綜掘機遠(yuǎn)程控制技術(shù)研究

摘要：對現(xiàn)有EBZ-160/200綜掘機進(jìn)行改造增加遠(yuǎn)程操控使用系統(tǒng)。利用全方位的先進(jìn)傳感探測技術(shù)，從而實現(xiàn)掘進(jìn)機在井下自動定位導(dǎo)航，掘進(jìn)機運行軌跡上傳，實現(xiàn)數(shù)字化礦山提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。把操作工位撤離到遠(yuǎn)離危險的安全區(qū)域，有利于防范人身事故，有利于提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)國家安全監(jiān)督管理局、國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《煤礦安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》要求：實現(xiàn)煤礦機械化信息化升級改造，加快煤礦機械化改造，鼓勵無人值守和遠(yuǎn)程控制的總體要求，張雙樓煤礦2020年全面推廣使用綜掘機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。對現(xiàn)有EBZ-160/200綜掘機進(jìn)行改造增加遠(yuǎn)程操控使用系統(tǒng)。

1 掘進(jìn)機改造技術(shù)方案

掘進(jìn)機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可編程控制器和視頻采集系統(tǒng)與無線收發(fā)裝置交互連接，無線收發(fā)裝置與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)交互連接，無線遙控裝置與遙控發(fā)射器連接，遙控發(fā)射器與遙控接收器無線連接，遙控接收器與可編程控制器連接，數(shù)據(jù)協(xié)議解析軟件和視頻驅(qū)動設(shè)備，數(shù)據(jù)協(xié)議解析軟件將視頻圖像采集系統(tǒng)的圖像信息和可編程控制器采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為監(jiān)控軟件要求的格式，把圖像信息和數(shù)據(jù)信息集成在一體的遠(yuǎn)程控制軟件，完成可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視和控制功能，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線采掘控制，避免人員在惡劣環(huán)境下工作的同時，提高井下采掘的工作效率.改善井下工人工作環(huán)境和工作條件。

2總體方案結(jié)構(gòu)圖

本改進(jìn)方案通過更換掘進(jìn)機上原有的手動液壓系統(tǒng)，升級為可以手動、電動兩用的液壓系統(tǒng)，為掘進(jìn)機的遠(yuǎn)程操作和自動控制的實現(xiàn)提供了方便。

3具體實施方案

3.1電液控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)包含控制箱、電動液壓閥?？刂葡鋬?nèi)部設(shè)置一套完整的液壓控制系統(tǒng)和一套電氣控制系統(tǒng)，該液壓控制系統(tǒng)獨立于掘進(jìn)機有兩種控制模式（遠(yuǎn)程電控/本地電控）通過遠(yuǎn)程電控實現(xiàn)異地操控，本地電控用于自檢調(diào)試。將控制箱安裝在EBZ系列掘進(jìn)機的駕駛員座位下邊的空間內(nèi)。同時將控制箱內(nèi)的開關(guān)量控制信號對應(yīng)接入原掘進(jìn)機控制電路，實現(xiàn)兩地同步控制通過切換按鍵實現(xiàn)掘進(jìn)機原本機操控/無線遙控/遠(yuǎn)程電控三種模式的操控，三種操縱模式互不干擾。

3.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為了能在遠(yuǎn)程控制時清晰地監(jiān)控到掘進(jìn)工作面及掘進(jìn)機的整體狀況，系統(tǒng)設(shè)置若干臺攝像機。其中在掘進(jìn)機前端設(shè)置 1 臺專業(yè)透塵攝像機（1#）和1臺高清攝像機（2#），用于在粉塵水霧環(huán)境下觀測掘進(jìn)機切割頭及掘進(jìn)工作面的狀態(tài)。在掘進(jìn)機本體部分前端兩側(cè)（回轉(zhuǎn)臺下方）各設(shè)置一個高清攝像機（3#，4#），用于全方位觀察鏟板及鏟板上兩個星輪的運作情況。在掘進(jìn)機本體上方設(shè)置一個高清攝像機（5#），用于全方位觀察刮板機的運作情況。在掘進(jìn)機尾部兩側(cè)各設(shè)一個高清攝像機（6#，7#），用于全方位觀察掘進(jìn)機兩側(cè)周邊的狀況，以便倒車時確認(rèn)掘進(jìn)機和巷道壁兩側(cè)的距離，及掘進(jìn)機和運輸皮帶機之間的距離。在橋式皮帶尾部設(shè)置一個高清攝像機（8#），用于觀察兩側(cè)周邊的狀況，以便倒車時確認(rèn)橋式皮帶和運輸皮帶機之間的距離。

3.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

為了能夠遠(yuǎn)程操作時了解掘進(jìn)機壓力參數(shù)，在多路閥上的加裝兩個壓力傳感器，和原壓力表并聯(lián)安裝。

3.4數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

遠(yuǎn)程操作端和掘進(jìn)機控制箱之間通過光端機以及光纜傳輸數(shù)據(jù)和操控信號，光纜順沿掘進(jìn)機的主電纜方向布線，實際長度可根據(jù)現(xiàn)場情況決定，最遠(yuǎn)傳輸距離不小于 10Km 。

3.5無線遙控系統(tǒng)

系統(tǒng)的無線遙控端采用 2.4G 無線信號，具有傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強的特點。同時遙控器裝置內(nèi)部采用MCU，結(jié)合軟件算法，對控制信號進(jìn)行實時編解碼和故障分析。軟件系統(tǒng)通過分析掘進(jìn)機操縱流程，對相關(guān)動作進(jìn)行優(yōu)化，對操作動作的優(yōu)先級進(jìn)行排隊，屏蔽錯誤操作動作，防止誤操作。

無線遙控裝置小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部采用本質(zhì)安全型可充電電池供電，能夠滿足20小時左右正常供電。

3.6遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)

遠(yuǎn)程操作端為本安裝置。該操作端設(shè)置一套和掘進(jìn)機操作手柄完全一致的操縱桿，用于在遠(yuǎn)端直接操作;遠(yuǎn)程操作端同時設(shè)置了距離顯示裝置，直觀顯示掘進(jìn)機在運行過程中的距離方位。同時掘進(jìn)機液壓壓力表也通過電傳數(shù)顯在遠(yuǎn)端操作端上顯示。為了直觀顯示掘進(jìn)機運行過程中的全方位視頻圖像，設(shè)置兩臺防爆液晶顯示器。操作人員可以在遠(yuǎn)端直接觀察現(xiàn)場全方位圖像。

3.7聲音采集傳輸

掘進(jìn)機上按裝有無線話筒，遠(yuǎn)控臺安裝有播放器，實時可以在1000米外聽到工作面的聲音，以此可容易判斷設(shè)備工作狀態(tài)。

3.8系統(tǒng)具備急停、信號中斷停機功能。即遙控系統(tǒng)具備軟件急停按鈕，當(dāng)遙控器和掘進(jìn)機的無線信號處于斷開狀態(tài)時，設(shè)備會停機并鎖定故障。當(dāng)信號自動恢復(fù)時，無操作指令不得開機。

3.9語音對講系統(tǒng)

主要用于掘進(jìn)面面沿線上，具有通話和就地急停閉鎖功能，實現(xiàn)設(shè)備啟停預(yù)警，更高效傳輸系統(tǒng)信息，故障停機等。

3.10自動截割限位導(dǎo)向系統(tǒng)。（類似于汽車倒車影像）。在該系統(tǒng)升級后，可實現(xiàn)掘進(jìn)機自動定位截割。

3.11 掘進(jìn)機后方設(shè)置儲存電纜裝置。滿足掘進(jìn)機掘進(jìn)15米，無需拖拽電纜。

3.12增加防止人員闖入傳感器，一旦人員闖入即停機。

4經(jīng)濟效益分析

4.1在降本增效方面主要體現(xiàn)在：

每班減少煤流運輸崗位工3人，掘進(jìn)一線單位職工基礎(chǔ)工資按210元/工計算，每年可減少崗位基礎(chǔ)工資約3工、3班、30天、210元/天、12月;節(jié)省總額：210×3×3×30×12=68.04萬元。

4.2社會效益

4.2.1保護(hù)人員安全，降低傷亡概率。

4.2.2減少截割粉塵對身體的傷害。

5結(jié)語：

綜掘機可視化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)不僅能在井下超視距控制掘進(jìn)機，下一步要實現(xiàn)地面對掘進(jìn)機所有動作的實時控制，將數(shù)據(jù)通過光纖傳輸至井上調(diào)度中心，還可通過手機APP觀察工作面情況。實現(xiàn)井下井上實時調(diào)度。實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與迎頭能夠雙向清晰語音對講，且視頻、音頻和控制均無延時?？删幊炭刂破骱鸵曨l采集系統(tǒng)與無線收發(fā)裝置交互連接，無線收發(fā)裝置與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)交互連接等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，便利綜掘機遠(yuǎn)程可視化控制系統(tǒng)做到了真正落地，實現(xiàn)了具體的工程應(yīng)用。

作者簡介：

陳慶光（1980.6---）男，山東濟寧人，2012年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)，江蘇徐礦能源股份有限公司生產(chǎn)調(diào)度指揮中心副主任，工程師，主要從事井下支架拆除、安裝準(zhǔn)備工作。