基于視頻監(jiān)控的EBZ-260 型掘進(jìn)機(jī)綜采控制系統(tǒng)的研究

邢進(jìn)忠

（陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)開(kāi)元礦業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電運(yùn)輸部， 山西 壽陽(yáng) 045400）

引言

作為井下掘進(jìn)作業(yè)的核心，掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性和效率直接決定了掘進(jìn)作業(yè)的速度。由于井下地質(zhì)條件復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)綜采機(jī)構(gòu)的井下精確定位，因多數(shù)掘進(jìn)機(jī)仍然是采用了人工操作控制的方式，加之井下光線差、粉塵濃度大，使作業(yè)人員無(wú)法精確判定綜采機(jī)構(gòu)的位置，導(dǎo)致了在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)極易出現(xiàn)綜采偏位、欠挖等現(xiàn)象，極大地限制了掘進(jìn)作業(yè)效率的提升。因此本文結(jié)合目前技術(shù)現(xiàn)狀，提出了一種基于視頻監(jiān)控的掘進(jìn)機(jī)綜采控制系統(tǒng)。

1 視頻監(jiān)控輔助綜采方案

根據(jù)煤礦井下掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際情況，根據(jù)系統(tǒng)改造可行性，最終確定了如圖1 所示的掘進(jìn)機(jī)視頻監(jiān)控輔助綜采控制系統(tǒng)，主要包括綜采路徑規(guī)劃模塊、信息采集模塊及傳感器設(shè)備等。

綜采路徑規(guī)劃模塊主要是用于將煤礦井下巷道的截面類(lèi)型、尺寸、走向及綜采工藝方法等作為綜采控制系統(tǒng)的參數(shù)模型，工作時(shí)在綜采控制界面上設(shè)置掘進(jìn)機(jī)的工作參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的路徑規(guī)劃邏輯，自動(dòng)完成綜采路徑的規(guī)劃，生成綜采控制路徑并對(duì)路徑進(jìn)行參數(shù)誤差修正，形成真實(shí)的綜采移動(dòng)軌跡，有效避免在綜采作業(yè)過(guò)程中的超挖和欠挖情況。

信息采集模塊和傳感器設(shè)備主要指各類(lèi)監(jiān)控傳感器及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為了適應(yīng)煤礦井下壓高塵、高濕的要求，視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了防爆相機(jī)，同時(shí)為了提高在高塵情況下的視覺(jué)監(jiān)控效果，在掘進(jìn)機(jī)的綜采機(jī)構(gòu)處增加了15 點(diǎn)的紅外線LED 靶標(biāo)[1]，從而實(shí)現(xiàn)在掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)綜采機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)控制。

圖1 視頻監(jiān)控輔助綜采控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 視頻監(jiān)控輔助綜采控制系統(tǒng)的軟件功能

為了確保該控制系統(tǒng)在煤礦井下惡劣環(huán)境中軟件控制系統(tǒng)工作的可靠性，同時(shí)便于系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的更新，該控制系統(tǒng)采用了多線編程控制方案[2]，并將其和EBZ-260 型掘進(jìn)機(jī)的控制系統(tǒng)相結(jié)合，其軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 多線編程控制軟件結(jié)構(gòu)示意圖

在該軟件控制系統(tǒng)內(nèi)，主線程主要用于對(duì)綜采控制參數(shù)、掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的位置姿態(tài)、綜采機(jī)構(gòu)相對(duì)井下巷道斷面位置進(jìn)行跟蹤控制，輔線程1 主要用于控制視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的綜采姿態(tài)、位置坐標(biāo)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，輔線程2 主要是控制RS485 通信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)信息的采集，輔線程3 主要用于實(shí)現(xiàn)通信模塊和導(dǎo)航數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息采集、更新，輔線程4 主要用于實(shí)現(xiàn)通信模糊對(duì)激光測(cè)距傳感器的數(shù)據(jù)采集。

3 視頻監(jiān)控輔助綜采控制系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證

為了對(duì)該綜采控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證，搭建了EBZ-260 型掘進(jìn)機(jī)視頻監(jiān)控輔助綜采控制系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)[3]，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 可視化輔助驗(yàn)證平臺(tái)

在進(jìn)行綜采作業(yè)測(cè)試時(shí)，設(shè)置防爆相機(jī)和紅外標(biāo)靶之間的距離為180 cm，對(duì)綜采機(jī)構(gòu)在動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況下的綜采機(jī)構(gòu)運(yùn)行精度進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]，每隔100 ms 用相機(jī)記錄一次綜采機(jī)構(gòu)的位置，并轉(zhuǎn)化為位置坐標(biāo)，則在運(yùn)行過(guò)程中綜采機(jī)構(gòu)的抬升角和回轉(zhuǎn)角的變化曲線如圖4 所示。

由試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果可知，在基于視頻監(jiān)控的掘進(jìn)機(jī)綜采控制系統(tǒng)作用下，掘進(jìn)機(jī)的綜采機(jī)構(gòu)工作時(shí)抬升角的變化范圍在0.26°以內(nèi)，而其回轉(zhuǎn)角的跳動(dòng)范圍則在0.24°以內(nèi)，表明在該監(jiān)控輔助綜采控制系統(tǒng)的作用下，能夠滿足井下綜采控制系統(tǒng)的綜采控制要求。

4 結(jié)論

1）該控制系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的路徑規(guī)劃邏輯，自動(dòng)完成綜采路徑的規(guī)劃，生成綜采控制路徑并對(duì)路徑進(jìn)行參數(shù)誤差修正，形成真實(shí)的綜采移動(dòng)軌跡，有效避免在綜采作業(yè)過(guò)程中的超挖和欠挖情況。

圖4 掘進(jìn)機(jī)綜采機(jī)構(gòu)視頻監(jiān)控輔助控制效果

2）該控制系統(tǒng)采用了多線編程控制方案，能夠確保在井下惡劣環(huán)境中數(shù)據(jù)信息傳遞的精確性和穩(wěn)定性，滿足視頻監(jiān)控要求；

3）在基于視頻監(jiān)控的掘進(jìn)機(jī)綜采控制系統(tǒng)作用下，掘進(jìn)機(jī)的綜采機(jī)構(gòu)工作時(shí)臺(tái)升角的變化范圍在0.26°以內(nèi)，而其回轉(zhuǎn)角的跳動(dòng)范圍則在0.24°以內(nèi)，表明在該監(jiān)控輔助綜采控制系統(tǒng)作用下，能夠滿足井下綜采控制系統(tǒng)的綜采控制要求。