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        煤礦薄煤層工作面三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)

        2016-10-13 15:19:21趙金升婁文法張恩明趙巧張新秀
        關(guān)鍵詞:薄煤層自動(dòng)化控制

        趙金升 婁文法 張恩明 趙巧 張新秀

        摘 要:隨著高速經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,煤炭資源需求量不斷加大,但一直以來受開采技術(shù)及開采成本的限制,薄煤層一直未得到開發(fā)利用,這既降低了煤炭開采量率,也造成煤炭資源的浪費(fèi)。薄煤層開采是未來煤炭資源的開采趨勢。伴隨著薄煤層裝備的完善,開采技術(shù)的提高,一套嶄新的自動(dòng)化薄煤層開采技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

        關(guān)鍵詞:薄煤層;三機(jī)協(xié)調(diào);自動(dòng)化控制;聯(lián)動(dòng)控制

        中圖分類號:TD823.251 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-8937(2016)24-0001-02

        本文以綜采三機(jī)設(shè)備即采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)為例,通過對綜采工藝的理論研究確立綜采三機(jī)在采煤過程中的聯(lián)動(dòng)關(guān)系,提出了三機(jī)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)解決方案。

        薄煤層的開采量僅占全國總產(chǎn)量的10.4%。究其原因是因?yàn)槟壳氨∶簩拥拈_采方式及生產(chǎn)效率不高,經(jīng)濟(jì)效益不明顯。薄煤層的開采,不但對綜采設(shè)備有特殊的要求,而且由于薄煤層工作空間狹小,使得生產(chǎn)效率低、成本高,并且安全隱患大。

        薄煤層綜采自動(dòng)化的核心內(nèi)容之一就是通過對綜采工作面三機(jī)—采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī)及其配套設(shè)備進(jìn)行集成,對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)提取和綜合分析,實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整和匹配,最終實(shí)現(xiàn)薄煤層綜采自動(dòng)化。

        1 系統(tǒng)研究背景及意義

        目前國內(nèi)多數(shù)煤礦在系統(tǒng)建設(shè)時(shí),沒有統(tǒng)一考慮系統(tǒng)集成功能,各系統(tǒng)相互獨(dú)立。加之受采掘裝備的差異和技術(shù)研發(fā)缺失的限制,導(dǎo)致薄煤層綜采工作面數(shù)字化集成工作起步較晚。根據(jù)薄煤層開采需求及國家政策信息分析,薄煤層綜采工作面自動(dòng)化裝備發(fā)展前景較好。

        通過薄煤層煤礦綜采工作面三機(jī)(采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī))及其配套設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)提取和綜合分析,實(shí)現(xiàn)三機(jī)運(yùn)行控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整和匹配,達(dá)到薄煤層三機(jī)協(xié)同控制,進(jìn)行全自動(dòng)化采煤的目標(biāo)。

        2 三機(jī)協(xié)調(diào)控制使用新技術(shù)

        系統(tǒng)建設(shè)主要包括支架電液控系統(tǒng)、刮板機(jī)控制系統(tǒng)集成、三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)及三個(gè)主要部分。

        2.1 薄煤層液壓支架電液控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)

        液壓支架電液控制系統(tǒng)是煤礦綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心,是實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化生產(chǎn)管理的必要手段。

        2.1.1 支架電液控制器

        支架電液控制器是液壓支架控制系統(tǒng)的核心設(shè)備,如圖1所示。

        支架控制器的主要功能是控制支架的所有動(dòng)作以及支架信息的交換??刂泼羁梢允遣僮髡咄ㄟ^鍵操作發(fā)出也可以是根據(jù)采煤機(jī)位置由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出,傳感器檢測的實(shí)時(shí)值和用戶設(shè)置的各種參數(shù)是控制過程實(shí)現(xiàn)的重要條件。

        2.1.2 順槽主機(jī)電液控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件

        液壓支架電液控制系統(tǒng)主機(jī)主要實(shí)現(xiàn)液壓支架推移行程、支柱壓力、推進(jìn)位置、動(dòng)作狀態(tài)等信息的采集、存儲(chǔ)和顯示。同時(shí),能夠通過上位機(jī)軟件對任意支架的姿態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

        2.2 薄煤層刮板運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成技術(shù)設(shè)計(jì)

        通過檢測刮板運(yùn)輸機(jī)在電機(jī)負(fù)荷參數(shù),自動(dòng)調(diào)節(jié)采煤機(jī)割煤速度和液壓支架推溜過程,以刮板運(yùn)輸機(jī)出煤運(yùn)量最大化為控制目標(biāo),進(jìn)行采煤機(jī)和液壓支架的聯(lián)動(dòng)控制,最大程度的提高薄煤層工作面的煤炭生產(chǎn)效率。

        監(jiān)控裝置主要完成對刮板運(yùn)輸機(jī)的開停狀態(tài)、電機(jī)工作電壓、電機(jī)工作電流等工礦參數(shù)的檢測,并將這些參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸給三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng),作為三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)之一。同時(shí)裝置本身可以實(shí)現(xiàn)對刮板運(yùn)輸機(jī)開停狀態(tài)的控制,也可由三機(jī)協(xié)同控制器完成對刮板運(yùn)輸機(jī)的遠(yuǎn)程開??刂?。

        2.3 薄煤層三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)

        采煤工作面設(shè)計(jì)三機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)一套,該主要由兩部分組成:協(xié)同控制軟件平臺(tái)及該平臺(tái)可承載的硬件平臺(tái)。系統(tǒng)框圖,如圖2所示。

        2.3.1 三機(jī)協(xié)同硬件平臺(tái)

        硬件平臺(tái)可以由隔爆兼本安計(jì)算機(jī)作為控制終端,使用綜合接入網(wǎng)關(guān)收集三個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并可以對任意系統(tǒng)發(fā)出控制指令,綜合接入與控制裝置接入采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、刮板運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù),在協(xié)同控制軟件平臺(tái)上將三機(jī)數(shù)據(jù)以及人機(jī)輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合融合處理,并依據(jù)協(xié)同控制策略做出決策,對采煤機(jī)、液壓支架以及刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行有序的協(xié)同動(dòng)作控制??刂频男Ч梢酝ㄟ^顯示設(shè)備進(jìn)行就地顯示,以便在特殊情況下,便于人工通過人機(jī)輸入設(shè)備進(jìn)行人工干預(yù),保證系統(tǒng)的正常安全可靠運(yùn)行。

        該系統(tǒng)除了可以進(jìn)行綜采設(shè)備的協(xié)同控制之外還可以將采集到的數(shù)據(jù)、動(dòng)作過程、控制結(jié)果等通過礦井綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛嬷行恼{(diào)度室,供地面調(diào)閱。

        2.3.2 三機(jī)協(xié)同控制軟件平臺(tái)

        三機(jī)協(xié)同控制軟件平臺(tái)是三機(jī)協(xié)同控制模型的思想體現(xiàn),也是整個(gè)系統(tǒng)的核心軟件。

        系統(tǒng)可有效提高生產(chǎn)效率及工程質(zhì)量,降低避免安全事故的發(fā)生。

        3 系統(tǒng)特點(diǎn)

        ①靈活易維護(hù)性:控制規(guī)律靈活多樣,改動(dòng)方便。

        ②高精度:控制精度高,抑制擾動(dòng)能力強(qiáng),能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。

        ③動(dòng)態(tài)可分析:能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工況顯示,控制效率高。

        ④安全制約性:控制與管理一體化,進(jìn)一步提高自動(dòng)化協(xié)調(diào)控制程度。

        ⑤高集成性:采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù),用主干網(wǎng)線橫穿工作面,既簡化系統(tǒng)布線,又降低了總體投入。

        ⑥高可靠性:全系統(tǒng)本安化設(shè)計(jì), 核心產(chǎn)品防護(hù)等級為IP67,系統(tǒng)具有高可靠性。

        4 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益

        其帶來的經(jīng)濟(jì)效益明顯,首先可以降低人力成本、減少企業(yè)風(fēng)險(xiǎn),其次可以提高煤礦可采煤層的回采率,增加可利用資源,進(jìn)而提高礦井可采資源量。社會(huì)效益上,可以有力保障礦井安全生產(chǎn)與效率的提升。

        5 結(jié) 語

        本文剖析了采煤機(jī)、液壓支架和刮板保送機(jī)之間的束縛聯(lián)系關(guān)系,進(jìn)而研討了工作面“三機(jī)”任務(wù)協(xié)調(diào)控制解決方案,為煤礦“機(jī)械化換人,自動(dòng)化減人”政策奠定基礎(chǔ),為煤礦安全高效生產(chǎn)提供保障。

        參考文獻(xiàn):

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        [2] 閔海波,劉源,王仕成,等.多個(gè)體協(xié)調(diào)控制問題綜述[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),

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        [3] 譚浩然.網(wǎng)絡(luò)化多電機(jī)同步協(xié)調(diào)預(yù)測控制研究[D].長沙:中南大學(xué),

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        [4] 蘇賽軍.網(wǎng)絡(luò)化多智能體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制及一致性問題研究[D].長沙:

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