滾筒采煤機自動化與智能化控制技術發展及應用淺析

劉重陽

（陜煤集團神南產業發展有限公司，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展手段。當前，許多開采企業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，但研發難度高、自動化水平低的問題仍未得到有效解決。為此，相關研發機構需盡快提升智能化與自動化控制技術的優化與更新，才能使開采行業緊跟時代發展趨勢，提高產業經濟利潤。

1 滾筒采煤機自動化與智能化控制技術應用研究

1.1 監控通信技術的具體應用

監控通信技術是為了改善人員的工作環境，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度、遠程監控等工作。該技術的應用重點在于移動信號的傳輸，使相關操作指令能夠通過互聯網渠道進行及時的交互與通信。隨著信息技術的不斷發展與優化，當前滾筒采煤機的機載監視、數據探測及遠程分析等功能都得到大幅度的提升與增強，相關通信寬帶的數據傳遞量也由原本的100KBIT/S增長至30MBIT/S，甚至部分機載雷達掃描的數據傳輸量可達到60MBIT/S。但過高的數據載量也對控制技術的要求更嚴格，需要運用光導纖維作為信息傳送的載體，并布置大量AP端口負責局域網的搭建。這種方法需要的經濟開銷較高，且維護不夠便捷，進而導致信息通信技術的可靠性與適應性較低，因此，該控制技術在工作應用方面還有待加強。此外，滾筒采煤機內的巷道設備是采用TCP/IP網絡安全協議實時獲取控制臺輸出的視頻數據，從而實現施工現場的全方面監控，并通過OPC服務器以及通信網關等裝置將機械運行參數傳輸至整個煤礦局域網，以此達到異地遠程監控的目的。

1.2 機載控制技術的具體應用

機載控制技術是當前煤礦行業使用頻率最高、智能化發展最快的應用技術，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。機載控制技術主要是以邏輯反饋作為工作原理，能夠對滾筒采煤機的溫度、壓力、負荷等多個因素進行把控與調節，同時，還能自主收集信息數據，并將其制成人機交互界面傳遞給操作人員，從而方便其進行相關信息的分析與研究，并將此類數據以音源、視頻等方式進行呈現，實現數據的可視化，優化控制精確性。在運用機載控制技術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節，而隨著大數據時代的到來，相關應用方式也逐漸將其變為集中控制的網絡結構模式，使其具有高可靠性和強拓展能力的同時，也使后續的維修與保養更便捷化，能夠通過模塊下網絡分布式結構進行操作的高度整合與統一，提高相關設備的工作效率。此外，機載系統在長時間的震蕩、潮濕環境下工作會產生一系列的安全問題，在設計時需要采用專業化和定制化的元部件設計提升執行器與傳感器的連接強度，以此保證其良好的使用效果，降低運行故障產生的可能性。

1.3 網絡通信技術在采煤機中的應用

網絡通信技術應用是實現采煤機自動化遠程控制的重要技術，之所以要實現遠程控制，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為例，該遠程系統以攝像頭、遠程控制端頭站、采煤機和配套軟件為基礎，使端頭之間的數據傳輸和端頭站與地面之間的數據傳輸成為可能。為充分利用網絡通信技術，艾柯夫遠程控制的接口裝置眾多，主要包括光纖接口、PLM、CS紅盒調制解調器等，其中，光纖接口具有數據傳輸快、容量大和傳輸距離遠的優勢；PLM的優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紅盒調制解調器的優點為數據傳輸穩定，僅需一根數據線，不易受到干擾，存在的缺點為數據傳輸慢。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定性。

1.4 協同自動化技術的具體應用

協同自動化技術要求液壓支架、運輸系統能夠自動運行，并且輸送機、滾筒采煤機能夠高效配合，相互協調，準確按照相關操作指令完成對應工作。該控制技術是采用編碼器位置檢測或紅外線發射器進行實時定位，將滾筒采煤機的行走路線和速度數值傳送至控制系統，從而實現自動跟機的推移和輸送機的移架，并在此基礎上記錄相關設備的狀態和速度信息，進行實際標準值的校檢與分析，完成精準調節。當滾筒采煤機能夠完成自主化運行后，還要對系統的負荷狀態進行控制，盡可能提高其生產能力，加強煤礦的采集量。在調節時，需要按照滿載、過載、空載等不同狀態依次進行參數修改，當負荷過低時，通過調節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，避免出現運輸系統壓死的狀況。

以艾柯夫采煤機自動化遠程控制系統為例，該系統可以使滾筒采煤機之間相互協調和配合，開啟采煤機自身的自動化操作步驟如下：（1）設置相關的工作面參數。（2）將自動化打開，在初次使用時，為確保安全，需要關閉牽引自動化，在對牽引位移數據進行明確后，查看狀態表中所編輯各項參數數據是否與實際所需數據相吻合，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發展分析

2.1 發展現狀

國外對滾筒采煤機自動化與智能化控制技術的研究一直領先我國，在部分歐洲國家已經將在線振動監測、機載視頻監視、智能化保護等功能完全實現，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，也將相關自動化技術運用在礦井開采中，實現了整個工作面長期持續自動化運行的要求，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。隨著我國煤炭行業的高速發展，技術研發資金的大量投入，國內相關自動化控制技術也得到了飛速提高，目前，我國已能夠完全實現巷道遠程集中監視與操作控制功能，并能夠將記憶截割技術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，大幅加強了相關細節設計，使產品的可靠性與安全性都得到顯著提升。

2.2 發展方向

滾筒采煤機在機電一體化、智能化與自動化方向不斷發展與優化，已經初步符合工業機器人的特征，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高系統中，從而達到自動化運行的要求；（2）大力推動設備視覺、觸覺等技術的開發與創新，使開采裝置能夠對行進間發現的障礙與干涉進行智能化處理，規避意外風險的產生；（3）要不斷提升傳感器與執行系統的安全性和可維護性，提高設計過程的科學性與合理性，從而降低后續加工、加固等環節的工作難度，保證相關產品的安全性；（4）運用人工智能技術提升滾筒采煤機的自適應控制功能和自我診斷技術，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，以適應現階段煤礦生產的智能化升級要求，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，采用的通訊接口系統為RS485。實現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，但接口電路卻變為CAN模塊，執行元件為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，從而實現智能化控制的目的。并且，國內智能化傳感設備的發展愈加成熟，建議相關企業予以應用。

3 結語

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控通信、機載控制、走控截割、故障報警、協同自動化等控制技術，并對其發展現狀與未來的發展方向進行研究討論，從而使相關操作人員能夠更好地運用滾筒采煤機，提高開采工作的質量和效率，降低人力、物力、財力的使用和支出，以此達到安全生產、提高企業經濟效益的目的。