山特维克MB670掘锚一体机智能化掘进控制系统研究与应用.pdf
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1、技术与经济山特维克MB670#掘锚一体机智能化掘进控制系统研究与应用牛蓄源,王刚(中煤西北能源有限公司机电管理部,内蒙古鄂尔多斯0 1 7 2 0 0)摘要:本文介绍了中煤西北能源有限公司山特维克MB670掘锚一体机智能化改造方案及实施效果,分析了存在的问题,以期能对智能化掘进工作面建设提供有益借鉴。关键词:掘锚一体机;智能化掘进控制系统中图分类号:F406.3;TD353.6山特维克MB670掘锚一体机在我国煤矿的高效掘进中应用广泛,性能和可靠性得到了使用单位的普遍认可。煤矿智能化建设逐步推进,采、掘工作面智能化建设成为重点。对广大山特维克MB670掘锚一体机用户而言,对掘锚机进行智能化改造
2、成为必须面对和解决的问题。我们相对较早地开展了此项工作,已完成了调试,进人了应用阶段,取得了较满意的效果。1研究应用背景为满足工作面安全高效的推进要求,国家发改委、国家能源局、应急管理部等8 部委联合出台了关于加快煤矿智能化发展的指导意见,内蒙古自治区、陕西省等产煤大省出台了一系列政策和要求,明确指出提高智能化快速掘进系统技术和装备水平,对推动煤炭行业高质量发展和建设智慧矿山具有重要意义。我公司在用的山特维克MB670掘锚一体机共有5台,为矿井掘进的主要机型。中煤集团明确要求在2022年底前所属矿井采、掘工作面全部实现智能化开采。中煤西北能源有限公司于2 0 2 1 年已全面启动采、掘工作面建
3、设。智能化掘进工作面建设是以提高掘进工作面安全性、降低劳动强度、提高掘进施工效率和施工质量为出发点,利用智能传感技术、定位定向技术、自动截割技术、监测监控技术、无线传输技术、远程控制技术和多信息远程重现技术,实现可远程操作人工干预的掘锚一体机智能掘进控制系统。远程集控系统应包括地面远程控制平台、工作面远程控制平台和视距内遥控装置,主要解决掘进工作面设备整机工况参数监测、工作面视频远程监控、掘锚一体机自动截割、人员安全预警、机身自主定位导航、远程可视化控制等技术难题,从而将工作面环境、设备和人员有机和谐地统一起来,实现“安全、高效、绿色 掘进。106文献标识码:B进行研发,根据煤矿复杂地质条件的
4、使用状况及设备工况特点,深人分析快掘工作面多机作业的施工工艺,开展多机协同控制技术的研究、试验,重点解决了信息的可视化、显示的动态化、故障诊断的系统化、设备运维的远程化、系统运行的决策化和一键启停、自动截割、自主定位等技术难题。设计出一套掘锚一体智能化掘进控制系统,实现快掘成套装备数据的高速、可靠、稳定的传输及工作面视频的远程再现;构建各单机设备的感知网络,赋予设备感知自身及外部环境能力;建设工作面和地面集控平台,实现掘、支、运及供电的集中化、操作的少人化 2 。2.2具体方案研究遵循“方案论证一技术原理研究一系统硬件、软件开发一实验室试验一原理样机设计一试生产一应用效果验证一系统改进设计一现
5、场应用”的技术路线和研究思路,保证实现项目总体目标。上述技术路线立足于西北能源公司及山西天地煤机装备有限公司现有的技术基础和开发团队,借助山西天地煤机采掘装备国家工程实验室的试验和调试能力,如期实现既定目标。实施方案如下。2.2.1掘锚一体机电控系统国产化改造目前,矿上选用山特维克MB670掘锚一体机,经过多年实践,生产班工作人员已经充分熟悉该掘锚机的使用方法。目前存在以下问题:进口电气备件周期长、价格贵,一些电气部件已经停产;电控系统协议不对外开放,无法满足掘进工作面自动化、信息化发展要求;电控系统硬件已经固化,没有通信接口与远程设备文章编号:1 0 0 8-0 1 55(2 0 2 3)1
6、 0-0 1 0 6-0 52技术方案2.1总体思路在现有掘锚一体机电控系统自动化技术的基础上交互数据。为实现采掘智能化,需要对原装电控系统进行标准化改造。为了不影响整机的防爆特性,改造的电气控制箱用原来的防爆壳体,内部电气部件重新选型和设计,控制程序按功能要求编写。显示箱、急停按钮、照明灯、语音报警等外围电气件更换为与电气控制箱兼容的国产件。遥控系统重新配置3台遥控器。为实现掘锚一体机智能化和更多控制功能,需预留数字化通信接口。MB670掘锚机电控系统技术参数如表1、表2 所示。表1 掘进机技术参数型号MB670总功率(kW)546电源电压(V)1140电源频率(Hz)50表2 电机数量和主
7、要技术参数电机数量和截割电机水冷式,收集部、装载部和液压泵电机主要技术参数鼠笼电机额定功率(kW)270额定电压(V)1140额定电流(A)168额定功率因数(cos)0.86额定转速(r.p.m)1484起动扭矩/额定扭矩4367/1747(Nm)起动电流/额定电流(A)最大扭矩/额定扭矩(Nm)频率(Hz)额定频率(Hz)绝缘等级接线方式防爆的类型和标准防护等级冷却方式允许温升过热保护2.2.2掘锚一体机电控系统智能化改造融合现有的AI、物联网、大数据技术,丰富远程集控功能,提高远程集控可视化水平,实现掘锚一体机的自主决策和运行,实现掘进工作面全息感知与场景再现,能够对井下掘锚一体机进行远
8、程集中监控,达到人一机协同作业的目标,结合井下工作场景,主要研究以下关键技术:掘锚一体机自动截割a掘锚一体机具有截割轨迹记忆功能。实现截割滚筒沿系统设置的截割路径程序或示范记忆轨迹自动进行截割作业,同时记录截割实时轨迹。b智能掘进设备应具备自动截割功能。对常见的巷道断面形状,可以根据控制中心上位机输人的参数,结合截割滚筒精准定位自动计算特征点,控制截割滚筒作业运动曲线。根据位姿、工况数据,考虑煤层的硬度结合支护要求,设计合理的截割路线。自动截割应具有自动截割成形功能,控制掘锚一体机截割滚筒按照设定路径和步距自动完成断面截割 。c掘锚一体机定位截割。根据巷道实际条件,记忆截割路径和自动截割控制工
9、艺,具备实现巷道全断面1 m的定位截割,掘进巷道断面自动成形控制精度1 0 cm/20m。d实现物联感知的智慧截割。包括截割自适应匹配,截割速度匹配,截割升降、掏槽速度与截割电流、冲击压力的匹配。掘锚一体机坡度追踪掘锚一体机应具备坡度追踪功能,在集控平台实时显示坡度,满足坡度偏差不超过1%o的要求,具备工作面坡度检测和坡度追踪实时显示功能。各种坡度数据能被应用到自动截割功能中,可根据矿方设计巷道的坡度腰线实现自动截割。运输机电动机436114024.50.851445571/2381092/168147/24.54370/1747595/23850505050HH接线盒接线盒EexDiEexd
10、elIP55IP54水冷水冷155停机160停机定子绕组热敏电阻PTC电阻PT100传感器1321140820.8614842210/849516/823835/14755050F接线盒EeddIM2ATEXIP54水冷140停机PTC电阻操控模式要求智能化掘进设备应具有就地控制、遥控和远程控制等多种控制方式,同时应满足以下要求:a各控制方式相对独立,任何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。b控制方式应实现相互切换功能。实现遥控、井下远程控制、地面远程集控等控制方式下的远程集中控制、启动相互闭锁,并具备一键紧急停机功能。控制方式转换应由授权人员操作,控制状态
11、应在系统界面有明确显示。c控制方式间应具备启动闭锁功能。在任何时刻、任何情况下,启动指令只能一处完成。d在远程控制状态下,当通信发生故障时,智能掘进设备应立即停机;待工作人员现场复位后,可转换为就地控制方式运行。e视距无线遥控满足不小于50 m距离,且可靠遥控设备需要。f控制中心满足距现场不小于1 0 0 0 m距离能远程操作需要。g遥控器操作按钮布局必须方便司机操作,具有断电和通信中断保护功能。h掘进设备应具有自动控制开机、停机和启停自动割煤功能。根据授权,实现可人工干预的自动化掘进作业。i可按日期查询最近的截割历史轨迹。工况监测及故障诊断预警要求a掘进设备具备完善的传感器、执行器及控制器,
12、能实现单系统或单设备的远程自动控制、工况在线监107系统或单设备启停、姿态调整和自动运行等功能,还应实现可由用户维护的报表管理、信息查询、远程维护、测、故障诊断功能。b智能化掘锚一体机要求具备工作面粉尘、瓦斯、智能化监测功能,并具备监测环境数据分析功能,所有数据结果要在显示画面准确显示,并按照国家标准设定超限报警数值和警戒停机数值。实现掘、支、锚、运和除尘装置启停等工序的智能联动,根据瓦斯浓度调节截割牵引速度,根据粉尘浓度调节除尘装置喷雾量。c掘进设备应具备工况在线监测、故障诊断和报警功能,实现对工况状态下电压、电流、流量、油压、油温、油位等数据在线监测。监测到异常数据时,发出报警语音,自动停
13、止设备运行,并在人机界面实时显示报警信息。d通过位移传感器、压力传感器、温度传感器、甲烷传感器监测掘锚一体机工作参数,实现超工况运行检测,液压系统工作压力、油温油位、传动系统减速机油温保护等;冷却系统冷却水流量、压力(或压差)检测,与液压系统、电机温度匹配,避免液压系统温升过高、电机过热。控制平台及要求a硬件系统组成集控中心硬件系统组成如图1 所示:内部集成3台控制主机、6 台2 1 寸宽屏显示箱、嵌人式操作面板、键鼠一体式不锈钢键盘、音箱、麦克风、照明灯、摄像仪和急停按钮等。集控中心顶部和后部防水设计,整体布局科学,采用高强度喷塑金属外壳、拼接式框架结构、导轨式有机玻璃门窗等。将操作台、防爆
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