馬昆 MA Kun；任予鑫 REN Yu-xin；秦奮勇 QIN Fen-yong

（神華寧夏煤業(yè)集團梅花井煤礦，銀川751411）

1 概述

綜采工作面是礦井生產(chǎn)的核心，對綜采工作面進行自動化控制是實現(xiàn)礦井生產(chǎn)管理現(xiàn)代化，轉(zhuǎn)變煤炭工業(yè)發(fā)展方式，引領(lǐng)煤炭工業(yè)健康發(fā)展方向的關(guān)鍵技術(shù)途徑[1-3]。自21世紀以來，我國在許多礦業(yè)集團開始探索工作面少人化、無人化的技術(shù)路線，如山東新汶礦業(yè)集團、神華寧夏煤業(yè)集團、大同煤礦集團，這些企業(yè)對綜采工作面自動化的研究與應用，有力的促進了我國綜采技術(shù)進步，改變了工人的操作習慣，對降低勞動強度、提高綜采生產(chǎn)效率、保障安全生產(chǎn)、減少人員具有重大意義，標志著我國煤炭行業(yè)的綜采自動化建設(shè)已取得初步成效，為薄煤層及中厚煤層工作面無人化開采積累了成功經(jīng)驗。

目前，綜采工作面自動化控制技術(shù)水平的高低成為體現(xiàn)煤礦現(xiàn)代化水平和煤機裝備是否先進的重要指標[4]，尤其在各礦打造“集約化、智能化、人性化、本質(zhì)安全、綠色和諧”礦區(qū)過程中作用越來越突出。綜采工作面自動化通常采用“以工作面自動控制為主，監(jiān)控中心遠程干預控制為輔”的工作自動化生產(chǎn)模式[5]。這種生產(chǎn)模式把工人解放到監(jiān)控中心，通過操作臺實現(xiàn)對設(shè)備的控制?，F(xiàn)有的這種遠程控制主要以人在操作臺的操作為主，容易造成控制響應時間長、時效性差，還容易發(fā)生誤操作、增加了安全隱患和煤炭損失等問題。為了更好的提高遠程控制的時效性，杜絕誤操作等事故的發(fā)生，本文提出一種基于語音識別的遠程控制技術(shù)方案。

2 語音控制系統(tǒng)模型

2.1 語音控制系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺 語言控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺是集成于監(jiān)控中心的各個單機控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)控制平臺。綜采工作面自動化順槽監(jiān)控[6-7]中心是語音識別系統(tǒng)的首要基礎(chǔ)平臺，其功能是將采煤機控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、工作面運輸控制系統(tǒng)、三機通信控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)對綜合機械化采煤工作面設(shè)備的協(xié)調(diào)管理與集中控制。

以太網(wǎng)控制平臺是在綜采工作面原有采煤機、液壓支架、刮板輸送機等單機子系統(tǒng)以及工作面視頻系統(tǒng)的層級基礎(chǔ)上，利用工作面的綜合接入器、光電轉(zhuǎn)換器和交換機等構(gòu)建的統(tǒng)一開放的工作面100M工業(yè)以太網(wǎng)控制平臺，使工作面設(shè)備連接到順槽集控中心的隔爆服務器，實現(xiàn)工作面設(shè)備信息匯集與實時顯示，供操作者分析決策與控制，為綜采設(shè)備的遠程遙控提供依據(jù)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)描述

2.2.1 關(guān)鍵技術(shù) 語言識別技術(shù)是信息技術(shù)中人機接口的關(guān)鍵技術(shù)，其目的就是讓計算機等設(shè)備能夠“聽懂”人類語音，提取出語音中所包含的特定信息，成為人機通信和交互最便捷的手段。本文提出的語言控制功能實施方案依靠的技術(shù)支撐是當前比較成熟的非特定人語言識別技術(shù)[8-10]。

2.2.2 語言控制系統(tǒng)描述 語言控制系統(tǒng)可選用非特定人語音識別芯片，該芯片是非特定人語音識別的專用芯片，不僅具備基本的通訊、聯(lián)絡(luò)功能，還將與天瑪公司自動化系統(tǒng)中的電液控制系統(tǒng)、運輸控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)、采煤機自動跟機、遠程控制以及各系統(tǒng)運行信息檢測與上傳等功能集成于一體，依據(jù)上述基礎(chǔ)平臺系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)信息進行遠程語言控制（系統(tǒng)框架如圖1所示）。語言系統(tǒng)與上述系統(tǒng)相融合，相統(tǒng)一，旨在為綜采工作面自動化技術(shù)提供更加專業(yè)化的整體解決方案。不僅方便用戶對該識別系統(tǒng)進行采購使用與管理，也避免了因不配套造成的接口不統(tǒng)一、參數(shù)不匹配、相互沖突等問題。

圖1 順槽監(jiān)控中心語言集中控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 軟件設(shè)計 將語言識別系統(tǒng)與井下綜采工作面監(jiān)控主機、備份機一起安裝在井下控制臺的內(nèi)部，整個語音識別控制系統(tǒng)與監(jiān)控主機以及各子系統(tǒng)主機的連接保證高速、可靠的性能要求，提高系統(tǒng)的可靠性、實時性和安全性。語言識別系統(tǒng)同監(jiān)測控制主機、電液控制主機、工作面監(jiān)控主機、工作面通訊控制器之間相互提供接口，采用TCP/IP連接，用來傳遞語音控制數(shù)據(jù)。該設(shè)計依賴監(jiān)控中心主畫面的參數(shù)信息和視頻信息，取得相關(guān)設(shè)置參數(shù)，在操作臺中相應數(shù)碼管中顯示應該跟機動作的架號或其他設(shè)備運行參數(shù)，通過語音控制快速選擇到需要調(diào)整的架號或者設(shè)備，即可直接啟動相應支架的動作或者設(shè)備的動作。語音控制的實質(zhì)是將人的聽覺延伸到工作面，讓計算機能依據(jù)人的語音命令控制相應的程序動作，進而實現(xiàn)設(shè)備操作與控制。如圖2所示。

圖2 語音識別系統(tǒng)軟件設(shè)計示意圖

3 語音控制系統(tǒng)功能及其實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能 數(shù)據(jù)傳輸；語音檢測；采煤機遠程控制；液壓支架遠程控制；液壓支架安全控制（姿態(tài)調(diào)整、收伸伸縮梁及互幫）；解決支架脫架問題；頂梁與采煤機滾筒干涉問題；液壓支架與采煤機速度匹配的問題；防碰撞。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn) 綜采設(shè)備進入全自動化工作模式后，在運行過程中實時監(jiān)控工作面綜采設(shè)備運行工況，當設(shè)備運行異常，可以通過人工語音手段對設(shè)備進行遠程干預。如采煤機搖臂的調(diào)整、液壓支架的動作等。

3.2.1 采煤機遠程控制功能 依據(jù)采煤機主機系統(tǒng)及工作面視頻（如圖3所示），通過操作采煤機遠程操作臺語音控制系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機的遠程控制功能，可以進行采煤機的啟?？刂?、運行速度控制和前后滾筒搖臂高度控制等。

圖3 采煤機實時監(jiān)控畫面

圖4 液壓支架遠程監(jiān)控實時畫面

3.2.2 液壓支架遠程控制功能 在支架電液控制系統(tǒng)標配基礎(chǔ)上，通過電液控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，在監(jiān)控中心顯示出電液控制系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)信息，如傳感器數(shù)值、控制器狀態(tài)、采煤機位置等（如圖4所示）。同時，通過以太網(wǎng)傳輸，在監(jiān)控中心顯示出工作面支架視頻畫面。依賴電液控計算機主畫面和工作面視頻畫面為輔助手段，通過支架遠程操作臺語音控制系統(tǒng)實現(xiàn)對液壓支架的遠程控制。在跟機自動化割煤過程中，使用液壓支架操作臺語言控制系統(tǒng)進行遠程操作，人工干預支架動作，以滿足較為復雜的地質(zhì)條件。例如，在跟機自動化過程中發(fā)現(xiàn)自動移架過程中，降柱或移架同時進行抬底，降柱或移架功能消耗較多液壓流量，導致抬底幅度較小，移架不到位、丟架等現(xiàn)象的發(fā)生（如圖5所示），依據(jù)液壓支架主畫面和工作面視頻畫面作出判斷和決策，通過監(jiān)控中心語音控制系統(tǒng)操作者借助語音手段讓丟架或移架不到位的架號再次動作，以滿足正常采煤要求。

圖5 煤過程示意圖

4 小結(jié)

本文的主要思路是：在工作面快速開采的條件下便捷的通過語音手段進行遠程干預。由此提出一種新的控制模式：語音控制功能。在工作面開啟跟機自動化以后，依賴控制中心實時顯示的參數(shù)信息和視頻信息，取得相關(guān)設(shè)置參數(shù)，作出操作的分析和決策，使操作者在監(jiān)控中心操作臺借助語音手段實現(xiàn)設(shè)備的控制。本文的研究探索了一條工作面自動化控制的新思路，對提高綜采生產(chǎn)效率、減少人員、降低工人勞動強度具有重大意義。

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