豆曙杰

摘 要：現(xiàn)代礦山采掘比例失調(diào)是影響煤炭開采速度的主要因素，因此快速綜掘技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。掘進(jìn)機(jī)在巷道掘進(jìn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，掘進(jìn)巷道以布置采煤工作面。掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是發(fā)展綜合機(jī)械化掘進(jìn)、提高掘進(jìn)效率、保障安全生產(chǎn)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度的重要一環(huán)，近年國內(nèi)外正逐步深入對掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)及監(jiān)測系統(tǒng)的研究，遠(yuǎn)程控制技術(shù)及監(jiān)測是煤巷掘進(jìn)裝備的必然發(fā)展趨勢。本文構(gòu)建了懸臂式掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，并分析了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件結(jié)構(gòu)，分別對機(jī)載控制器、遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件、遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：懸臂式掘進(jìn)機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；機(jī)載控制器PCC

1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要結(jié)構(gòu)及工作原理簡介

本文以懸臂式縱軸掘進(jìn)機(jī)EBZ200為對象開展研究。懸臂式掘進(jìn)機(jī)EBZ200適用于半煤巖和煤的井下巷道掘進(jìn)，截割斷面寬度為6.5m，高度為5.2m，可截割單向抗壓強(qiáng)度為80MPa的煤巖。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)EBZ200主要結(jié)構(gòu)由以下十個(gè)部分組成：截割部、截割臂、前鏟板部、本體部、行走部、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、后支撐、第一運(yùn)輸機(jī)、回轉(zhuǎn)臺。此外，懸臂式掘進(jìn)機(jī)還具有噴霧除塵系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)，噴霧除塵系統(tǒng)由噴霧裝置和專用水泵組成，主要是為了整機(jī)的冷卻和抑制截割時(shí)產(chǎn)生的粉塵和火花。

目前國內(nèi)巷道掘進(jìn)主要采用司機(jī)通過操作控制按鈕、機(jī)體搖桿的方式控制截割電機(jī)啟停與轉(zhuǎn)速、截割臂升降和左右搖擺、左右履帶的行走，最終截割出期望斷面。

2 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

懸臂式掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測系統(tǒng)主要用來在距離掘進(jìn)機(jī)500～1000米處控制掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)與監(jiān)測掘進(jìn)機(jī)工作設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，還可以通過礦井環(huán)網(wǎng)監(jiān)測掘進(jìn)機(jī)的狀態(tài)，主要功能包括以下幾個(gè)方面。

（1）通過傳感器實(shí)時(shí)采集并顯示掘進(jìn)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)等信息，例如進(jìn)線電壓、截割電機(jī)電流、油缸油壓、油缸位移、機(jī)身姿態(tài)、截割電機(jī)工作時(shí)間等參數(shù)。

（2）通過視頻信息與井下監(jiān)控軟件所提供的信息在距離掘進(jìn)機(jī)500～1000米遠(yuǎn)程控制掘進(jìn)機(jī)行走、按照設(shè)定要求自動(dòng)截割斷面、糾偏。

（3）在距離掘進(jìn)機(jī)500～1000米處通過懸臂式掘進(jìn)機(jī)監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)在線分析設(shè)備運(yùn)行情況，并及時(shí)對工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和報(bào)警功能，提供維修和保養(yǎng)建議。

（4）歷史數(shù)據(jù)保存、顯示，設(shè)備故障報(bào)警等功能。

（5）網(wǎng)絡(luò)發(fā)布掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)及作業(yè)信息，提供信息共享服務(wù)。

（6）掘進(jìn)機(jī)具有無線遙控功能，通過無線遙控手柄可以控制掘進(jìn)機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照要求進(jìn)行動(dòng)作。

（7）通過Internet網(wǎng)絡(luò)可以遠(yuǎn)程監(jiān)測掘進(jìn)的相關(guān)參數(shù)，并具備故障報(bào)警功能。

（8）具有視頻遠(yuǎn)程傳輸功能，通過Internet網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)監(jiān)視掘進(jìn)的工作。

3 監(jiān)控系統(tǒng)總體技術(shù)路線

掘進(jìn)機(jī)在巷道掘進(jìn)過程中既要保證人身安全又要保證巷道掘進(jìn)效率與質(zhì)量，因此深入研究掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測技術(shù)顯得十分重要。掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)主要涉及自動(dòng)化、通信、安全采礦、傳感與檢測、液壓傳動(dòng)等技術(shù)，本文主要研究監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì)。

總體技術(shù)路線的實(shí)施包括以下四個(gè)方面：首先是構(gòu)建懸臂式掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；對監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與選型，包括建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和研制隔爆兼本案型監(jiān)控計(jì)算機(jī)、本案型鍵盤、無線遙控手柄、無線接收機(jī)、隔爆監(jiān)視器、隔爆攝像頭及其機(jī)身傳感器等設(shè)備；掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)，包括掘進(jìn)機(jī)本體控制器控制程序、井下遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件、地面遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件三個(gè)部分；進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)整合與工業(yè)性試驗(yàn)。

4 監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

針對懸臂式掘進(jìn)機(jī)EBZ200研制一套懸臂式掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信等信息科學(xué)的技術(shù)，完成掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測。掘進(jìn)機(jī)控制方式有本機(jī)手動(dòng)控制、無線遙控、遠(yuǎn)程遙控。其中本機(jī)手動(dòng)控制為司機(jī)直接操作控制手柄，通過操作手柄控制換向閥，驅(qū)動(dòng)各工作油缸及液壓馬達(dá)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)作業(yè)。無線遙控由司機(jī)操作遙控發(fā)射器在掘進(jìn)機(jī)附近控制掘進(jìn)機(jī)。遠(yuǎn)程控制由司機(jī)在500米外操作無線遙控手柄或者隔爆兼本案型工業(yè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程操作。

在EBZ200掘進(jìn)機(jī)機(jī)身主電控箱內(nèi)安裝貝加萊公司的CP476主控制系統(tǒng)，主要用來采集由機(jī)身傳感器采集來的數(shù)據(jù)，如電源電壓、截割電機(jī)電流、油缸油壓、截割電機(jī)繞組溫度、機(jī)身傾角等，同時(shí)掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)還要控制相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。

在距離掘進(jìn)工作面500～1000米距離，設(shè)置井下監(jiān)控硐室放置監(jiān)控主機(jī)與視頻監(jiān)視器，工作人員通過視頻信息與懸臂式掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件所提供的信息操縱掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行工作，監(jiān)控主機(jī)為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。

隔爆兼本案型監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過交換機(jī)接入礦井環(huán)網(wǎng)，與同時(shí)接入環(huán)網(wǎng)的地面主機(jī)高速連接，將各種狀態(tài)信息及時(shí)傳送至網(wǎng)絡(luò)。地面監(jiān)測計(jì)算機(jī)接收井下監(jiān)控主機(jī)傳入環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，從而使掘進(jìn)機(jī)的各種可共享信息通過井上主機(jī)發(fā)布。

5 監(jiān)控系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中懸臂式掘進(jìn)機(jī)EBZ200監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要由三個(gè)部分構(gòu)成：機(jī)載控制器運(yùn)行軟件、遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件和地面遠(yuǎn)程監(jiān)測主機(jī)運(yùn)行軟件。

機(jī)載控制器運(yùn)行軟件主要負(fù)責(zé)采集安裝于掘進(jìn)機(jī)身的電壓傳感器、電流傳感器、油溫傳感器、油壓傳感器、傾角傳感器、位移傳感器、瓦斯傳感器等數(shù)據(jù)信息，并將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過智能控制程序處理后將結(jié)果輸出到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)載控制器通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)送至監(jiān)控主機(jī)，并接收來自井下監(jiān)控主機(jī)的控制命令，將該控制命令進(jìn)行運(yùn)算后輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

井下主機(jī)監(jiān)控軟件是整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心軟件，此軟件運(yùn)行于linux系統(tǒng)，運(yùn)用C語言開發(fā)，具有很高的可靠性與實(shí)時(shí)性，負(fù)責(zé)絕大部分的人機(jī)交互、作業(yè)控制、數(shù)據(jù)分析和故障診斷。

地面遠(yuǎn)程監(jiān)測主機(jī)在距離工作面500～20000m的地面調(diào)度中心，在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)過程中，工作人員在地面上能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測掘進(jìn)機(jī)截割電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示掘進(jìn)機(jī)的工作位置、姿態(tài)、截割頭的位置等信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷和報(bào)警功能。地面遠(yuǎn)程監(jiān)測計(jì)算機(jī)還具有歷史數(shù)據(jù)保存、顯示和打印功能。地面主機(jī)軟件為地面工作人員提供一個(gè)監(jiān)視平臺，按設(shè)計(jì)要求該軟件不具備控制功能。

6 小結(jié)

本文以EBZ200懸臂式掘進(jìn)機(jī)為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信等信息科學(xué)的技術(shù)，構(gòu)建了懸臂式掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，并分析了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件結(jié)構(gòu)，分別對機(jī)載控制器、遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件、遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。

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