掘進(jìn)機(jī)無線遠(yuǎn)程可視控制系統(tǒng)的研究

谷曉黎++翟海波++高帆

摘 要：為使井下工作人員遠(yuǎn)離掘進(jìn)機(jī)工作面，改善工作環(huán)境，提高安全系數(shù)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，需開發(fā)出一套掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程可視控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用無線攝像儀和遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)井下掘進(jìn)機(jī)無線遠(yuǎn)程控制，并可將井下的音視頻和設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行情況實(shí)時(shí)上傳至地面調(diào)度室，有效地解決了煤礦安全生產(chǎn)等相關(guān)問題。讓操作掘進(jìn)機(jī)變得更智能、更輕松、更安全。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī) 無線 遠(yuǎn)程可視 遙控

中圖分類號(hào)：TD632.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0006-02

我國(guó)是煤炭資源及開采大國(guó)，隨著煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化水平的提升，懸臂式掘進(jìn)機(jī)在煤礦領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用。井下掘進(jìn)機(jī)工作面因其環(huán)境惡劣、地質(zhì)復(fù)雜，且井下工人又需要在近工作面處進(jìn)行開采作業(yè)，存在極大安全隱患。近些年這些隱患尤為凸顯。重者，很多煤礦出現(xiàn)瓦斯突出、冒頂?shù)仁鹿?，造成人員傷亡；輕者，掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵被工人吸入，造成塵肺職業(yè)病，已嚴(yán)重危及井下工作人員的人身安全和身體健康。

為避免或降低工作面現(xiàn)場(chǎng)人員工作時(shí)的危險(xiǎn)程度，減輕其勞動(dòng)強(qiáng)度，在工作面的惡劣環(huán)境中，研制出一套具備掘進(jìn)機(jī)視頻圖像和狀態(tài)信息遠(yuǎn)傳監(jiān)視及遠(yuǎn)程操控功能的可視化控制系統(tǒng)，使井下工作人員能夠在距掘進(jìn)機(jī)100 m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控。

1 方案選擇

方案一：遠(yuǎn)程視頻信息、掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息傳輸及遠(yuǎn)程控制功能全部由有線方式實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行帶寬大，數(shù)據(jù)傳輸量大。

缺點(diǎn)：掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)拖動(dòng)大量線纜且易損壞，維護(hù)性差。

方案二：視頻信息和掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息通過有線形式傳輸，遠(yuǎn)程控制利用無線遙控實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)點(diǎn)：線纜數(shù)量有所減少，運(yùn)行帶寬大，數(shù)據(jù)傳輸量大。

缺點(diǎn)：掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)拖動(dòng)大量線纜且易損壞，維護(hù)性差。

方案三：視頻信息、掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息及遠(yuǎn)程控制功能全部由無線方式實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)點(diǎn)：無需拖動(dòng)大量線纜，可擴(kuò)展性強(qiáng)、易維護(hù)。

缺點(diǎn)：傳輸帶寬有限，傳輸數(shù)據(jù)量有限。

結(jié)合煤礦綜掘工作面環(huán)境及掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)特點(diǎn)，有線方式線纜易被破壞，從而無法實(shí)現(xiàn)有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過試驗(yàn)測(cè)試，工作面視頻信息和掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)量完全可以使用無線網(wǎng)絡(luò)承載，所以選擇方案三作為最佳方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)便的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 關(guān)鍵部件組成

（1）本質(zhì)安全型無線攝像儀（見圖1）。

①本安無線攝像儀專為煤礦掘進(jìn)機(jī)視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)。

②集紅外燈、攝像機(jī)、擴(kuò)音器及麥克風(fēng)功能于一體。

③能夠?qū)崿F(xiàn)視頻實(shí)時(shí)采集、無線監(jiān)聽和廣播功能。

④采用強(qiáng)光抑制、超寬動(dòng)態(tài)及超低照度音視頻技術(shù)。

⑤圖像采集清晰度達(dá)600 TVL，圖像采集最低照度

圖1本質(zhì)安全型無線攝像儀達(dá)0.0014 lux（星光夜視級(jí)） 。

⑥納米玻璃鏡片，解決鏡頭吸塵問題。

（2）隔爆兼本安型監(jiān)控分站（見圖2）。

①隔爆兼本安型監(jiān)控分站專為高速無線傳輸音視頻信號(hào)設(shè)計(jì)。

②可實(shí)現(xiàn)井下煤巷200 m的音視頻無線傳輸。

③傳輸速率：10/100 Mbps自適應(yīng)（WIFI技術(shù)）。

④可將本安無線攝像儀采集的音視頻數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程操作臺(tái)。

⑤通過CAN總線采集掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程操作臺(tái)。

⑥可接入4路本安攝像儀。

（3）遠(yuǎn)程操作站（見圖3）。

①通過遙控器和顯示屏視屏圖像自由操控掘進(jìn)機(jī)。

②監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)顯示掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)。

③配備15寸高亮顯示器，4分屏顯示，可任意切換全屏顯示。

④具備遠(yuǎn)程視聽和廣播功能。

⑤鍵盤采用推拉式設(shè)計(jì)，推放自如，便于控制。

3 系統(tǒng)布置情況

整個(gè)系統(tǒng)由4臺(tái)攝像儀組成，每個(gè)攝像儀附近安裝一臺(tái)輔助光源，有助于影像的清晰。前部?jī)蓚€(gè)攝像儀監(jiān)視掘進(jìn)機(jī)截割部的工作狀態(tài)，由于操作人員根據(jù)工況進(jìn)行開采，后部攝像儀主要是監(jiān)視后配套以及倒車使用，最后一臺(tái)攝像儀安裝在掘進(jìn)機(jī)尾部上方，安裝在錨桿上，監(jiān)視掘進(jìn)機(jī)的整體狀態(tài)，監(jiān)控站安裝在掘進(jìn)機(jī)中部便于信號(hào)的收集，尾部電控箱上面安裝天線，與遠(yuǎn)程操作臺(tái)進(jìn)行無線通訊，把音視頻圖像及掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)傳輸至遠(yuǎn)程操作臺(tái)。遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)通過遙控發(fā)射器發(fā)出信號(hào)，遙控接收器接收到無線控制信號(hào)后，通過總線的方式送至控制器，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)全部控制和生產(chǎn)作業(yè)。（見圖4）

4 數(shù)據(jù)上傳

視頻采集系統(tǒng)通過無線方式將視頻信號(hào)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)視頻信息進(jìn)行解碼和處理，并將圖像顯示到顯示屏上，實(shí)現(xiàn)畫面的顯示和自由切換。通過掘進(jìn)機(jī)上各種傳感器采集工作狀況，傳感器信號(hào)傳入控制器，控制器通過無線方式將信息送至遠(yuǎn)端服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)處理后呈現(xiàn)在人機(jī)界面上，并將信息傳輸至地面調(diào)度室。實(shí)現(xiàn)在井上監(jiān)控井下畫面和運(yùn)行參數(shù)，極大提升了工作效率。

5 結(jié)語

該研究項(xiàng)目已經(jīng)成功地在煤礦井下實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程無線音視頻和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)傳輸監(jiān)視，并可使用遙控在100 m外實(shí)現(xiàn)無線操控。將相關(guān)音視頻和參數(shù)傳輸至井上調(diào)度中心，極大地推動(dòng)了礦井的智能化、少人化，提高了煤礦生產(chǎn)的安全水平。

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