文章對(duì)井下機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先，簡(jiǎn)述了井下機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制具有突破時(shí)空限制、保護(hù)作業(yè)人員安全、精準(zhǔn)調(diào)控設(shè)備等優(yōu)勢(shì)。然后，結(jié)合實(shí)例詳細(xì)闡述了可編程邏輯控制器（PLC）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、物聯(lián)網(wǎng)在機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：井下機(jī)電設(shè)備;遠(yuǎn)程控制技術(shù);應(yīng)用

井下機(jī)電設(shè)備包括煤礦挖掘、運(yùn)輸、起重、發(fā)電等設(shè)備。隨著我國(guó)煤炭行業(yè)的迅速發(fā)展，井下機(jī)電設(shè)備開(kāi)始逐漸向智能化、大型化方向發(fā)展。尤其是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，也被應(yīng)用到了井下機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)中，且發(fā)揮出了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，使得機(jī)電設(shè)備的智能化、自動(dòng)化水平得到了有效提升。

1? ? 井下機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制優(yōu)勢(shì)

機(jī)電設(shè)備是井下作業(yè)的重要工具，對(duì)井下作業(yè)的連續(xù)性、高效性、安全性影響非常大。傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備多是人為操控，根本無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜的井下作業(yè)環(huán)境，且不夠高效，非常不利于作業(yè)效率的提升。最重要的是，無(wú)法保證作業(yè)安全，很容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，有關(guān)機(jī)電設(shè)備的研究越來(lái)越受到人們的重視?，F(xiàn)如今，智能機(jī)電設(shè)備已經(jīng)被應(yīng)用到了實(shí)際生產(chǎn)中。尤其是遠(yuǎn)程控制技術(shù)，凸顯了以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

（1）突破了管理主體、機(jī)電設(shè)備間的時(shí)空限制，提升了機(jī)電設(shè)備管控水平。管理人員只要通過(guò)控制系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有機(jī)電設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)度、管控。

（2）可保護(hù)作業(yè)人員的安全。通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)控機(jī)電設(shè)備，可免去作業(yè)人員深入井下調(diào)控設(shè)備的步驟，降低井下作業(yè)的危險(xiǎn);可提前分析、預(yù)測(cè)、判斷設(shè)備故障以及作業(yè)環(huán)境變化，進(jìn)一步減少安全事故的發(fā)生。

（3）可精準(zhǔn)調(diào)控設(shè)備。傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備操作方式對(duì)作業(yè)人員工作經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)性比較大，很難實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的精準(zhǔn)調(diào)控。但是通過(guò)控制系統(tǒng)可下達(dá)精準(zhǔn)的調(diào)控指令，保證機(jī)電設(shè)備的精準(zhǔn)作業(yè)。

2? ? 井下機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用分析

2.1? GIS遠(yuǎn)程控制技術(shù)

GIS是一種特定的空間信息系統(tǒng)。依托計(jì)算機(jī)軟、硬件，通過(guò)GIS可對(duì)空間中的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示。將其應(yīng)用于井下機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制中，可以對(duì)井下地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為井下作業(yè)決策提供數(shù)據(jù)參考。

以基于GIS的井底車(chē)場(chǎng)礦車(chē)高精度定位系統(tǒng)為例，利用GIS技術(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位、ZigBee技術(shù)的短距離信息傳輸功能，可有效解決井下人員、車(chē)輛定位不精準(zhǔn)的問(wèn)題，實(shí)時(shí)反映井下人員、車(chē)輛位置，確保管理人員能及時(shí)制定工作安排、救援調(diào)度計(jì)劃，從而進(jìn)一步提升井下作業(yè)的安全性、可靠性。該系統(tǒng)包括總控主機(jī)、路由器、中轉(zhuǎn)器、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和電子標(biāo)簽。其中，總控主機(jī)包含GIS軟件，可存儲(chǔ)信息、數(shù)據(jù)，還包括網(wǎng)絡(luò)模塊，可與路由器通信連接。在該系統(tǒng)中主要采用PC主機(jī)作為總控主機(jī);路由器的主要作用是與各中轉(zhuǎn)器進(jìn)行通信連接，并將總控主機(jī)通信信息傳輸?shù)礁髀酚善髦?。該系統(tǒng)采用的是ZigBee路由器。中轉(zhuǎn)器的作用是與井下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信連接。該系統(tǒng)采用的是ZigBee協(xié)議的中繼器，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)被設(shè)置在礦車(chē)上，可與中轉(zhuǎn)器進(jìn)行通信連接，且能讀取電子標(biāo)簽信息，具體采用的是公開(kāi)號(hào)CN207366734U中國(guó)專(zhuān)利改進(jìn)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)420。電子標(biāo)簽的作用是記錄軌道信息，具體采用的是電子標(biāo)簽610。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

在一般情況下，該系統(tǒng)的工作流程是：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)PLC預(yù)先設(shè)定的程序定時(shí)向中線(xiàn)器發(fā)送信號(hào)，中轉(zhuǎn)器將其轉(zhuǎn)送到路由器，再由路由器送入PC主機(jī)。這時(shí)PC主機(jī)就會(huì)依據(jù)信號(hào)強(qiáng)度、GIS軟件提供的地理信息計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置，進(jìn)而確定礦車(chē)位置。若是在緊急調(diào)度、緊急救援等作業(yè)中需要精確定位時(shí)，PC主機(jī)會(huì)通過(guò)路由器向中轉(zhuǎn)器發(fā)送定位指令。這時(shí)中轉(zhuǎn)器會(huì)再將信號(hào)傳送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的無(wú)限模塊接收信號(hào)后，會(huì)利用PLC模塊進(jìn)行解析，并使讀寫(xiě)器產(chǎn)生讀寫(xiě)信號(hào)，完成附件電子標(biāo)簽的讀取。然后，信號(hào)就會(huì)沿著原路返回到總控主機(jī)，并結(jié)合GIS軟件進(jìn)行精準(zhǔn)定位。顯然，與以往的依靠信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行定位的方式相比，這種定位方式精度更高，且不易受到外界環(huán)境的影響。最重要的是，可以通過(guò)多次讀取電子標(biāo)簽信息判斷礦車(chē)的行駛速度。由此可見(jiàn)，將GIS遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電設(shè)備中可以為管理人員提供更加精準(zhǔn)的定位信息，方便井下日常作業(yè)、救援工作的開(kāi)展。

2.2? PLC遠(yuǎn)程控制技術(shù)

PLC具有操作性強(qiáng)、抗干擾、成本低等特點(diǎn)，是專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。在我國(guó)工業(yè)發(fā)展的帶動(dòng)下，PLC控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。尤其在礦井機(jī)電設(shè)備中更是得到了廣泛應(yīng)用。PLC遠(yuǎn)程控制可應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)控制、提升機(jī)速度自動(dòng)控制、機(jī)電設(shè)備行程位置控制、制動(dòng)回路控制、監(jiān)視系統(tǒng)控制等中。本研究重點(diǎn)介紹了一種基于PLC的架空乘人裝置智能化系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括猴車(chē)、總控主機(jī)、站點(diǎn)控制盒3個(gè)部分。其中，總控主機(jī)上安裝了GIS軟件;猴車(chē)包括捕繩器，捕繩器上固定了吊軸，吊軸上分別固定了手柄桿、坐墊箱、搭腳桿;站點(diǎn)控制盒與主板上的藍(lán)牙通信模塊讀取電子標(biāo)簽信息，且能通過(guò)主板上的遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)電（Long Range Radio，LORA）無(wú)線(xiàn)模塊對(duì)總控主機(jī)反饋?zhàn)R別的電子標(biāo)簽信息。這樣可充分利用GIS技術(shù)對(duì)乘車(chē)人員進(jìn)行連續(xù)定位，實(shí)時(shí)掌握乘車(chē)人員的位置。利用PLC技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行管理，提高井下作業(yè)效率。此外，該系統(tǒng)還具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）可使乘車(chē)人員在距架空乘人裝置絞盤(pán)的安全距離智能停車(chē)并發(fā)出語(yǔ)音提示，提醒乘車(chē)人員下車(chē)。