綜掘機遠程智能化控制技術應用

劉 艦

（汾西礦業高陽煤礦，山西 孝義 032300）

引言

巷道應滿足通風、運輸、行人等的需求，巷道掘進效率直接影響采面接替以及煤巖開采效率[1-2]。隨著煤炭開采技術不斷提升，井下回采巷道掘進實現了由人工掘進、炮掘、綜掘等方式的轉換[3]。采用綜掘方式可提高巷道掘進效率，但也面臨掘進迎頭噪聲大、粉塵多等問題，同時掘進迎頭存在的冒頂、瓦斯突出、突水等各種安全災害給現場作業人員身體健康以及生命安全都帶來較大威脅[4-5]。遠程智能化控制系統可提高掘進機自動化、智能化水平，同時作業人員在遠離掘進迎頭且相對安全的地點工作，對提高煤炭開采效率具有重要意義[6-7]。山西某礦井下采用EBZ-160掘進機掘進，受到掘進巷道現場地質條件復雜、掘進機自動化程度低等因素制約，當掘進巷道出現故障時無法遠程進行操控。為此，文中以礦井使用的EBZ-160掘進機為工程研究對象，對掘進機遠程智能化控制技術展開研究，以期能在一定程度上提升礦井巷道掘進效率。

1 礦井EBZ-160掘進機原有控制系統分析

礦井使用的EBZ-160掘進機結構如圖1所示，掘進機可細分為轉載部、行走部以及截割部等，其中轉載部通過鏟板、形星輪相互配合將截割部截割的煤矸裝載至掘進機運輸機上，實現外運；截割部主要包括截割頭、液壓油缸、回轉臺、伸縮部等，按照預先設定掘進斷面進行破煤巖；行走部通過液壓馬達驅動左右行走機構轉動，實現綜掘機位置移動。

圖1 EBZ-160掘進機結構示意圖

礦井使用的EBZ-160掘進機內置有控制系統，控制系統整體自動化水平不高，現場應用過程中會具體表現出以下幾點問題。

1）原有的掘進機控制系統僅可實現掘進機異常情況的緊急停機以及截割電機等高溫預警，同時上述操作需在掘進機本體上進行，無法實現遠程控制。

2）掘進機原有控制系統信號傳輸通信接口數量較少且結構單一，在對控制系統進行改造升級時，無法有效控制系統功能，導致控制系統應用存在局限性。

3）原有控制系統僅可實現部分設備控制，同時未配備監控平臺、遠程控制平臺，掘進機故障時無法及時得知。

4）控制系統中僅有溫度、電壓等檢測設備，功能結構單一且測量精度不高，在現場應用過程中容易出現延時或者誤報等情況。

5）原有控制系統安全保護功能不完備，缺乏過壓、過流保護以及監測系統等安全防護系統。

2 掘進機遠程智能化控制系統設計

2.1 系統整體結構

文中所提的掘進機遠程智能化控制系統結構包括有電控系統、傳感檢測系統、執行系統、視頻監控系統等，具體遠程智能化控制系統結構如下頁圖2所示。

傳感檢測部分主要用于掘進機油泵電壓、電流，升降及伸縮油缸位移、激光測距儀、回轉及鏟板油缸位移等檢測，并通過RS485通信接口將檢測結果實時傳輸給電控系統。電控系統主要組成單元包括有上位機、PLC等，PLC采用S7-300系列，用于數據分析、A/D轉換、控制指令發送等任務，實現掘進機截割電機正轉、反轉控制；檢測獲取到的各類參數均傳輸給控制系統上位機，在上位機顯示器中內置有電源、緊急制動、油泵啟停等控制按鍵，以便掘進機遠程控制。

圖2 遠程智能化控制系統結構示意圖

采用視頻監控系統便于作業人員直觀掌握掘進迎頭現場情況以及掘進機工作狀態，系統包括有4臺高清防爆攝像機、光端機、硬盤等配件。

2.2 系統關鍵部件

2.2.1 電控箱

電控箱是遠程智能監控系統重要組成單元，文中所提監控系統電控箱采用S7-200系列PLC，該電控箱實時分析掘進機電機運行參數、瓦斯濃度等監測參數，監測結果可通過液晶屏（TD210）顯示；電控箱處理參數可由PLC-M1模塊傳輸給遠程控制平臺，在控制平臺即可直接掌握掘進機工作參數。具體遠程智能控制系統電控箱控制原理如圖3所示。

圖3 遠程智能控制系統電控箱控制原理圖

2.2.2 直線傳感器

選用KS20直線傳感器提高油缸位移監測精度，該傳感器位移監測量程0～650 mm、精度0.01%，輸出信號電流5～20 mA，可滿足現場監測需求。

2.2.3 遠程操作臺

遠程操作臺功能模塊包括有PLC-M1模塊、液晶顯示屏、操作面板等，其中PLC-M1模塊包括CPU224XP、EM221的DI輸入模塊，可實時接收電控箱信號并將操作面板控制指令發送至電控箱。在控制面板上有截割停止、轉載啟動、油泵啟動、復位以及急停等功能按鈕，通過控制面板即可實現掘進機遠程智能控制，按鈕布置如圖4所示。

圖4 遠程操作臺功能按鈕布置示意圖

3 結語

在對EBZ160掘進機原電控系統存在的問題進行分析的基礎上，提出一種掘進機遠程智能控制系統，并將該系統集成到山西某礦30902運輸巷EBZ-160掘進機上進行現場測試。電控系統控制箱結構為本安隔爆型。現場應用后該遠程智能控制系統可實現遠程信號監測、顯示，掘進機狀態監測、工作參數顯示以及故障異常報警等功能，同時上位機顯示界面清晰、掘進機監測參數顯示精準。

文中所提遠程智能監控系統相對于掘進機原有控制系統而言，操作人員操作控制即可實現對掘進機遠程操作以及監控，不僅可降低作業人員勞動強度，而且有助于提高掘進作業安全保障能力以及作業效率。