煤礦掘進機遠程智能控制技術研究

張鵬

摘要：針對礦井復雜、危險程度高的特點，本文以某礦井掘進機為例，對其遙控系統構成和智能化改造流程進行了分析，并進行了遠程智能構架的設計。根據控制原理，實現礦井掘進機的遙控智能控制，實現礦井掘進機的前進、后退、轉彎、鏟板、截割、支撐等操作的遠程智能化控制。為礦井掘進機的遠程智能控制提供了技術支撐和借鑒。

關鍵詞：礦井掘進機;遙控系統;智能架構;智能控制;技術支撐

1.煤礦掘進機遠程控制系統組成及智能化升級

煤礦掘進機是礦井掘進作業中的一種機械化設備，它的工作性能和智能控制水平直接影響著礦井的施工效率和安全。煤礦中因含有易燃氣體等易爆炸氣體，對煤礦的設備和控制系統的電子元件等有很高的要求。礦井掘進機遠程控制系統包括掘進機，高清攝像頭，中繼站，礦井控制中心，網絡平臺，遠程遙控，地面總控中心，掘進機遠程監測系統。由于礦井內含有易燃、易爆的氣體，所以對掘進機、高清攝像頭、中繼站、控制中心等設備必須具備防爆性能，因此機械硬件、控制軟件及連接系統必須具備很強的防爆性和抗干擾能力。在掘進機上和礦井內裝有高清攝像機，實時獲取掘進機周圍環境特征、參數以及掘進機的主要參數，并通過中繼站和傳輸線向礦井控制中心發送數據;將可視化、掘進機姿態、慣性導航、自動掘進機等控制技術應用于礦井掘進機的遙控。礦井掘進機的遙控智能提升主要包括三個發展階段：在線集中控制、遙控開采、更深入的智能控制。（1）掘進機的聯機集中控制主要是使掘進機的設備聯機集中控制，使掘進機的高產、高效、自動化運行;（2）在聯機集中控制的基礎上，增加了順槽、地面遠程控制等遠程遙控，從而實現對掘進機的遠程遙控;（3）對掘進機進行更深層次的智能化控制，在線集中控制和遠程遙控的基礎上，添加更多的傳感器、反饋系統、監控系統，從而實現掘進機遠程智能自動化控制，可以實現掘進機自動無人化工作。

2.煤礦掘進機遠程控制

煤礦掘進機的遙控主要包括：地面上的視頻監控中心、總控中心、數據采集與處理;防爆控制中心主要由 CAN總線轉換、遙控接收機、運動控制器、擴展模塊、慣性導航系統等構成，其中運動控制器主要實現電流、電壓、液位、溫度、泊位和姿態控制;該控制系統能夠實現遠程控制，如視頻、遠程遙控、運動控制（電流，電壓，液位，泄漏，溫度，泊位），電氣控制，電磁閥控制，以及姿態和慣性導航。該系統包括：掘進機總控中心，無線網絡平臺，激光接收器，激光數據采集器，無線中繼控制中心，無線中繼站，有線網絡平臺，遠程控制中心，慣性導航，電流，電壓，液位，漏電，溫度，泊位，等等。利用激光接收機、掘進機總控中心、無線網絡平臺、無線中繼控制中心、無線中繼控制中心、無線中繼站、有限網絡平臺、遠程控制中心等系統，實現對掘進機的遠程智能控制。所研制的礦井掘進機智能遙控系統能夠實現對礦井掘進機的前進、后退、轉彎、鏟板、截割、支撐等操作的遙控智能控制，并利用遙控智能控制，實現了掘進機高效高產、自動智能運行。

3.煤礦掘進機控制系統解決的幾大問題

3.1掘進機自身定位和定向的問題

在進行煤礦掘進機控制系統應用過程中，可以有效地利用慣性導航和激光測距傳感器相結合的方法來實現對掘進機的定位和定向。在不依靠外界信息的情況下，慣性導航系統能夠提供自身的定位、定向和姿態。

3.2自動化程度不夠，切割質量差

利用慣性導航技術，結合掘進機截割部的旋轉油缸磁致伸縮傳感器、提升油缸的磁致伸縮傳感器等，計算出了掘進機的空間位置，并將其顯示在井下監測計算機和井上監測計算機中。將待切割的建立模型進行比較，以指導切割工作。

3.3不能實現遠程遙控，安全隱患較大的問題

通過遠程遙控、遠程可視化、遠程監控等技術手段，使工人能夠從工作面撤離到遠離工作面的安全地帶，實現了工作面的無人化、少人化。

4.煤礦掘進智能化控制系統的研究

4.1礦井網絡數據中心建設

煤礦企業的信息化建設需要建立一個網絡數據中心。沒有一個可靠的網絡數據中心，就無法實現智能建筑。隨著礦井信息化進程的加快，原有的百兆、千兆網速網絡已不能滿足新的需求，必須建立一個萬兆、環網、無線、專線的網絡結構。網絡建設要從機房建設、機房動環安全管理、分區劃分、綜合布線、網絡安全、礦區綜合網絡布線、電池管理等幾個方面來進行。

4.2礦井通信系統建設

煤礦通訊系統在煤礦生產調度中起著舉足輕重的作用。一旦發生意外事故，將導致調度指揮失靈，事故災害擴大等。因此，每個煤礦都要建設一個性能完善、設備可靠、運行穩定的礦井通訊系統。

4.3煤礦安全監控融合體系建設

《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》指出：“將礦井地下有線與無線通信網絡相結合，將監測和 GIS技術相結合，使礦井安全監控系統升級改造成為可能。多個系統的融合可以是地表和地下兩種。鼓勵新安裝的安全監測系統，采用地下集成模式。”在 GIS技術的指導下，實現了多個系統的集成、緊急情況下的協同工作。特別是廣播系統的選擇，必須方便日常的管理，以確保在緊急情況下能夠派上用場。

結束語

煤礦掘進機是煤礦生產中的一種重要設備。針對礦井掘進機的智能化、科學化的特點，針對礦井掘進機遠程智能化組成、智能化升級問題進行了深入的分析，提出了遠程智能控制框架，研究了控制原理，設計了礦井掘進機遠程智能控制系統，并在實際生產中進行了應用，為煤礦掘進機遠程智能化控制及智能化升級提供技術基礎和理論參考。

參考文獻

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