史莉紅

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽泉045000）

隨著煤炭工業(yè)信息化與工業(yè)化融合的加快，機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與煤礦裝備的結(jié)合使得煤礦生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化具備了可行條件。陽煤集團(tuán)從1982年引進(jìn)德國(guó)采煤機(jī)、波蘭生產(chǎn)溜、英國(guó)綜采支架實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化采煤以來，歷經(jīng)30多年一直沿用機(jī)械化采煤，直至現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外都在由機(jī)械化采煤向自動(dòng)化采煤的轉(zhuǎn)型升級(jí)。陽煤集團(tuán)急需實(shí)現(xiàn)綜采自動(dòng)化采煤來改變以前機(jī)械化采煤工作面人員多、環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全保障低，極大限制了設(shè)備效能和煤炭產(chǎn)能，因此，需要依靠科技創(chuàng)新提高綜采設(shè)備自動(dòng)化裝備水平，實(shí)現(xiàn)工作面“人少則安，無人則安”安全理念，真正達(dá)到減人提效的目的，積極提升企業(yè)形象，建立數(shù)字化礦井迫在眉睫。新元公司310205工作面全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、特別是對(duì)采煤機(jī)通過配置相關(guān)控制模塊與傳感系統(tǒng)，結(jié)合順槽監(jiān)控箱，通過動(dòng)力線載波通訊方式，將采煤機(jī)數(shù)據(jù)傳輸至放置于設(shè)備列車上的順槽監(jiān)控箱，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自動(dòng)化控制功能，真正意義上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作面安全生產(chǎn)、高產(chǎn)高效、減人提效的目標(biāo)。

1 采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制和記憶截割功能的系統(tǒng)組成

采煤機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)由采高傳感器、行走位置傳感器、機(jī)身姿態(tài)傳感器、中壓耦合器、載波模塊及順槽監(jiān)控箱組成（見圖1）；中壓耦合器與載波模塊安裝于采煤機(jī)上，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)數(shù)據(jù)及控制信息與順槽監(jiān)控箱的雙向傳輸（見圖2）；順槽監(jiān)控箱由防爆箱、工控機(jī)、載波模塊、耦合模塊、PLC組件、電源組件、顯示模塊、鍵盤模塊等組成實(shí)現(xiàn)通訊（見圖3）；順槽監(jiān)控箱與天瑪公司接口：RS485、MODBUS RTU協(xié)議。

圖1 順槽監(jiān)控系統(tǒng)

圖2 采煤機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)與第三方集中控制器連接

2 采煤機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制功能

1）實(shí)現(xiàn)在順槽位置對(duì)采煤機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)視，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：左截割電機(jī)電流、右截割電機(jī)電流、左截割電機(jī)溫度、右截割電機(jī)溫度、左牽引電流、右牽引電流、牽引速度、行走方向、報(bào)警信息等。

2）通過順槽監(jiān)控箱對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行基本的控制操作包括：截割電機(jī)送電／斷電、牽停、向左、向右、加速、減速、左升、左降、右升、右降等。

3 采煤機(jī)的記憶截割功能

圖3 載波通訊原理

采煤機(jī)記憶截割的原理：司機(jī)操縱采煤機(jī)沿工作面煤層先割一刀，將采煤機(jī)的位置、牽引方向、牽引速度、左截割搖臂位置、右截割搖臂位置、采煤機(jī)橫向傾角、采煤機(jī)縱向傾角等參數(shù)存入計(jì)算機(jī)，以后的截割行程由計(jì)算機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器記憶的參數(shù)自動(dòng)調(diào)高。如煤層條件發(fā)生變化，通過多種傳感器檢測(cè)和采集信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后得到煤巖界面信息，采煤機(jī)根據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)調(diào)高，同時(shí)自動(dòng)記憶調(diào)整過的參數(shù)，作為一下刀調(diào)高的依據(jù)。

記憶截割及遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵問題是采煤機(jī)采高、行走位置的精確檢測(cè)及機(jī)身姿態(tài)檢測(cè)。

1）該系統(tǒng)采用高精度搖臂傾角傳感器測(cè)量搖臂轉(zhuǎn)角，進(jìn)而精確測(cè)量出滾筒的采高。

2）采用高精度位置傳感器測(cè)量牽引二軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，進(jìn)而精確測(cè)量出行走位置。

3）由于機(jī)組生產(chǎn)時(shí)振動(dòng)很大，該系統(tǒng)使用陀螺儀以修正振動(dòng)產(chǎn)生的傾角測(cè)量誤差，測(cè)量機(jī)身的姿態(tài)包括機(jī)身傾角、仰俯角。

4 采煤機(jī)工作模式

4.1 人工操作模式

傳統(tǒng)的人工操作狀態(tài)，司機(jī)操作采煤機(jī)所有指令，包括：牽啟、牽停、向左、向右、加速、減速、左升、左降、右升、右降、截啟、截停。

4.2 自學(xué)習(xí)模式

在此模式，采煤機(jī)可以正常割煤，司機(jī)隨時(shí)根據(jù)生產(chǎn)要求操作采煤機(jī)；采煤機(jī)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)左右搖臂的采高、牽引位置等信息。

4.3 自動(dòng)截割模式

（1）在線學(xué)習(xí)模式。左右搖臂根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整采高，人工可以干預(yù)行走方向、牽引速度、左右搖臂的升降；當(dāng)人工干預(yù)左右搖臂的升降時(shí)，當(dāng)前的左右采高等信息將自動(dòng)覆蓋之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

（2）非在線學(xué)習(xí)模式。左右搖臂根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整采高，人工可以干預(yù)行走方向、牽引速度、左右搖臂的升降。

（3）傳感器配置模式。左右搖臂采高及牽引位置傳感器的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。

5 結(jié)語

經(jīng)過二個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)了在順槽控制采煤機(jī)啟停、方向、速度、采高的控制功能，并實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)的記憶截割功能，工人只需要在開始進(jìn)行一次學(xué)習(xí)模式，采煤機(jī)自動(dòng)將整個(gè)牽引過程中的搖臂高度、機(jī)身傾角、行走軌跡全部記憶，存儲(chǔ)至相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，供下一循環(huán)中在自動(dòng)模式下自動(dòng)調(diào)節(jié)搖臂高度，操作工人無需操作，如地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，人工可以干預(yù)行走方向、牽引速度、左右搖臂的升降；當(dāng)人工干預(yù)左右搖臂的升降時(shí)，當(dāng)前的左右采高等信息將自動(dòng)覆蓋之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。此采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)了的功能真正意義上向集團(tuán)公司“少人則安，無人則安”的安全理念又前進(jìn)了一步。

〔1〕郝迎吉，劉高峰，孫軍亮.采煤機(jī)記憶截割控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)〔J〕.礦山機(jī)械，2008（23）：6－9.

〔2〕譚得健.綜采工作面自動(dòng)化現(xiàn)狀及中國(guó)21世紀(jì)發(fā)展展望〔J〕.煤礦自動(dòng)化，1999（增刊）.

〔3〕張守祥，李首濱，黃曾華，等.綜采工作面生產(chǎn)自動(dòng)化控制的探討煤〔J〕.煤礦機(jī)電，2005（3）.