煤礦采掘裝備智能控制系統(tǒng)

1、煤礦采掘裝備智能控制系統(tǒng)在2015年6月國家安全監(jiān)管總局發(fā)布的開展“機(jī)械化換人、 自動(dòng)化減人”科技強(qiáng)安專項(xiàng)行動(dòng)通知中，明確提出，到2018年6 月底，實(shí)現(xiàn)高危作業(yè)場所作業(yè)人員減少30%以上，大幅提高企業(yè)安全 生產(chǎn)水平，并要求煤礦建設(shè)升級(jí)綜采工作面機(jī)械化自動(dòng)化。一、煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)華洋通信科技股份有限公司依托國家863計(jì)劃主題項(xiàng)目、國家自 然基金等科研成果，經(jīng)過近3年的科技攻關(guān)，研發(fā)出煤礦采、掘裝備 智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下掘進(jìn)機(jī)、綜采工作面“三機(jī)”及相關(guān)配套設(shè) 備的智能集中控制、協(xié)同工作、故障診斷、信息集成與綜合監(jiān)控。煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)及系列產(chǎn)品，是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、 智能控制和

2、信息處理等一系列技術(shù)的高度集成，由井上/下高速傳輸、 掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、綜采工作面“三機(jī)”（采煤機(jī)、液壓支架及刮 板運(yùn)輸機(jī)）智能控制、工作面配套設(shè)備協(xié)同工作、3DVR虛擬現(xiàn)實(shí)及故 障診斷等14個(gè)子系統(tǒng)和裝備，是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化控制技術(shù)在傳 統(tǒng)煤炭開采中的創(chuàng)新性研究與應(yīng)用。本系統(tǒng)采用采煤機(jī)位置檢測、工作面自動(dòng)取直技術(shù)與水平控制技 術(shù)，還集成了液壓支架電液控制技術(shù)、信息系統(tǒng)以及自動(dòng)化軟件平臺(tái)， 不僅實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程智能機(jī)械化與自動(dòng)化采礦，大大提高了礦區(qū)的工作效 率與管理效率，還能夠大量縮減采礦工作人員，大幅提高礦產(chǎn)安全程 度，在國內(nèi)同類產(chǎn)品中具有先進(jìn)性及技術(shù)優(yōu)勢。針對(duì)地質(zhì)條件簡單、煤層穩(wěn)定的大中型煤

3、礦，通過采用煤礦采、 掘裝備智能控制系統(tǒng)及系列產(chǎn)品，應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)等，代 替液壓支架手工操作閥、傳統(tǒng)采煤機(jī)刮板輸送機(jī)泵站控制系統(tǒng)等手動(dòng) 操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)割煤、推溜、運(yùn)輸?shù)裙に囘^程智能化，可減少工作面 作業(yè)人員50%以上。二、系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)包括：掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、電液控支架、刮板機(jī) 的遠(yuǎn)程“三機(jī)”協(xié)同控制；實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)等機(jī)電裝備的工 作面輸送裝備的遠(yuǎn)程集控；工作面視頻圖像全景拼接顯示和圖像跟隨采煤機(jī)位置自動(dòng)切換 顯示；基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化平臺(tái)（3DVR）實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、液 壓支架、刮板輸送機(jī)的地面遠(yuǎn)程監(jiān)控；分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)

4、保護(hù)功能，減少故障發(fā)生頻率， 降低生產(chǎn)成本；檢測采區(qū)環(huán)境變化，預(yù)警事故隱患，危險(xiǎn)情況發(fā)生時(shí)能夠自動(dòng)停 止設(shè)備工作，保障人員安全；統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，為設(shè)備檢修提供可靠依據(jù)，同時(shí)能夠分析設(shè) 備開機(jī)率及停機(jī)率，并確定設(shè)備停機(jī)原因，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。三、系統(tǒng)組成與原理1、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)掘進(jìn)裝備智能控制系統(tǒng)以掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制的關(guān)鍵技術(shù)為 核心，掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境惡劣、照明嚴(yán)重不足，對(duì)于掘進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)的限 制條件很多。環(huán)境中的塵埃使得無法使用視覺導(dǎo)航定位；巷道無法使 用全球定位系統(tǒng)，所以比較適用非視覺傳感器定位技術(shù)。系統(tǒng)采用電 子測距和測角技術(shù)，建立掘進(jìn)機(jī)位姿自動(dòng)測量及定向糾偏控制平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)

5、位姿測量和定向糾偏。掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式有本機(jī)手動(dòng)控制、無線遙控、遠(yuǎn) 程遙控。其中本機(jī)手動(dòng)控制為司機(jī)直接操作控制手柄，通過操作手柄 直接控制換向閥，驅(qū)動(dòng)各工作油缸及液壓馬達(dá)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)作業(yè)。 無線遙控系統(tǒng)由司機(jī)操作遙控發(fā)射器在掘進(jìn)機(jī)附近控制掘進(jìn)機(jī)。遠(yuǎn)程 控制系統(tǒng)由司機(jī)操作工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過CAN總線以及以太 網(wǎng)與機(jī)載控制器通訊，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程操作。掘進(jìn)機(jī)綜合控制器如圖1所示。地面監(jiān)視系統(tǒng)檢錚餉報(bào)模境&卻a修晰幟塊指向浦光們好加蚓I橫向傾陌G廿加址眥版向傾他信號(hào)抽制懇時(shí)方值伯號(hào)披制.界曾恤仙信號(hào)抑也擔(dān)麗端臥肉隊(duì)與川咽H面蝴的訥信號(hào)汕壓，汕沽|-H它監(jiān)測甘婦通程遙控系統(tǒng)此所監(jiān)測

6、位錄時(shí)報(bào)警油泉電機(jī)抻制棉用叔割電機(jī)控制輸批jfi二居輸電機(jī)控制輸出M他控制噩出枚割浪網(wǎng)獨(dú)電磁闕1程荊公刃降電戰(zhàn)閥 1垣.石開走晅破IM |鏟板升降電眥閥舸立抻*即|理伽龍.右堡搶電毗用運(yùn)榆機(jī)方向屯礎(chǔ)的K他電做冏圖1掘進(jìn)機(jī)綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用基于PC104的嵌入式隔爆計(jì)算機(jī)，其操作系統(tǒng) 采用實(shí)時(shí)性較高的Linux操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過CAN總線以及以太網(wǎng) 與機(jī)載控制器通訊，匯集存入來自掘進(jìn)機(jī)控制器采集和傳來的數(shù)據(jù)， 以及機(jī)載耐震低可視攝像系統(tǒng)傳來的圖像信號(hào)，隨時(shí)顯示這些數(shù)據(jù)參 數(shù)和圖像，監(jiān)視掘進(jìn)機(jī)的工況和動(dòng)作狀態(tài)。掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成 如圖2。圖2掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成3、綜采工作面

7、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)根據(jù)綜采工作面生產(chǎn)系統(tǒng)特征，結(jié)合煤礦開采工藝過程，建立多 源復(fù)雜異構(gòu)數(shù)據(jù)無縫信息交互模型。通過采煤機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān) 測、控制、信號(hào)傳輸及可視化技術(shù)的整合，開發(fā)采煤機(jī)機(jī)載控制系統(tǒng)、 采煤機(jī)順槽監(jiān)控系統(tǒng)、采煤機(jī)地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的遠(yuǎn) 程可視化控制與監(jiān)測，如圖3所示。敝字粒牌3DVR近近芝材平臺(tái)2勝鍬推人員觀城平臺(tái)井林業(yè)以太網(wǎng) 陸爆完換機(jī)熾機(jī)有埔畦ifi控r觸而工業(yè)以太網(wǎng)圖3采煤機(jī)地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施方案綜采工作面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的核心是工作面“三機(jī)”協(xié)同控制，工 作面“三機(jī)”協(xié)同控制策略的基本思想：按照采煤機(jī)行走割煤、液壓 支架移架支護(hù)、推溜三個(gè)設(shè)備動(dòng)作，設(shè)計(jì)綜采工作的循環(huán)協(xié)

8、同控制步 驟：割煤、裝煤、運(yùn)煤、移架、推移刮板輸送機(jī)槽（推溜）、推移刮板 輸送機(jī)。綜采工作面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用信息與通信技術(shù)、控制技術(shù)，開發(fā) 新設(shè)備和集成控制軟件，實(shí)現(xiàn)液壓支架、采煤機(jī)、三機(jī)、乳化液泵站 等單機(jī)及其現(xiàn)有控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，利用壓力、傾角、行程、負(fù)荷、 視頻等各種傳感器實(shí)現(xiàn)采掘工作面工況、設(shè)備狀態(tài)等信息的感知，采 用同一監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集視頻、語音、遠(yuǎn)程集中控制為一體的綜采工作 面數(shù)字化集成控制系統(tǒng)，將工人從危險(xiǎn)的工作面采場解放到相對(duì)安全 的順槽監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對(duì)綜采設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，達(dá) 到工作面“無人”或少人開采的目的。四、推廣應(yīng)用價(jià)值井下采倔工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境惡劣，

9、自然災(zāi)害多，礦山生 產(chǎn)過程受水、瓦斯、火、粉塵、頂板等多種客觀因素的制約，安全形 勢依然嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)和人身安全。特別是近年安全事故頻 發(fā)，安全管理工作做得好壞直接影響采礦工業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)將井下工作面設(shè)備（采煤機(jī)、刮板 機(jī)、液壓支架等）以及相關(guān)輔助設(shè)備的工況數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵槐O(jiān)控 平臺(tái)內(nèi)，通過在順槽安放的井下主機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行集成顯示及遠(yuǎn)程協(xié)同 控制。集控系統(tǒng)具備設(shè)備參數(shù)顯示、遠(yuǎn)程控制、故障信息報(bào)警等功能， 所有數(shù)據(jù)匯總至同一平臺(tái)內(nèi)，使工作面設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起，同時(shí) 通過礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，能夠在地面完成數(shù)據(jù)顯示、分 析及遠(yuǎn)程監(jiān)控，具備視頻圖像全景拼接顯示和3DVR虛擬現(xiàn)實(shí)功能， 提高礦山生產(chǎn)效率。為企業(yè)提供高效、即時(shí)的信息監(jiān)控，有效防控事 故隱患，通過智能化設(shè)備與先進(jìn)系統(tǒng)的引入，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至地上主機(jī)， 便于企業(yè)即時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備與生產(chǎn)過程中的異常，即時(shí)調(diào)整改善，實(shí)現(xiàn)智 能化管理與高效率安全生產(chǎn)。煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)施，就是針對(duì)礦山生產(chǎn)的 主要環(huán)節(jié)一一采、掘作業(yè)，實(shí)現(xiàn)采掘機(jī)械智能控制，實(shí)現(xiàn)井下少人或 無人開采，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還能夠減少礦山安全生產(chǎn)事故的 發(fā)生，同時(shí)能夠促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)推動(dòng)行業(yè)技術(shù)和智能化、 自動(dòng)化采礦的發(fā)展具有重要的作用。2015年11月，