李鵬

（山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048021）

1 概 況

礦用掘進(jìn)機(jī)是煤礦開采中的關(guān)鍵設(shè)備，但井下開采環(huán)境惡劣，存在粉塵聚集、瓦斯?jié)舛冗^高、巷道光線較暗、工作氣溫較高等問題，掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)時容易出現(xiàn)無法正常掘進(jìn)、設(shè)備振動、停機(jī)等異常事故。王坡煤業(yè)掘進(jìn)機(jī)的整體自動化水平較低，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)出現(xiàn)異常事故時，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及停機(jī)操作。為此，以該礦EBZ160 型掘進(jìn)機(jī)為分析對象，開展了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的總體設(shè)計及關(guān)鍵系統(tǒng)研究。

2 現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)狀態(tài)分析

王坡煤業(yè)EBZ160 型掘進(jìn)機(jī)雖然實現(xiàn)了自身的控制系統(tǒng)操作，但在實際使用中仍存在較多問題，且整體的自動化程度相對較低。

（1） 控制系統(tǒng)僅實現(xiàn)了對掘進(jìn)機(jī)異常情況緊急停機(jī)操作及電機(jī)溫度過高的故障報警，而且這些操作主要集中在設(shè)備主體上，無法對掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

（2） 掘進(jìn)機(jī)中信號傳輸結(jié)構(gòu)相對單一，接口數(shù)量較少，對其進(jìn)行系統(tǒng)升級改進(jìn)時，無法實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，具有一定的局限性。

（3） 掘進(jìn)機(jī)僅實現(xiàn)了自身設(shè)備上的部分控制操作，未設(shè)計遠(yuǎn)程控制監(jiān)控中心及平臺，出現(xiàn)異?，F(xiàn)象后的相關(guān)信息無法實時傳輸顯示，操作人員無法第一時間采取相關(guān)應(yīng)急措施。

（4） 控制系統(tǒng)中電壓、溫度等檢測儀器功能較為單一，精度較低，在運行過程中容易出現(xiàn)信息誤報或延遲現(xiàn)象。

（5） 控制系統(tǒng)未設(shè)計過壓保護(hù)、過流保護(hù)、設(shè)備運行監(jiān)控等功能，無法實現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)設(shè)備的全方面安全保護(hù)。

3 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

設(shè)計的遠(yuǎn)程控制包括電控系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳感檢測、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等，整套遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架Fig.1 Structural framework of remote control system of roadheader

傳感檢測部分主要負(fù)責(zé)對掘進(jìn)機(jī)中的油泵電流、電壓、升降油缸位移、伸縮油缸位移、激光測距離、伸縮油缸位移等方面進(jìn)行檢測，通過傳感器中的RS485 接口將檢測信號傳輸至電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)主要由PLC、上機(jī)位等組成，PLC 采用西門子S7-300 系列，負(fù)責(zé)A/D 信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析、運算、判斷及執(zhí)行命令發(fā)送等，分析處理后的控制命令通過控制開關(guān)量傳輸至比例電磁閥中，實現(xiàn)對電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制；各類狀態(tài)參數(shù)則直接傳輸至上機(jī)位中，經(jīng)過RS485 通訊接口傳輸后在顯示器中進(jìn)行實時顯示。顯示器中設(shè)計了電源、油泵啟停、電機(jī)正反轉(zhuǎn)、緊急制動等相關(guān)控制按鈕，能對掘進(jìn)機(jī)的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制。在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上設(shè)計了視頻監(jiān)控器，包括4 個攝像頭、單芯光端機(jī)、硬盤錄像機(jī)等配件，實時采集掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)，并在顯示器中實時顯示。

4 控制系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計

4.1 電氣控制箱的改造設(shè)計

電氣控制箱是整個控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，采用PLC 控制系統(tǒng)，匹配相關(guān)的檢測儀器，能對掘進(jìn)機(jī)電流、電壓、井下瓦斯?jié)舛鹊冗M(jìn)行實時檢測，并通過設(shè)計的TD210 型液晶顯示器進(jìn)行顯示?？刂葡渲械南嚓P(guān)信號通過PLC-M1 將信號傳遞至遠(yuǎn)程操作臺中，實現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)中油泵電機(jī)、轉(zhuǎn)載電機(jī)、截割電機(jī)等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。改造后的電氣控制箱原理如圖2 所示。

圖2 改造后電氣控制箱原理Fig.2 Principle of electrical control box after modification

4.2 直線傳感器選型設(shè)計

采用KS20 型直線傳感器，測量行程0～650 mm，輸出信號5～20 mA，行程測量精度0.01%，工作電壓DC24V，采用四線制進(jìn)行信號輸出，內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路采用外置帶隔離設(shè)計，具有較高的運行穩(wěn)定性及較高的檢測精度。KS20 型直線傳感器如圖3 所示。

圖3 KS20 型直線傳感器Fig.3 KS20 linear sensor

4.3 遠(yuǎn)程操作臺的設(shè)計

遠(yuǎn)程操作臺安裝在監(jiān)控中心，包括顯示器、操作面板、PLC-M1 控制組件等。PLC-M1 控制組件設(shè)計了 1 個 EM221 的 DI 輸入模塊和 1 臺CPU224XP，能實時接收操作面板上發(fā)出的控制信號。操作面板設(shè)計了電源、復(fù)位、急停、油泵啟停、轉(zhuǎn)載啟動、截割停止等功能按鈕，人員可通過操作面板上的按鈕，實現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)作業(yè)狀態(tài)的操作控制。操作臺的按鈕面板如圖4 所示。

5 結(jié) 語

將該系統(tǒng)集成到EBZ160 型掘進(jìn)機(jī)中，在王坡煤業(yè)進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試，電氣控制箱采用凸輪機(jī)構(gòu)對箱體進(jìn)行隔爆密封。通過測試得出，該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)信號采集、信號顯示、設(shè)備作業(yè)狀態(tài)顯示、設(shè)備異常故障報警及設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控等方面的功能運行良好，顯示界面清晰度高，掘進(jìn)機(jī)運行參數(shù)采集精度高。與現(xiàn)有控制系統(tǒng)相比，人員只需在監(jiān)控中心即可實現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測與操作控制，降低了勞動強(qiáng)度，提高設(shè)備作業(yè)效率及井下作業(yè)安全。

圖4 遠(yuǎn)程操作臺按鈕面板Fig.4 Remote console button panel