淺析懸臂式掘進機的遠程操控技術(shù)

李亞南 白靜

摘要：惡劣的礦道環(huán)境給開挖工作環(huán)境帶來了諸如天然氣和地下滲透等環(huán)境問題，造成了頻繁的安全事故并威脅著駕駛員的生命。機車主體在挖掘工作中的大振動以及現(xiàn)場的大量灰塵都使駕駛員的操作非常困難，這不僅增加了勞動力，而且不能保證生產(chǎn)效率。隨著科技與技術(shù)的不斷發(fā)展，懸臂式掘進機遠程操作技術(shù)會越來越完善，生產(chǎn)效率會不斷提高，人員安全也會越來越有保障。

關(guān)鍵詞：懸臂式掘進機;遠程操控

一、傳統(tǒng)掘進機的限制

在掘進機采掘的傳統(tǒng)方法中，掘進機的駕駛員坐在機身的駕駛員座位上并在現(xiàn)場進行挖掘工作。一方面，惡劣的礦道環(huán)境給開挖工作環(huán)境帶來了諸如天然氣和地下滲透等環(huán)境問題，造成了頻繁的安全事故并威脅著駕駛員的生命。 另一方面，機車主體在挖掘工作中的大振動以及現(xiàn)場的大量灰塵都使駕駛員的操作非常困難，這不僅增加了勞動力，而且不能保證生產(chǎn)效率。

掘進機的發(fā)展不僅受機械、材料和制造業(yè)等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展影響，還取決于實際的生產(chǎn)需求。同時，由于新技術(shù)、新材料和新施工方法的改進和發(fā)展，掘進機的性能也在不斷提高。掘進機的當(dāng)前研究成果主要體現(xiàn)在掘進機的重量和尺寸的不斷增加以及切割電機的功率的不斷提高，并且切割頭的形狀和切割齒的設(shè)計更加有效、合理。切削材料的研究、先進的機電和液壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用、傳感器檢測技術(shù)、自動控制方法理論以及模擬技術(shù)極大地改善了掘進機的性能和可靠性。

二、懸遠程操控的臂式掘進機

掘進機遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計使掘進機實現(xiàn)了遠程控制功能，實現(xiàn)了人機分離和現(xiàn)場監(jiān)控。它可以最大限度地提高露天礦的二次采礦業(yè)的需求，并達到投資少、利潤高的目標(biāo)。當(dāng)機器采煤時，人們在安全的手術(shù)室中操作掘進機，使其深入到煤壁中，完成采掘作業(yè)，避免人身傷害，提高安全性，實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)。

懸臂式掘進機的設(shè)計要求深度為300米，并且機器在工作時會振動?？刂颇Ｊ椒譃樽詣涌刂颇Ｊ胶褪謩涌刂颇Ｊ?，可以通過兩種控制模式實現(xiàn)無干擾切換。遠程控制終端可以通過控制臺啟動自動操作或遠程手動控制。自動控制操作方式：通過人機操作界面更改系統(tǒng)的操作參數(shù)（煤礦技術(shù)人員輸入的切割高度和寬度參數(shù)），自動控制程序完成了在煤層工作面上的開采工作。手動控制工作模式：員工可以通過控制臺手柄按鈕等控制設(shè)備完成對路標(biāo)的遠程控制。遠程線路控制系統(tǒng)提供駕駛條件的數(shù)據(jù)收集，處理和管理，包括諸如實時顯示車輛位置和運行狀態(tài)參數(shù)之類的功能。遠程線路控制系統(tǒng)具有現(xiàn)場操作狀態(tài)的視頻監(jiān)視功能。使用高分辨率攝像頭設(shè)備和生產(chǎn)線控制臺對站點的運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)視和圖像處理，可以實時反映機器的運行狀態(tài)和過程。提供操作員執(zhí)行狀態(tài)信息所需的場景。遠程線路控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)范圍的警報和保護功能，具有系統(tǒng)故障報警功能，漏電保護，電機過流保護，過載保護等保護功能。

道路標(biāo)頭遠程線控制系統(tǒng)主要包括傳感器檢測，控制系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)，視頻監(jiān)視系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。1）傳感器檢測系統(tǒng)：通過傳感器收集人體數(shù)據(jù)信息，并發(fā)送到電子控制系統(tǒng)進行操作控制。車身數(shù)據(jù)信息主要包括電網(wǎng)電流，三個電機（油泵電機，切割電機，重印電機）的電壓和電流，控制閥油壓，車身姿勢信息，切割頭位置數(shù)據(jù)。2）控制方法：掃描輸入開關(guān)的狀態(tài)，收集傳感器檢測數(shù)據(jù)，對程序進行邏輯處理，以輸出控制量控制執(zhí)行器，執(zhí)行相應(yīng)的操作，并在顯示屏上顯示狀態(tài)參數(shù)。該電子控制系統(tǒng)包括主機和主機。主機主要設(shè)計有一個人機交互界面，可以在顯示器上顯示狀態(tài)參數(shù)，并將手動設(shè)置的切削參數(shù)信息發(fā)送到主機。下面的計算機負責(zé)掃描輸入并收集傳感器數(shù)據(jù)。處理完程序后，控制執(zhí)行系統(tǒng)完成裝入頭中的相關(guān)操作，并將某些計算出的狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給主機。控制系統(tǒng)使用邏輯控制器PLC構(gòu)成控制核心。PLC是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的控制器。各種機器和生產(chǎn)過程可以通過諸如邏輯運算和算術(shù)運算之類的操作來控制。它具有高可靠性，強大的防干擾功能以及特殊的程序處理流程。同時，原始路標(biāo)電氣控制箱使用西門子PLC作為電動機保護控制核心，而西門子PLC作為邏輯控制器，則便于原始路標(biāo)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換和集成。3）執(zhí)行系統(tǒng)：接收控制信息和驅(qū)動機制以完成相關(guān)動作。執(zhí)行系統(tǒng)主要由電磁閥和運動放大器卡組成。從控制系統(tǒng)輸出的運動控制信號通過運動放大器卡進行放大和調(diào)整，然后輸出到電磁閥以控制氣缸的操作。執(zhí)行系統(tǒng)液壓缸馬達包括切割頭提升缸，切割頭旋轉(zhuǎn)缸，切割頭伸縮缸，挖掘機舉升缸，后支撐舉升缸以及各式馬達。4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)：收集實時視頻信息，存儲并發(fā)送到顯示器。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括四個收集視頻圖像的攝像機，四個單芯光端機和硬盤錄像機 5）顯示系統(tǒng)：顯示實時視頻屏幕，身體狀況參數(shù)等。該顯示系統(tǒng)包括兩個監(jiān)視器和一個液晶顯示器。操作室有兩個監(jiān)視器，每個監(jiān)視器顯示一個視頻屏幕和身體狀況參數(shù)。液晶顯示器位于人體的電氣控制箱上，并顯示人體狀況參數(shù)。

掘進機遠程控制系統(tǒng)使用可編程邏輯控制器（PLC）作為下部計算機，并使用工業(yè)計算機監(jiān)視工作站作為上部計算機。上位計算機和下位計算機通過PPI協(xié)議進行通信。線控制系統(tǒng)采用緊湊的模塊結(jié)構(gòu)，例如電源控制模塊，按鈕模塊，可編程控制器模塊，比例閥控制模塊和伺服電動機驅(qū)動模塊。該系統(tǒng)具有面向現(xiàn)場控制目標(biāo)的出色實時性能以及在工業(yè)環(huán)境中強大的抗干擾能力。線路控制系統(tǒng)具有兩種控制模式：自動和手動。在自動操作模式下，操作員直接在指定的工作條件下啟動自動操作模式，并根據(jù)預(yù)定的切割程序自動執(zhí)行路頭，以實現(xiàn)遠程自動控制。在手動模式下，操作員可通過操作控制臺遠程完成采礦工作并操作設(shè)備。

三、小結(jié)

國內(nèi)外在懸臂式掘進機智能控制和遠程控制方面取得了重大進展，有效地提高了煤礦綜合開采業(yè)務(wù)的質(zhì)量和效率。但是，由于煤礦環(huán)境的限制，在地下礦道上難以在地面上使用某些精確的地面定位技術(shù)，從而導(dǎo)致在操作過程中懸臂式掘進機的定位，定向仍然有許多緊急問題需要解決。但是隨著科技與技術(shù)的不斷發(fā)展，懸臂式掘進機遠程操作技術(shù)會越來越完善。

參考文獻

[1]曲廣財. 掘進機遠程控制系統(tǒng)及其保護功能的設(shè)計[J]. 機電工程技術(shù)，2019，48（07）：134-135.

[2]張旭輝，劉永偉，毛清華，楊文娟. 煤礦懸臂式掘進機智能控制技術(shù)研究及進展[J]. 重型機械，2018，（02）：22-27.

作者簡介：李亞南（1983-6），男，安徽省碭山縣，研究方向：機械;白靜（1989-3），女，遼寧省海城市，研究方向：機械