劉 艦

（汾西礦業(yè)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

引言

巷道應(yīng)滿足通風(fēng)、運輸、行人等的需求，巷道掘進效率直接影響采面接替以及煤巖開采效率[1-2]。隨著煤炭開采技術(shù)不斷提升，井下回采巷道掘進實現(xiàn)了由人工掘進、炮掘、綜掘等方式的轉(zhuǎn)換[3]。采用綜掘方式可提高巷道掘進效率，但也面臨掘進迎頭噪聲大、粉塵多等問題，同時掘進迎頭存在的冒頂、瓦斯突出、突水等各種安全災(zāi)害給現(xiàn)場作業(yè)人員身體健康以及生命安全都帶來較大威脅[4-5]。遠程智能化控制系統(tǒng)可提高掘進機自動化、智能化水平，同時作業(yè)人員在遠離掘進迎頭且相對安全的地點工作，對提高煤炭開采效率具有重要意義[6-7]。山西某礦井下采用EBZ-160掘進機掘進，受到掘進巷道現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜、掘進機自動化程度低等因素制約，當(dāng)掘進巷道出現(xiàn)故障時無法遠程進行操控。為此，文中以礦井使用的EBZ-160掘進機為工程研究對象，對掘進機遠程智能化控制技術(shù)展開研究，以期能在一定程度上提升礦井巷道掘進效率。

1 礦井EBZ-160掘進機原有控制系統(tǒng)分析

礦井使用的EBZ-160掘進機結(jié)構(gòu)如圖1所示，掘進機可細分為轉(zhuǎn)載部、行走部以及截割部等，其中轉(zhuǎn)載部通過鏟板、形星輪相互配合將截割部截割的煤矸裝載至掘進機運輸機上，實現(xiàn)外運；截割部主要包括截割頭、液壓油缸、回轉(zhuǎn)臺、伸縮部等，按照預(yù)先設(shè)定掘進斷面進行破煤巖；行走部通過液壓馬達驅(qū)動左右行走機構(gòu)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)綜掘機位置移動。

圖1 EBZ-160掘進機結(jié)構(gòu)示意圖

礦井使用的EBZ-160掘進機內(nèi)置有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)整體自動化水平不高，現(xiàn)場應(yīng)用過程中會具體表現(xiàn)出以下幾點問題。

1）原有的掘進機控制系統(tǒng)僅可實現(xiàn)掘進機異常情況的緊急停機以及截割電機等高溫預(yù)警，同時上述操作需在掘進機本體上進行，無法實現(xiàn)遠程控制。

2）掘進機原有控制系統(tǒng)信號傳輸通信接口數(shù)量較少且結(jié)構(gòu)單一，在對控制系統(tǒng)進行改造升級時，無法有效控制系統(tǒng)功能，導(dǎo)致控制系統(tǒng)應(yīng)用存在局限性。

3）原有控制系統(tǒng)僅可實現(xiàn)部分設(shè)備控制，同時未配備監(jiān)控平臺、遠程控制平臺，掘進機故障時無法及時得知。

4）控制系統(tǒng)中僅有溫度、電壓等檢測設(shè)備，功能結(jié)構(gòu)單一且測量精度不高，在現(xiàn)場應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)延時或者誤報等情況。

5）原有控制系統(tǒng)安全保護功能不完備，缺乏過壓、過流保護以及監(jiān)測系統(tǒng)等安全防護系統(tǒng)。

2 掘進機遠程智能化控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

文中所提的掘進機遠程智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有電控系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，具體遠程智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

傳感檢測部分主要用于掘進機油泵電壓、電流，升降及伸縮油缸位移、激光測距儀、回轉(zhuǎn)及鏟板油缸位移等檢測，并通過RS485通信接口將檢測結(jié)果實時傳輸給電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)主要組成單元包括有上位機、PLC等，PLC采用S7-300系列，用于數(shù)據(jù)分析、A/D轉(zhuǎn)換、控制指令發(fā)送等任務(wù)，實現(xiàn)掘進機截割電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制；檢測獲取到的各類參數(shù)均傳輸給控制系統(tǒng)上位機，在上位機顯示器中內(nèi)置有電源、緊急制動、油泵啟停等控制按鍵，以便掘進機遠程控制。

圖2 遠程智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)便于作業(yè)人員直觀掌握掘進迎頭現(xiàn)場情況以及掘進機工作狀態(tài)，系統(tǒng)包括有4臺高清防爆攝像機、光端機、硬盤等配件。

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵部件

2.2.1 電控箱

電控箱是遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)重要組成單元，文中所提監(jiān)控系統(tǒng)電控箱采用S7-200系列PLC，該電控箱實時分析掘進機電機運行參數(shù)、瓦斯?jié)舛鹊缺O(jiān)測參數(shù)，監(jiān)測結(jié)果可通過液晶屏（TD210）顯示；電控箱處理參數(shù)可由PLC-M1模塊傳輸給遠程控制平臺，在控制平臺即可直接掌握掘進機工作參數(shù)。具體遠程智能控制系統(tǒng)電控箱控制原理如圖3所示。

圖3 遠程智能控制系統(tǒng)電控箱控制原理圖

2.2.2 直線傳感器

選用KS20直線傳感器提高油缸位移監(jiān)測精度，該傳感器位移監(jiān)測量程0～650 mm、精度0.01%，輸出信號電流5～20 mA，可滿足現(xiàn)場監(jiān)測需求。

2.2.3 遠程操作臺

遠程操作臺功能模塊包括有PLC-M1模塊、液晶顯示屏、操作面板等，其中PLC-M1模塊包括CPU224XP、EM221的DI輸入模塊，可實時接收電控箱信號并將操作面板控制指令發(fā)送至電控箱。在控制面板上有截割停止、轉(zhuǎn)載啟動、油泵啟動、復(fù)位以及急停等功能按鈕，通過控制面板即可實現(xiàn)掘進機遠程智能控制，按鈕布置如圖4所示。

圖4 遠程操作臺功能按鈕布置示意圖

3 結(jié)語

在對EBZ160掘進機原電控系統(tǒng)存在的問題進行分析的基礎(chǔ)上，提出一種掘進機遠程智能控制系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)集成到山西某礦30902運輸巷EBZ-160掘進機上進行現(xiàn)場測試。電控系統(tǒng)控制箱結(jié)構(gòu)為本安隔爆型?，F(xiàn)場應(yīng)用后該遠程智能控制系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程信號監(jiān)測、顯示，掘進機狀態(tài)監(jiān)測、工作參數(shù)顯示以及故障異常報警等功能，同時上位機顯示界面清晰、掘進機監(jiān)測參數(shù)顯示精準。

文中所提遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)相對于掘進機原有控制系統(tǒng)而言，操作人員操作控制即可實現(xiàn)對掘進機遠程操作以及監(jiān)控，不僅可降低作業(yè)人員勞動強度，而且有助于提高掘進作業(yè)安全保障能力以及作業(yè)效率。