□ 李永崗

西安煤礦機械有限公司 西安 710200

1 研究背景

采煤機自動化系統(tǒng)是采煤機運行參數(shù)和運行姿態(tài)的自動控制系統(tǒng),用途是提高采煤機對惡劣工況的適應(yīng)能力,減輕工人勞動強度,降低煤礦事故發(fā)生率,提高開機率,進而實現(xiàn)全工作面自動化的少人無人工作面采煤作業(yè)。

采煤機自動化是勞動密集型工作向技術(shù)密集型工作轉(zhuǎn)變的具體體現(xiàn),傳統(tǒng)的操作工人正在發(fā)生角色的變化,從現(xiàn)場操作工變?yōu)檫h程控制工和現(xiàn)場巡檢工。當(dāng)然,實現(xiàn)這一目標(biāo)需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識作為支撐。

采煤機自動化是目前正在發(fā)展中的技術(shù),有待進一步完善和提高。筆者從多方面對采煤機自動化技術(shù)進行研究。

2 采煤機自動化總體架構(gòu)

采煤機自動化總體架構(gòu)包括位置定位、姿態(tài)定位、遠程控制、數(shù)據(jù)上傳、自動截割、自動化接口六大部分。其中,姿態(tài)定位包括采高監(jiān)測、俯仰采監(jiān)測,自動截割采用記憶截割原理。采煤機自動化總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 采煤機自動化總體架構(gòu)

3 自動化采煤機主要功能

基于采煤機自動化總體架構(gòu),筆者公司采用的自動化采煤機主要功能有位置定位、姿態(tài)定位、遠程監(jiān)測與控制、自動截割、自動化接口。

(1) 位置定位。采煤機位置定位就是對采煤機在工作面的相對位置進行實時檢測和分析,位置定位越精確,記憶曲線越平滑,自動化割煤的精度就越高。采用自主定位方式,具有斷電記憶功能,不需要重復(fù)校零,定位精度可達到5 cm。

(2) 姿態(tài)定位。采煤機姿態(tài)定位就是實時檢測采煤機左、右搖臂的采高量或臥底量,采煤機當(dāng)前所在位置的工作面傾角和俯、仰采角度,以及采煤機的行走方向、速度等工作時的信息。采用自主定位方式,具有斷電記憶功能,采高檢測精度為1 cm,角度檢測精度為0.1°。

(3) 遠程監(jiān)測與控制。采煤機具有遠程通信功能,可以在順槽或地面調(diào)度室對采煤機運行工況進行監(jiān)測,并可以進行遠程控制,包括截割啟停、搖臂升降、牽引控制、記憶截割啟停、故障復(fù)位、緊急停機等。采用控制器局域網(wǎng)總線通信,協(xié)議為CANopen,通信距離遠,穩(wěn)定性好,可靠性高,響應(yīng)速率快。

(4) 自動截割。自動截割以采煤機記憶截割為主,即采煤機進入學(xué)習(xí)模式,手動操作截割作為示范刀,控制系統(tǒng)采集、存儲采煤機在各個位置的行進方向、速度、左右搖臂高度等姿態(tài)信息,之后只要工作面的條件,如采高、頂?shù)装宓葲]有大的變化,采煤機在自動運行模式下,根據(jù)記憶的工作參數(shù)自動截割。當(dāng)煤層條件發(fā)生變化時,需要本地或遠程人工干預(yù)。自動截割的特點為,除工作面中部可實現(xiàn)自動截割外,可以實現(xiàn)兩個端頭的自動斜切、割三角煤、清浮煤等截割工藝,可以實現(xiàn)人工干預(yù)時自動化截割工序的有序進行,以及各個截割動作的自由切換,可以滿足不同工作面不同截割工藝對記憶截割軟件的個性化要求,操作簡潔。

(5) 自動化接口。采煤機預(yù)留與第三方自動化系統(tǒng)通信的接口,采用控制器局域網(wǎng)總線接口。控制器局域網(wǎng)總線通信具有速率快、抗干擾能力強的特點。

4 自動化采煤機主要系統(tǒng)

自動化采煤機主要有四大系統(tǒng):采煤機主機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、順槽監(jiān)測控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)。

采煤機主機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要負責(zé)采集自動化運行過程中的采高、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù),保證自動化采煤機正常運行。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要負責(zé)采煤機整機基本數(shù)據(jù)、自動化數(shù)據(jù)的實時傳輸,采用控制器局域網(wǎng)總線,通過動力電纜控制芯線傳輸。

順槽監(jiān)測控制系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)對采煤機的遠程控制,以及為第三方提供數(shù)據(jù)傳輸與通信接口的功能。數(shù)據(jù)傳輸接口采用控制器局域網(wǎng)總線接口,支持開放數(shù)據(jù)協(xié)議。

軟件系統(tǒng)除基本型采煤機包含的軟件外,主要包括22象限記憶截割軟件、遠程數(shù)據(jù)傳輸軟件、第三方數(shù)據(jù)通信軟件。

5 其它系統(tǒng)

采煤機信息交互系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 采煤機信息交互系統(tǒng)流程

采煤機遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 采煤機遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采煤機慣性導(dǎo)航系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 采煤機慣性導(dǎo)航系統(tǒng)流程

未來,采煤機自動化與智能化技術(shù)將會朝精細化和專業(yè)化方向發(fā)展。采煤機自動化與智能化技術(shù)以計算機為載體和支撐,對人力的依賴性慢慢降低,隨著煤巖識別技術(shù)的成熟,未來采煤機自動化技術(shù)將會更加成熟和友好。

6 結(jié)束語

采煤機自動化與智能化是未來的發(fā)展趨勢,是實現(xiàn)煤礦企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),具備高截割效率、高利用率、低勞動強度等優(yōu)勢,應(yīng)用前景廣闊,值得進一步研究。由此,采煤機制造企業(yè)應(yīng)該不斷對采煤機自動化技術(shù)進行研發(fā),借助自動化與智能化技術(shù)占據(jù)市場,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時研發(fā)高智能化采煤機產(chǎn)品,促進企業(yè)發(fā)展。