□ 李永崗

西安煤礦機(jī)械有限公司 西安 710200

1 研究背景

采煤機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)是采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行姿態(tài)的自動(dòng)控制系統(tǒng),用途是提高采煤機(jī)對(duì)惡劣工況的適應(yīng)能力,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,降低煤礦事故發(fā)生率,提高開機(jī)率,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全工作面自動(dòng)化的少人無人工作面采煤作業(yè)。

采煤機(jī)自動(dòng)化是勞動(dòng)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(chǎng)操作工變?yōu)檫h(yuǎn)程控制工和現(xiàn)場(chǎng)巡檢工。當(dāng)然,實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)作為支撐。

采煤機(jī)自動(dòng)化是目前正在發(fā)展中的技術(shù),有待進(jìn)一步完善和提高。筆者從多方面對(duì)采煤機(jī)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行研究。

2 采煤機(jī)自動(dòng)化總體架構(gòu)

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

圖1 采煤機(jī)自動(dòng)化總體架構(gòu)

3 自動(dòng)化采煤機(jī)主要功能

基于采煤機(jī)自動(dòng)化總體架構(gòu),筆者公司采用的自動(dòng)化采煤機(jī)主要功能有位置定位、姿態(tài)定位、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制、自動(dòng)截割、自動(dòng)化接口。

(1) 位置定位。采煤機(jī)位置定位就是對(duì)采煤機(jī)在工作面的相對(duì)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析,位置定位越精確,記憶曲線越平滑,自動(dòng)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(dá)到5 cm。

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

(3) 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。采煤機(jī)具有遠(yuǎn)程通信功能,可以在順槽或地面調(diào)度室對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測(cè),并可以進(jìn)行遠(yuǎn)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(jī)等。采用控制器局域網(wǎng)總線通信,協(xié)議為CANopen,通信距離遠(yuǎn),穩(wěn)定性好,可靠性高,響應(yīng)速率快。

(4) 自動(dòng)截割。自動(dòng)截割以采煤機(jī)記憶截割為主,即采煤機(jī)進(jìn)入學(xué)習(xí)模式,手動(dòng)操作截割作為示范刀,控制系統(tǒng)采集、存儲(chǔ)采煤機(jī)在各個(gè)位置的行進(jìn)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(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下,根據(jù)記憶的工作參數(shù)自動(dòng)截割。當(dāng)煤層條件發(fā)生變化時(shí),需要本地或遠(yuǎn)程人工干預(yù)。自動(dòng)截割的特點(diǎn)為,除工作面中部可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)截割外,可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)端頭的自動(dòng)斜切、割三角煤、清浮煤等截割工藝,可以實(shí)現(xiàn)人工干預(yù)時(shí)自動(dòng)化截割工序的有序進(jìn)行,以及各個(gè)截割動(dòng)作的自由切換,可以滿足不同工作面不同截割工藝對(duì)記憶截割軟件的個(gè)性化要求,操作簡(jiǎn)潔。

(5) 自動(dòng)化接口。采煤機(jī)預(yù)留與第三方自動(dòng)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(qiáng)的特點(diǎn)。

4 自動(dòng)化采煤機(jī)主要系統(tǒng)

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

采煤機(jī)主機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集自動(dòng)化運(yùn)行過程中的采高、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù),保證自動(dòng)化采煤機(jī)正常運(yùn)行。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采煤機(jī)整機(jī)基本數(shù)據(jù)、自動(dòng)化數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,采用控制器局域網(wǎng)總線,通過動(dòng)力電纜控制芯線傳輸。

順槽監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)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(jī)包含的軟件外,主要包括22象限記憶截割軟件、遠(yuǎn)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(jī)信息交互系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 采煤機(jī)信息交互系統(tǒng)流程

采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采煤機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 采煤機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)流程

未來,采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)將會(huì)朝精細(xì)化和專業(yè)化方向發(fā)展。采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)以計(jì)算機(jī)為載體和支撐,對(duì)人力的依賴性慢慢降低,隨著煤巖識(shí)別技術(shù)的成熟,未來采煤機(jī)自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)更加成熟和友好。

6 結(jié)束語(yǔ)

采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化是未來的發(fā)展趨勢(shì),是實(shí)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(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì),應(yīng)用前景廣闊,值得進(jìn)一步研究。由此,采煤機(jī)制造企業(yè)應(yīng)該不斷對(duì)采煤機(jī)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行研發(fā),借助自動(dòng)化與智能化技術(shù)占據(jù)市場(chǎng),在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)研發(fā)高智能化采煤機(jī)產(chǎn)品,促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。