滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制技術(shù)
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摘要：滾筒采煤機(jī)是由電動(dòng)機(jī)、牽引裝置以及相關(guān)附屬零件組成，能夠高效地進(jìn)行煤層開采工作，為了進(jìn)一步提高該設(shè)備的工作效率，使其更符合信息時(shí)代的使用性需求，本文將圍繞滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行分析討論，從而為相關(guān)研究領(lǐng)域提供有力的信息支持，以此提高煤礦行業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)其朝著自動(dòng)化、智能化的方向高速發(fā)展。
關(guān)鍵詞：煤礦行業(yè)；滾筒采煤機(jī)；自動(dòng)化；智能化
隨著我國(guó)對(duì)能源需求的不斷提高，加大煤礦開采量已成為當(dāng)前重要的發(fā)展手段。當(dāng)前，許多開采企業(yè)已開始加大機(jī)械設(shè)備的引入與應(yīng)用，利用其功率高、安全性強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)行高效率的采集工作，但研發(fā)難度高、自動(dòng)化水平低的問(wèn)題仍未得到有效解決。為此，相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)需盡快提升智能化與自動(dòng)化控制技術(shù)的優(yōu)化與更新，才能使開采行業(yè)緊跟時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，提高產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。
1滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制技術(shù)應(yīng)用研究
1.1監(jiān)控通信技術(shù)的具體應(yīng)用
監(jiān)控通信技術(shù)是為了改善人員的工作環(huán)境，將施工人員從危險(xiǎn)、有害的開采地點(diǎn)撤離，使其處在更安全、舒適的控制臺(tái)完成地面調(diào)度、遠(yuǎn)程監(jiān)控等工作。該技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)在于移動(dòng)信號(hào)的傳輸，使相關(guān)操作指令能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)渠道進(jìn)行及時(shí)的交互與通信。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展與優(yōu)化，當(dāng)前滾筒采煤機(jī)的機(jī)載監(jiān)視、數(shù)據(jù)探測(cè)及遠(yuǎn)程分析等功能都得到大幅度的提升與增強(qiáng)，相關(guān)通信寬帶的數(shù)據(jù)傳遞量也由原本的100KBIT/S增長(zhǎng)至30MBIT/S，甚至部分機(jī)載雷達(dá)掃描的數(shù)據(jù)傳輸量可達(dá)到60MBIT/S。但過(guò)高的數(shù)據(jù)載量也對(duì)控制技術(shù)的要求更嚴(yán)格，需要運(yùn)用光導(dǎo)纖維作為信息傳送的載體，并布置大量AP端口負(fù)責(zé)局域網(wǎng)的搭建。這種方法需要的經(jīng)濟(jì)開銷較高，且維護(hù)不夠便捷，進(jìn)而導(dǎo)致信息通信技術(shù)的可靠性與適應(yīng)性較低，因此，該控制技術(shù)在工作應(yīng)用方面還有待加強(qiáng)。此外，滾筒采煤機(jī)內(nèi)的巷道設(shè)備是采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議實(shí)時(shí)獲取控制臺(tái)輸出的視頻數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的全方面監(jiān)控，并通過(guò)OPC服務(wù)器以及通信網(wǎng)關(guān)等裝置將機(jī)械運(yùn)行參數(shù)傳輸至整個(gè)煤礦局域網(wǎng)，以此達(dá)到異地遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。
1.2機(jī)載控制技術(shù)的具體應(yīng)用
機(jī)載控制技術(shù)是當(dāng)前煤礦行業(yè)使用頻率最高、智能化發(fā)展最快的應(yīng)用技術(shù)，能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)程序完成滾筒采煤機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行，并保證開采過(guò)程具有較高的安全性和可靠性。機(jī)載控制技術(shù)主要是以邏輯反饋?zhàn)鳛楣ぷ髟?，能夠?qū)L筒采煤機(jī)的溫度、壓力、負(fù)荷等多個(gè)因素進(jìn)行把控與調(diào)節(jié)，同時(shí)，還能自主收集信息數(shù)據(jù)，并將其制成人機(jī)交互界面?zhèn)鬟f給操作人員，從而方便其進(jìn)行相關(guān)信息的分析與研究，并將此類數(shù)據(jù)以音源、視頻等方式進(jìn)行呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，優(yōu)化控制精確性。在運(yùn)用機(jī)載控制技術(shù)對(duì)滾筒采煤機(jī)的核心裝置進(jìn)行控制與保護(hù)時(shí)，主要是負(fù)責(zé)單板機(jī)以及工板機(jī)的調(diào)節(jié)，而隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，相關(guān)應(yīng)用方式也逐漸將其變?yōu)榧锌刂频木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，使其具有高可靠性和強(qiáng)拓展能力的同時(shí)，也使后續(xù)的維修與保養(yǎng)更便捷化，能夠通過(guò)模塊下網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的高度整合與統(tǒng)一，提高相關(guān)設(shè)備的工作效率。此外，機(jī)載系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間的震蕩、潮濕環(huán)境下工作會(huì)產(chǎn)生一系列的安全問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)需要采用專業(yè)化和定制化的元部件設(shè)計(jì)提升執(zhí)行器與傳感器的連接強(qiáng)度，以此保證其良好的使用效果，降低運(yùn)行故障產(chǎn)生的可能性。
1.3網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用
網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制的重要技術(shù)，之所以要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，其目的在于確保操作人員可以始終處在安全和清潔的環(huán)境，而采煤機(jī)可以將全部信息傳遞給地面。以艾柯夫采煤機(jī)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)為例，該遠(yuǎn)程系統(tǒng)以攝像頭、遠(yuǎn)程控制端頭站、采煤機(jī)和配套軟件為基礎(chǔ)，使端頭之間的數(shù)據(jù)傳輸和端頭站與地面之間的數(shù)據(jù)傳輸成為可能。為充分利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，艾柯夫遠(yuǎn)程控制的接口裝置眾多，主要包括光纖接口、PLM、CS紅盒調(diào)制解調(diào)器等，其中，光纖接口具有數(shù)據(jù)傳輸快、容量大和傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)；PLM的優(yōu)勢(shì)為無(wú)須單獨(dú)設(shè)置電纜，不易損壞，存在易受干擾和速度慢于光纖的不足；CS紅盒調(diào)制解調(diào)器的優(yōu)點(diǎn)為數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，僅需一根數(shù)據(jù)線，不易受到干擾，存在的缺點(diǎn)為數(shù)據(jù)傳輸慢。三種接口的使用，在最大限度上保證了滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制的穩(wěn)定性。
1.4協(xié)同自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用
協(xié)同自動(dòng)化技術(shù)要求液壓支架、運(yùn)輸系統(tǒng)能夠自動(dòng)運(yùn)行，并且輸送機(jī)、滾筒采煤機(jī)能夠高效配合，相互協(xié)調(diào)，準(zhǔn)確按照相關(guān)操作指令完成對(duì)應(yīng)工作。該控制技術(shù)是采用編碼器位置檢測(cè)或紅外線發(fā)射器進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，將滾筒采煤機(jī)的行走路線和速度數(shù)值傳送至控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟機(jī)的推移和輸送機(jī)的移架，并在此基礎(chǔ)上記錄相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)和速度信息，進(jìn)行實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)值的校檢與分析，完成精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。當(dāng)滾筒采煤機(jī)能夠完成自主化運(yùn)行后，還要對(duì)系統(tǒng)的負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行控制，盡可能提高其生產(chǎn)能力，加強(qiáng)煤礦的采集量。在調(diào)節(jié)時(shí)，需要按照滿載、過(guò)載、空載等不同狀態(tài)依次進(jìn)行參數(shù)修改，當(dāng)負(fù)荷過(guò)低時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)滾筒采煤機(jī)的斜率來(lái)提升設(shè)備的運(yùn)行速度，當(dāng)負(fù)荷偏高時(shí)則降低其運(yùn)行速度，避免出現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)壓死的狀況。以艾柯夫采煤機(jī)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)可以使?jié)L筒采煤機(jī)之間相互協(xié)調(diào)和配合，開啟采煤機(jī)自身的自動(dòng)化操作步驟如下：（1）設(shè)置相關(guān)的工作面參數(shù)。（2）將自動(dòng)化打開，在初次使用時(shí)，為確保安全，需要關(guān)閉牽引自動(dòng)化，在對(duì)牽引位移數(shù)據(jù)進(jìn)行明確后，查看狀態(tài)表中所編輯各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)是否與實(shí)際所需數(shù)據(jù)相吻合，等到觀察完畢后，方能將自動(dòng)化牽引功能開啟。
2滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制技術(shù)發(fā)展分析
2.1發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外對(duì)滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制技術(shù)的研究一直領(lǐng)先我國(guó)，在部分歐洲國(guó)家已經(jīng)將在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)、機(jī)載視頻監(jiān)視、智能化保護(hù)等功能完全實(shí)現(xiàn)，并確保設(shè)備能夠支持高精度的采高控制以及三維定位導(dǎo)航控制，而在應(yīng)用方面，也將相關(guān)自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用在礦井開采中，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工作面長(zhǎng)期持續(xù)自動(dòng)化運(yùn)行的要求，將原本需要20～30人才能完成的工作量，削減至只需4～6人即可完成。隨著我國(guó)煤炭行業(yè)的高速發(fā)展，技術(shù)研發(fā)資金的大量投入，國(guó)內(nèi)相關(guān)自動(dòng)化控制技術(shù)也得到了飛速提高，目前，我國(guó)已能夠完全實(shí)現(xiàn)巷道遠(yuǎn)程集中監(jiān)視與操作控制功能，并能夠?qū)⒂洃浗馗罴夹g(shù)運(yùn)用在智能化滾動(dòng)采煤機(jī)中，并且對(duì)于設(shè)備的適用性、可靠性也更加重視，大幅加強(qiáng)了相關(guān)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品的可靠性與安全性都得到顯著提升。
2.2發(fā)展方向
滾筒采煤機(jī)在機(jī)電一體化、智能化與自動(dòng)化方向不斷發(fā)展與優(yōu)化，已經(jīng)初步符合工業(yè)機(jī)器人的特征，能夠完成自動(dòng)控制、重新編程等多項(xiàng)智能化任務(wù)。其未來(lái)的發(fā)展方向基本可分為以下幾點(diǎn)：（1）提高振動(dòng)分析、視頻圖像分析的技術(shù)手段，將煤巖層的自動(dòng)識(shí)別功能完全融入滾筒采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)中，從而達(dá)到自動(dòng)化運(yùn)行的要求；（2）大力推動(dòng)設(shè)備視覺(jué)、觸覺(jué)等技術(shù)的開發(fā)與創(chuàng)新，使開采裝置能夠?qū)π羞M(jìn)間發(fā)現(xiàn)的障礙與干涉進(jìn)行智能化處理，規(guī)避意外風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生；（3）要不斷提升傳感器與執(zhí)行系統(tǒng)的安全性和可維護(hù)性，提高設(shè)計(jì)過(guò)程的科學(xué)性與合理性，從而降低后續(xù)加工、加固等環(huán)節(jié)的工作難度，保證相關(guān)產(chǎn)品的安全性；（4）運(yùn)用人工智能技術(shù)提升滾筒采煤機(jī)的自適應(yīng)控制功能和自我診斷技術(shù)，以此提高故障檢測(cè)的效率。未來(lái)智能化功能的舊型號(hào)采煤機(jī)會(huì)通過(guò)加裝智能傳感設(shè)備的方式，使智能化控制目標(biāo)達(dá)成，以適應(yīng)現(xiàn)階段煤礦生產(chǎn)的智能化升級(jí)要求，在查閱文獻(xiàn)資料后得知，自引進(jìn)采煤機(jī)之日起，采煤機(jī)已經(jīng)更新了三代，第一代為艾柯夫SL500采煤機(jī)，其主腦為MICOS，同時(shí)也是主處理器，而輔助處理器則由智能模塊A2實(shí)現(xiàn)，采用的通訊接口系統(tǒng)為RS485。實(shí)現(xiàn)電控的方式為繼電器，具有非常復(fù)雜的控制和保護(hù)電路。第二代采煤機(jī)對(duì)主機(jī)IPC和現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行了使用，借助PLC使電控成為可能。相較第一代采煤機(jī)，第二代采煤機(jī)無(wú)疑更加先進(jìn)。第三代采煤機(jī)與第二代采煤機(jī)相比，雖然主處理器相同，但接口電路卻變?yōu)镃AN模塊，執(zhí)行元件為EPU單元和控制器，故功能較為豐富?？傊瑢?duì)于未實(shí)現(xiàn)智能化功能的舊型號(hào)采煤機(jī)，可以利用智能傳感設(shè)備的加裝，對(duì)其進(jìn)行智能化改造，從而實(shí)現(xiàn)智能化控制的目的。并且，國(guó)內(nèi)智能化傳感設(shè)備的發(fā)展愈加成熟，建議相關(guān)企業(yè)予以應(yīng)用。
3結(jié)語(yǔ)
綜上所述，通過(guò)分析當(dāng)前滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化中的監(jiān)控通信、機(jī)載控制、走控截割、故障報(bào)警、協(xié)同自動(dòng)化等控制技術(shù)，并對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行研究討論，從而使相關(guān)操作人員能夠更好地運(yùn)用滾筒采煤機(jī)，提高開采工作的質(zhì)量和效率，降低人力、物力、財(cái)力的使用和支出，以此達(dá)到安全生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。
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作者:劉重陽(yáng) 單位:陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司