何廣東中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)石圪臺(tái)煤礦

綜采工作面采煤機(jī)遠(yuǎn)程遙控技術(shù)研究與應(yīng)用

何廣東
中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)石圪臺(tái)煤礦

隨著煤礦綜采工作面自動(dòng)化程度的不斷提升，控制方式也由現(xiàn)場(chǎng)控制向遠(yuǎn)程控制發(fā)展。本文分析了國(guó)內(nèi)外綜采工作面遠(yuǎn)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和實(shí)際應(yīng)用情況，提出了安全的遠(yuǎn)程控制邏輯和操作策略，并在此基礎(chǔ)上研究了遠(yuǎn)程記憶割煤控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)并投入實(shí)際應(yīng)用，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了采煤機(jī)自動(dòng)割煤遠(yuǎn)程控制亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

控制邏輯；記憶割煤；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

前言

實(shí)現(xiàn)煤炭安全、高效開(kāi)采是國(guó)家重要的產(chǎn)業(yè)政策和目標(biāo)，采煤工作面自動(dòng)化控制技術(shù)及裝備的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)煤炭安全、高效開(kāi)采的重要保障和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需煤炭供應(yīng)的先決條件。煤炭開(kāi)采是綜采工作面最主要的環(huán)節(jié)，其中屬采煤機(jī)割煤作業(yè)最為關(guān)鍵。工作中，采煤機(jī)操作人員需要在工作面實(shí)時(shí)的跟機(jī)操作，所以采煤機(jī)操作人員的精神需要保持高度的集中，同時(shí)還須具備快速的反應(yīng)能力，為安全高效生產(chǎn)帶來(lái)極大的隱患。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化記憶割煤和遠(yuǎn)程控制，能夠有效的減少人員操作量，盡可能的避免安全事故的發(fā)生。

1 國(guó)內(nèi)、外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

一直以來(lái)，國(guó)外的煤礦機(jī)械裝備供應(yīng)商、科研單位和用戶(hù)都對(duì)綜采工作面自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行積極的研究和探索，在采煤機(jī)通信技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、協(xié)調(diào)控制等一些關(guān)鍵技術(shù)上取得了一系列的成果。并將以Modbus、CAN、載波通訊等為核心的通信技術(shù)應(yīng)用于綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)，有效提高了設(shè)備通信的實(shí)時(shí)性和可靠性。

在采煤機(jī)智能化控制方面，EiCotrol-Plus控制系統(tǒng)在原有記憶割煤、過(guò)載保護(hù)、自動(dòng)調(diào)高等功能的基礎(chǔ)上，新增加了紅外攝像功能、雷達(dá)探測(cè)防機(jī)械碰撞功能和煤層分層檢測(cè)功能（layer detec?tion system）。紅外攝像功能解決了綜采工作面采煤機(jī)周?chē)驼斩裙r下視頻辨別的能力低的問(wèn)題；雷達(dá)探測(cè)防機(jī)械碰撞功能利用雷達(dá)探測(cè)技術(shù)感知采煤機(jī)滾筒周?chē)恼系K物，系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)運(yùn)行前方有不明障礙物，將會(huì)停止采煤機(jī)的行走，等待工作人員進(jìn)行處理。

1.2 國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)綜采工作面單機(jī)裝備的自動(dòng)化技術(shù)研究已取得了一些成果，采煤機(jī)已經(jīng)具備了記憶截割功能，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，基本達(dá)到了國(guó)外的技術(shù)水平，主要體現(xiàn)如下：

智能型采煤機(jī)方面。國(guó)內(nèi)采煤機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了記憶割煤和采煤機(jī)位置檢測(cè)、搖臂調(diào)高控制和機(jī)身姿態(tài)檢測(cè)、機(jī)身水平控制等。

遙控控制方面。具備機(jī)身遙控器控制，但控制距離僅僅只有幾米，無(wú)法將人工解放出采場(chǎng)；部分廠(chǎng)家在采煤機(jī)記憶割煤遠(yuǎn)程控制方面積極進(jìn)行探索研究，已實(shí)現(xiàn)了一定的遠(yuǎn)程控制技術(shù)，但距完全脫離人工操作的目標(biāo)仍存在較大的差距。

2 采煤機(jī)遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)

綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程，根據(jù)采煤工藝的不同而復(fù)雜多樣，對(duì)采煤機(jī)本身和煤機(jī)司機(jī)的安全性和穩(wěn)定性提出很高的要求，為實(shí)現(xiàn)操作人員遠(yuǎn)離采場(chǎng)的目標(biāo)，采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制除基本功能之外，要求準(zhǔn)確性、響應(yīng)快速、智能化預(yù)警控制、聯(lián)動(dòng)控制等要求。

遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)的核心就是將人為的干預(yù)操作由智能控制系統(tǒng)決策代替，用控制邏輯代替人腦實(shí)現(xiàn)快速的預(yù)判和全局的掌控，研究采煤機(jī)遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)就必須考慮采煤機(jī)周邊設(shè)備和人員的安全性，所以其控制理念一定是，設(shè)備的集成協(xié)同控制和安全的操作策略，這樣才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的協(xié)同配合，進(jìn)而充分解放出采場(chǎng)人員，使得開(kāi)采的安全性和效率得到提高。

2.1 遠(yuǎn)程控制的安全邏輯和操作策略

遠(yuǎn)程控制技術(shù)的前提是無(wú)人和少人值守，本文認(rèn)真考慮設(shè)備和人員的安全性，根據(jù)數(shù)據(jù)的流向等各種安全因素研究制定控制流程如下：

（1）遠(yuǎn)程控制開(kāi)始前確認(rèn)周邊設(shè)備環(huán)境；

（2）遠(yuǎn)控條件允許確認(rèn)工作面環(huán)境；

（3）請(qǐng)求遠(yuǎn)控獲得授權(quán)并發(fā)出預(yù)警；

（4）遠(yuǎn)控過(guò)程中通過(guò)心跳時(shí)刻保持有人值守；

（5）遠(yuǎn)控異常暫?？纱_認(rèn)安全后恢復(fù)；

（6）遠(yuǎn)控安全退出；

根據(jù)上述安全控制流程，保證安全控制始終處于閉環(huán)狀態(tài)，提出了如圖1所示的安全控制邏輯，

圖1 遠(yuǎn)程控制安全邏輯圖

2.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)方案

本文設(shè)計(jì)的采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，基于采煤機(jī)與順槽集控中心的控制端通訊。操作人員依據(jù)采煤機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及通信方式獲取采煤機(jī)所處的位置、行進(jìn)方向和煤壁變化情況，在遠(yuǎn)程集控中心發(fā)出相應(yīng)指令（如滾筒的升降、牽引加減速等），指令通過(guò)數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸至采煤機(jī)電控系統(tǒng)，作出各種反應(yīng)?？傮w方案詳見(jiàn)圖2所示。

圖2 采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)方案圖

該套采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)與工作面視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、語(yǔ)音通訊系統(tǒng)等有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)遠(yuǎn)離采煤現(xiàn)場(chǎng)操作的功能，同時(shí)有力保證了采煤的效率和設(shè)備安全。該系統(tǒng)能夠兼容CS/BS架構(gòu)的應(yīng)用，從而使地面操作井下采煤設(shè)備成為可能，取得了煤礦采煤設(shè)備遠(yuǎn)程控制技術(shù)的突破，其控制流程如圖3所示。

圖3 采煤機(jī)地面控制數(shù)據(jù)流程圖

2.3 記憶割煤遠(yuǎn)程控制技術(shù)

記憶割煤是目前最常見(jiàn)的綜采工作面自動(dòng)化割煤模式，其主要思想是通過(guò)學(xué)習(xí)刀記憶滾筒高度曲線(xiàn)，然后按照記憶的曲線(xiàn)自動(dòng)調(diào)整滾筒的方式進(jìn)行割煤。本文為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化記憶割煤過(guò)程的遠(yuǎn)程控制，將遠(yuǎn)程主機(jī)作為記憶割煤控制核心，所有記憶割煤功能均在遠(yuǎn)程主機(jī)內(nèi)完成，相比采煤機(jī)自身電控系統(tǒng)具有更全面、強(qiáng)大的算法邏輯優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）遠(yuǎn)程主機(jī)具有學(xué)習(xí)模式、記憶模式、干預(yù)模式等多個(gè)工作模式；

（2）線(xiàn)學(xué)習(xí)模式：該模式下采煤機(jī)按照記憶的軌跡曲線(xiàn)行進(jìn)，當(dāng)接收到人工干預(yù)信息后，及時(shí)記錄數(shù)據(jù)，并修改原記憶軌跡曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了人工干預(yù)的延續(xù)性；

（3）干預(yù)模式：人工干預(yù)指令發(fā)出后，采煤機(jī)遠(yuǎn)控主機(jī)將操作權(quán)交給人工操作，再次按下記憶割煤按鈕后，遠(yuǎn)程主機(jī)控制采煤機(jī)重新進(jìn)入自動(dòng)記憶割煤，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)自動(dòng)割煤與人工操作的遠(yuǎn)程快速切換。

3 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)難題

該套采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究成功后，投入到神東煤炭集團(tuán)某綜采工作面進(jìn)行試驗(yàn)使用，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)操作人員遠(yuǎn)離采煤現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)程控制的功能，同時(shí)具備了采煤機(jī)自動(dòng)記憶割煤遠(yuǎn)程控制的功能，有效的提升了煤礦裝備自動(dòng)化水平。但是，在應(yīng)用過(guò)程中，該套系統(tǒng)也暴漏出諸多的不足與缺陷，提出了以下幾點(diǎn)采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)亟待解決的技術(shù)難題。

（1）遠(yuǎn)程控制實(shí)時(shí)性的保證

采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制時(shí)大量的數(shù)據(jù)需要在工作面與控制中心間傳輸，通訊的實(shí)時(shí)性就顯的尤為重要。然而海量數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸介質(zhì)進(jìn)行通訊時(shí)難免出現(xiàn)延時(shí)，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)滯留或丟失等現(xiàn)象，為遠(yuǎn)程控制的有效性帶來(lái)很大的困難。因此，控制延時(shí)問(wèn)題就成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（2）采煤機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析及故障預(yù)判斷

在采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制模式下，工作人員遠(yuǎn)離采煤現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行狀況主要通過(guò)系統(tǒng)顯示的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)判斷，往往容易做出誤判、錯(cuò)判現(xiàn)象。這就需要系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，給出更加直觀(guān)的結(jié)果數(shù)據(jù)，對(duì)采煤機(jī)出現(xiàn)故障的可能做出預(yù)判斷，從而延長(zhǎng)人工管理的周期，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的無(wú)人值守遠(yuǎn)程自動(dòng)割煤控制技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)是煤炭工業(yè)走向自動(dòng)化、智能化必不可少的核心技術(shù)之一。

（2）開(kāi)發(fā)研究的遠(yuǎn)程控制安全邏輯和控制技術(shù)符合煤礦開(kāi)采的實(shí)際需求，一定程度上能夠滿(mǎn)足遠(yuǎn)程控制采煤機(jī)的需要，為遠(yuǎn)程控制進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)中遇到的實(shí)時(shí)性、故障預(yù)判斷等難題得到解決后，必將引領(lǐng)煤礦工業(yè)走向無(wú)人化、少人化開(kāi)采的新模式。

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Research and application on romote control technology about coal winning machine of fully mechanized working face

With the improving of the coal mine aotomation of ful?ly mechanized working face,the control mode is controlled by the scene into a remote control.In this paper,the development situation and actual application about the romote control technology is ana?lyzed at home and abroad.Then we put forward the safe remote con?trol logic and operation strategy.The remote memory cut coal con?trol technology is studied on the basis of above.A set of remote con?trol system is designed and used in the scene.Then we analyzed the problems in the pratical application,and Put forward key technical problems about the remotely control technology to be aboved.

Control logic；Memory cut coal；Remotely con?trolled system