滾筒采煤機自動化與智能化控制技術(shù)發(fā)展及應用淺析

劉重陽

（陜煤集團神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 神木 719300）

隨著我國對能源需求的不斷提高，加大煤礦開采量已成為當前重要的發(fā)展手段。當前，許多開采企業(yè)已開始加大機械設備的引入與應用，利用其功率高、安全性強的特點，進行高效率的采集工作，但研發(fā)難度高、自動化水平低的問題仍未得到有效解決。為此，相關(guān)研發(fā)機構(gòu)需盡快提升智能化與自動化控制技術(shù)的優(yōu)化與更新，才能使開采行業(yè)緊跟時代發(fā)展趨勢，提高產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟利潤。

1 滾筒采煤機自動化與智能化控制技術(shù)應用研究

1.1 監(jiān)控通信技術(shù)的具體應用

監(jiān)控通信技術(shù)是為了改善人員的工作環(huán)境，將施工人員從危險、有害的開采地點撤離，使其處在更安全、舒適的控制臺完成地面調(diào)度、遠程監(jiān)控等工作。該技術(shù)的應用重點在于移動信號的傳輸，使相關(guān)操作指令能夠通過互聯(lián)網(wǎng)渠道進行及時的交互與通信。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展與優(yōu)化，當前滾筒采煤機的機載監(jiān)視、數(shù)據(jù)探測及遠程分析等功能都得到大幅度的提升與增強，相關(guān)通信寬帶的數(shù)據(jù)傳遞量也由原本的100KBIT/S增長至30MBIT/S，甚至部分機載雷達掃描的數(shù)據(jù)傳輸量可達到60MBIT/S。但過高的數(shù)據(jù)載量也對控制技術(shù)的要求更嚴格，需要運用光導纖維作為信息傳送的載體，并布置大量AP端口負責局域網(wǎng)的搭建。這種方法需要的經(jīng)濟開銷較高，且維護不夠便捷，進而導致信息通信技術(shù)的可靠性與適應性較低，因此，該控制技術(shù)在工作應用方面還有待加強。此外，滾筒采煤機內(nèi)的巷道設備是采用TCP/IP網(wǎng)絡安全協(xié)議實時獲取控制臺輸出的視頻數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)施工現(xiàn)場的全方面監(jiān)控，并通過OPC服務器以及通信網(wǎng)關(guān)等裝置將機械運行參數(shù)傳輸至整個煤礦局域網(wǎng)，以此達到異地遠程監(jiān)控的目的。

1.2 機載控制技術(shù)的具體應用

機載控制技術(shù)是當前煤礦行業(yè)使用頻率最高、智能化發(fā)展最快的應用技術(shù)，能夠通過計算機程序完成滾筒采煤機的自動運行，并保證開采過程具有較高的安全性和可靠性。機載控制技術(shù)主要是以邏輯反饋作為工作原理，能夠?qū)L筒采煤機的溫度、壓力、負荷等多個因素進行把控與調(diào)節(jié)，同時，還能自主收集信息數(shù)據(jù)，并將其制成人機交互界面?zhèn)鬟f給操作人員，從而方便其進行相關(guān)信息的分析與研究，并將此類數(shù)據(jù)以音源、視頻等方式進行呈現(xiàn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，優(yōu)化控制精確性。在運用機載控制技術(shù)對滾筒采煤機的核心裝置進行控制與保護時，主要是負責單板機以及工板機的調(diào)節(jié)，而隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，相關(guān)應用方式也逐漸將其變?yōu)榧锌刂频木W(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模式，使其具有高可靠性和強拓展能力的同時，也使后續(xù)的維修與保養(yǎng)更便捷化，能夠通過模塊下網(wǎng)絡分布式結(jié)構(gòu)進行操作的高度整合與統(tǒng)一，提高相關(guān)設備的工作效率。此外，機載系統(tǒng)在長時間的震蕩、潮濕環(huán)境下工作會產(chǎn)生一系列的安全問題，在設計時需要采用專業(yè)化和定制化的元部件設計提升執(zhí)行器與傳感器的連接強度，以此保證其良好的使用效果，降低運行故障產(chǎn)生的可能性。

1.3 網(wǎng)絡通信技術(shù)在采煤機中的應用

網(wǎng)絡通信技術(shù)應用是實現(xiàn)采煤機自動化遠程控制的重要技術(shù)，之所以要實現(xiàn)遠程控制，其目的在于確保操作人員可以始終處在安全和清潔的環(huán)境，而采煤機可以將全部信息傳遞給地面。以艾柯夫采煤機自動化遠程控制系統(tǒng)為例，該遠程系統(tǒng)以攝像頭、遠程控制端頭站、采煤機和配套軟件為基礎，使端頭之間的數(shù)據(jù)傳輸和端頭站與地面之間的數(shù)據(jù)傳輸成為可能。為充分利用網(wǎng)絡通信技術(shù)，艾柯夫遠程控制的接口裝置眾多，主要包括光纖接口、PLM、CS紅盒調(diào)制解調(diào)器等，其中，光纖接口具有數(shù)據(jù)傳輸快、容量大和傳輸距離遠的優(yōu)勢；PLM的優(yōu)勢為無須單獨設置電纜，不易損壞，存在易受干擾和速度慢于光纖的不足；CS紅盒調(diào)制解調(diào)器的優(yōu)點為數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，僅需一根數(shù)據(jù)線，不易受到干擾，存在的缺點為數(shù)據(jù)傳輸慢。三種接口的使用，在最大限度上保證了滾筒采煤機自動化與智能化控制的穩(wěn)定性。

1.4 協(xié)同自動化技術(shù)的具體應用

協(xié)同自動化技術(shù)要求液壓支架、運輸系統(tǒng)能夠自動運行，并且輸送機、滾筒采煤機能夠高效配合，相互協(xié)調(diào)，準確按照相關(guān)操作指令完成對應工作。該控制技術(shù)是采用編碼器位置檢測或紅外線發(fā)射器進行實時定位，將滾筒采煤機的行走路線和速度數(shù)值傳送至控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)自動跟機的推移和輸送機的移架，并在此基礎上記錄相關(guān)設備的狀態(tài)和速度信息，進行實際標準值的校檢與分析，完成精準調(diào)節(jié)。當滾筒采煤機能夠完成自主化運行后，還要對系統(tǒng)的負荷狀態(tài)進行控制，盡可能提高其生產(chǎn)能力，加強煤礦的采集量。在調(diào)節(jié)時，需要按照滿載、過載、空載等不同狀態(tài)依次進行參數(shù)修改，當負荷過低時，通過調(diào)節(jié)滾筒采煤機的斜率來提升設備的運行速度，當負荷偏高時則降低其運行速度，避免出現(xiàn)運輸系統(tǒng)壓死的狀況。

以艾柯夫采煤機自動化遠程控制系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)可以使?jié)L筒采煤機之間相互協(xié)調(diào)和配合，開啟采煤機自身的自動化操作步驟如下：（1）設置相關(guān)的工作面參數(shù)。（2）將自動化打開，在初次使用時，為確保安全，需要關(guān)閉牽引自動化，在對牽引位移數(shù)據(jù)進行明確后，查看狀態(tài)表中所編輯各項參數(shù)數(shù)據(jù)是否與實際所需數(shù)據(jù)相吻合，等到觀察完畢后，方能將自動化牽引功能開啟。

2 滾筒采煤機自動化與智能化控制技術(shù)發(fā)展分析

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

國外對滾筒采煤機自動化與智能化控制技術(shù)的研究一直領先我國，在部分歐洲國家已經(jīng)將在線振動監(jiān)測、機載視頻監(jiān)視、智能化保護等功能完全實現(xiàn)，并確保設備能夠支持高精度的采高控制以及三維定位導航控制，而在應用方面，也將相關(guān)自動化技術(shù)運用在礦井開采中，實現(xiàn)了整個工作面長期持續(xù)自動化運行的要求，將原本需要20～30人才能完成的工作量，削減至只需4～6人即可完成。隨著我國煤炭行業(yè)的高速發(fā)展，技術(shù)研發(fā)資金的大量投入，國內(nèi)相關(guān)自動化控制技術(shù)也得到了飛速提高，目前，我國已能夠完全實現(xiàn)巷道遠程集中監(jiān)視與操作控制功能，并能夠?qū)⒂洃浗馗罴夹g(shù)運用在智能化滾動采煤機中，并且對于設備的適用性、可靠性也更加重視，大幅加強了相關(guān)細節(jié)設計，使產(chǎn)品的可靠性與安全性都得到顯著提升。

2.2 發(fā)展方向

滾筒采煤機在機電一體化、智能化與自動化方向不斷發(fā)展與優(yōu)化，已經(jīng)初步符合工業(yè)機器人的特征，能夠完成自動控制、重新編程等多項智能化任務。其未來的發(fā)展方向基本可分為以下幾點：（1）提高振動分析、視頻圖像分析的技術(shù)手段，將煤巖層的自動識別功能完全融入滾筒采煤機的自動調(diào)高系統(tǒng)中，從而達到自動化運行的要求；（2）大力推動設備視覺、觸覺等技術(shù)的開發(fā)與創(chuàng)新，使開采裝置能夠?qū)π羞M間發(fā)現(xiàn)的障礙與干涉進行智能化處理，規(guī)避意外風險的產(chǎn)生；（3）要不斷提升傳感器與執(zhí)行系統(tǒng)的安全性和可維護性，提高設計過程的科學性與合理性，從而降低后續(xù)加工、加固等環(huán)節(jié)的工作難度，保證相關(guān)產(chǎn)品的安全性；（4）運用人工智能技術(shù)提升滾筒采煤機的自適應控制功能和自我診斷技術(shù)，以此提高故障檢測的效率。

未來智能化功能的舊型號采煤機會通過加裝智能傳感設備的方式，使智能化控制目標達成，以適應現(xiàn)階段煤礦生產(chǎn)的智能化升級要求，在查閱文獻資料后得知，自引進采煤機之日起，采煤機已經(jīng)更新了三代，第一代為艾柯夫SL500采煤機，其主腦為MICOS，同時也是主處理器，而輔助處理器則由智能模塊A2實現(xiàn)，采用的通訊接口系統(tǒng)為RS485。實現(xiàn)電控的方式為繼電器，具有非常復雜的控制和保護電路。第二代采煤機對主機IPC和現(xiàn)場總線進行了使用，借助PLC使電控成為可能。相較第一代采煤機，第二代采煤機無疑更加先進。第三代采煤機與第二代采煤機相比，雖然主處理器相同，但接口電路卻變?yōu)镃AN模塊，執(zhí)行元件為EPU單元和控制器，故功能較為豐富。總之，對于未實現(xiàn)智能化功能的舊型號采煤機，可以利用智能傳感設備的加裝，對其進行智能化改造，從而實現(xiàn)智能化控制的目的。并且，國內(nèi)智能化傳感設備的發(fā)展愈加成熟，建議相關(guān)企業(yè)予以應用。

3 結(jié)語

綜上所述，通過分析當前滾筒采煤機自動化與智能化中的監(jiān)控通信、機載控制、走控截割、故障報警、協(xié)同自動化等控制技術(shù)，并對其發(fā)展現(xiàn)狀與未來的發(fā)展方向進行研究討論，從而使相關(guān)操作人員能夠更好地運用滾筒采煤機，提高開采工作的質(zhì)量和效率，降低人力、物力、財力的使用和支出，以此達到安全生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目的。