综掘工作面智能控制设计与研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 22 日 作者简介:姬翠亭(1988),女,汉族,河北邯郸,本科,河北伊联智能科技有限公司,研究方向为矿山机械设备控制系统。-5-综掘工作面智能控制设计与研究 姬翠亭 河北伊联智能科技有限公司,河北 石家庄 050000 摘要:摘要:煤矿井下是一个复杂且危险的生产环境,由于空间受限、湿度大、温度高、灰尘弥漫、大功率设备众多以及生产工况复杂等因素,安全风险很高。随着煤炭开采深度和巷道掘进量的增加,掘进工作面的灾害现象如冒顶、突水、瓦斯爆炸等问题也日益严重。在这种情况下,人工操作设备时面临的噪音、粉尘等问题,会对工人的身体健康带来威胁
2、。因此,掘进机的自动化、智能化和无人化发展成为了解决这个问题的关键,也是煤矿行业转型升级的必然趋势。关键词:关键词:煤矿机械;掘进机;智能化 中图分类号:中图分类号:TD263 0 引言 近年来,我国智能化技术的发展速度很快,其在煤矿掘进机中的应用也日益普及。掘进机的自动截割系统、操作系统以及信息显示系统都充分运用了智能化技术,这使得掘进机可以有效地实现自动截割和运行过程中的参数数据收集。无论是在哪个工作角度和工作流程中,智能化技术都可以帮助实现煤矿截割、装运以及行走等各种不同工作环节的智能化控制。因此,充分利用各种先进技术的新型掘进机,对于提高掘进机生产企业的市场的响应速度和在市场的竞争力有
3、重要意义。1 掘进机智能控制系统主要功能(1)掘进机具备本机电液控操作、无线视距遥控操作、井下远程平台操作、地面调度集控平台操作功能。各控制方式相对独立,任何一种控制方式均应满足控制工作面所有智能设备的启停、姿态调整、监测工况等要求。(2)遥控、井下远程控制、地面远程集控等控制方式的下远程集中控制、启动相互闭锁,并具备一键紧急停机功能。控制方式的转换由授权人员进行操作,控制状态在系统界面有明确的显示。(3)视距无线遥控通信距离不小于 70m 距离,能可靠遥控设备,具有远距离控制、信号显示、急停设备、信号中断保护等功能。(4)掘进设备应具备精准定位的能力,能够在设定方向上实现自动掘进。在掘进过程
4、中,设备的自主定向功能应与激光定向仪的指向保持一致,最大误差不得超过 20cm/10m。这意味着掘进设备在每 10 米距离的偏差应控制在 20 厘米以内,以确保准确的掘进方向和工程精度。(5)掘进设备实现截割轨迹在线监测:建立巷道断面模型,利用各种传感器获取掘进机的位姿状态信息,包括截割头相对于掘进机中心坐标轴的坐标位置,以及掘进机中心坐标相对于巷道坐标的位置等。经过控制单元的计算,可以得出掘进机截割头的实际位置,并在误差范围内(截割头位置相对于巷道断面坐标误差不超过 4 毫米)实现准确的截割位置轨迹监测。这意味着掘进机的操作可以精确地按照预设的巷道断面模型进行,确保挖掘工程的准确性和安全性1
5、。(6)掘进设备具备姿态监测和自动调整功能,通过实时采集、分析各执行机构运行数据以及与设备俯仰角度、两帮及相关设备距离数据,实现姿态自动调整。距离达到设定的警戒值时,实时发出报警语音,并在人机界面自动弹出报警提示;达到危险值时,发出报警并自动停机。掘进设备姿态监测倾角最大误差0.2。(7)掘进设备应具备追踪坡度的功能,能够在集控平台上实时显示坡度信息。对于坡度偏差的要求,应不超过1,这意味着在实际掘进过程中,坡度的误差应控制在千分之一以内,以确保工程的精确性和安全性。具备工作面坡度检测和坡度追踪实时中国科技期刊数据库 工业 A-6-显示。(8)掘进设备应具备截割头的精准定位、自动截割和截割轨迹
6、记忆功能。在作业过程中,截割头能够按照系统预设的截割路径程序或示范记忆轨迹自动进行截割操作,同时记录实时的截割轨迹。这种功能使得掘进设备能够更加精确和高效地进行截割作业,并且可以存储和回顾截割的历史轨迹,以便于分析和优化操作流程。根据巷道实际条件,记忆截割路径和自动截割控制工艺,具备实现巷道全断面两个循环1.2m 的定位截割,掘进巷道断面自动成形控制精度:15cm/20m;2(9)掘进设备应配备完善的传感器、执行器和控制器,以便实现单系统或单设备的远程自动控制、工况在线监测和故障诊断功能。这些设备能够实时感知和采集掘进设备的运行状态和各种参数,如温度、压力、速度等,并对其进行远程控制和调整。同
7、时,系统还可以对采集的数据进行实时分析和处理,发现异常情况并及时进行故障诊断,确保掘进设备的正常运行和安全。具备工作面粉尘、瓦斯、水、智能化监测与智能分析功能,并具备监测环境数据分析功能,所有数据结果要求在显示画面准确显示,并且按照国家标准设定超限报警数值和警戒停机数值。(10)具备工况在线监测、故障诊断和报警功能,掘进设备应对工况状态下的电压、电流、油压、油温、油位等数据进行实时在线监测。当监测到数据异常时,设备应发出报警语音,自动停止运行,并实时在人机界面显示报警信息。掘进设备应具备完善的单机状态监测和故障自诊断功能,并能够实现与矿井综合管控平台的互联互通。这意味着设备可以实时监测各种工况
8、参数,及时发现异常情况,并通过语音报警和人机界面显示报警信息的方式提醒操作人员采取相应措施。同时,设备还具备故障自诊断功能,可以快速定位并解决故障问题,提高设备的可靠性和稳定性。此外,掘进设备还可以与矿井综合管控平台进行数据交互,实现信息的集中管理和利用,提高整个矿井的管理效率和安全生产水平。2 掘进机远程控制系统 全自动控制模式。将掘进机远程控制系统设置为“全自动化”工作模式,通过“一键”启停按键启动掘进机。远程控制模式权限优先顺序为井下远程控制、地面远程控制。3任何时刻,只有取得控制权的控制点可发出启动指令,其它无授权控制点只能发出停止指令。控制中心满足距现场不小于 1000 米距离能远程
9、操作。启动过程:油泵启动-二运启动-一运启动-星轮启动-截割电机启动-自动截割程序启动,全自动化启动;运行过程:实时监控工作面掘进设备运行工况,当设备运行异常,可以通过人工干预手段对设备进行远程干预。停机过程:自动截割程序停止-截割电机停止-星轮停机-一运停机-二运停机-油泵停机,全自动化停止;急停:按下“急停”按钮,设备停机。3 掘进机智能化控制各子系统功能 3.1 电液控制子系统(1)由无线接收器驱动电磁阀,控制油缸动作,主要包括截割升降、左右伸缩、铲板升降、后支撑升降等,控制液压马达工作,主要包括一运转载、星轮和左右行走等。(2)电控箱和遥控器无线通讯,和集控室/地面控制台以太网通讯,将
10、遥控/远控指令发送给电控箱以便控制油泵、截割、二运,同时将设备工作状态(如急停、截割急停、瓦斯、热释等)和各电机回路故障(漏电、短路、过载、过热、缺相等)反馈至遥控器、集控室和地面控制台。(3)瓦斯断电故障闭锁和风电闭锁等保护反馈至遥控器、集控室和地面控制台。3.2 视距遥控子系统(1)设置便携式遥控器,视距遥控具有远距离控制、信号显示、急停设备、信号中断保护等功能。在 70m 视距范围内可安全操作掘进机,提高安全性;(2)在遥控器上显示掘进机的运行状态信息和故障信息,减少操作人员操作失误,保障设备正常运行;(3)遥控器采用基于 433M 无线通讯,延迟低至100ms,人体无法感知到其延迟;遥
11、操作按钮设计的布局方便司机操作,且具有断电和通讯中断保护功能;(4)遥控器采用电池供电,单个遥控器需配 3中国科技期刊数据库 工业 A-7-块电池及 1 个充电器,电池采用矿用本安型可充电电池,每块电池容量保证遥控器连续工作不小于 48 小时。3.3 井下集控室设备配置及安装要求 井下集控室主要由集控箱、矿用本安型显示器、矿用隔爆兼本安型计算机、矿用本安型操作台、矿用本安型扩音电话、矿用本安型摄像头和矿用隔爆型LED 巷道灯组成,在掘进巷道合适位置处设置集控室,通过有线加无线的方式,实现井下远程控制掘进机,同时接入矿井千兆环网,实现与地面通讯;集控室内可以通过语音通信进行调度、联络;井下集控室
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