掘进机无线远程可视控制系统的研究

谷晓黎++翟海波++高帆

摘 要：为使井下工作人员远离掘进机工作面，改善工作环境，提高安全系数，减轻劳动强度，需开发出一套掘进机远程可视控制系统，该系统是利用无线摄像仪和远程遥控系统实现井下掘进机无线远程控制，并可将井下的音视频和设备状态运行情况实时上传至地面调度室，有效地解决了煤矿安全生产等相关问题。让操作掘进机变得更智能、更轻松、更安全。

关键词：掘进机 无线 远程可视 遥控

中图分类号：TD632.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0006-02

我国是煤炭资源及开采大国，随着煤矿机械化、自动化水平的提升，悬臂式掘进机在煤矿领域已经广泛应用。井下掘进机工作面因其环境恶劣、地质复杂，且井下工人又需要在近工作面处进行开采作业，存在极大安全隐患。近些年这些隐患尤为凸显。重者，很多煤矿出现瓦斯突出、冒顶等事故，造成人员伤亡；轻者，掘进时产生的大量粉尘被工人吸入，造成尘肺职业病，已严重危及井下工作人员的人身安全和身体健康。

为避免或降低工作面现场人员工作时的危险程度，减轻其劳动强度，在工作面的恶劣环境中，研制出一套具备掘进机视频图像和状态信息远传监视及远程操控功能的可视化控制系统，使井下工作人员能够在距掘进机100 m范围内实现对设备的监控。

1 方案选择

方案一：远程视频信息、掘进机运行状态信息传输及远程控制功能全部由有线方式实现。

优点：运行带宽大，数据传输量大。

缺点：掘进机工作时拖动大量线缆且易损坏，维护性差。

方案二：视频信息和掘进机运行状态信息通过有线形式传输，远程控制利用无线遥控实现。

优点：线缆数量有所减少，运行带宽大，数据传输量大。

缺点：掘进机工作时拖动大量线缆且易损坏，维护性差。

方案三：视频信息、掘进机运行状态信息及遠程控制功能全部由无线方式实现。

优点：无需拖动大量线缆，可扩展性强、易维护。

缺点：传输带宽有限，传输数据量有限。

结合煤矿综掘工作面环境及掘进机工作状态特点，有线方式线缆易被破坏，从而无法实现有效的远程监控。通过试验测试，工作面视频信息和掘进机运行数据量完全可以使用无线网络承载，所以选择方案三作为最佳方案，进而实现更加简便的掘进机远程监控。

2 关键部件组成

（1）本质安全型无线摄像仪（见图1）。

①本安无线摄像仪专为煤矿掘进机视频监控设计。

②集红外灯、摄像机、扩音器及麦克风功能于一体。

③能够实现视频实时采集、无线监听和广播功能。

④采用强光抑制、超宽动态及超低照度音视频技术。

⑤图像采集清晰度达600 TVL，图像采集最低照度

图1本质安全型无线摄像仪达0.0014 lux（星光夜视级） 。

⑥纳米玻璃镜片，解决镜头吸尘问题。

（2）隔爆兼本安型监控分站（见图2）。

①隔爆兼本安型监控分站专为高速无线传输音视频信号设计。

②可实现井下煤巷200 m的音视频无线传输。

③传输速率：10/100 Mbps自适应（WIFI技术）。

④可将本安无线摄像仪采集的音视频数据传输至远程操作台。

⑤通过CAN总线采集掘进机工作状态数据传输至远程操作台。

⑥可接入4路本安摄像仪。

（3）远程操作站（见图3）。

①通过遥控器和显示屏视屏图像自由操控掘进机。

②监控软件实时显示掘进机状态数据。

③配备15寸高亮显示器，4分屏显示，可任意切换全屏显示。

④具备远程视听和广播功能。

⑤键盘采用推拉式设计，推放自如，便于控制。

3 系统布置情况

整个系统由4台摄像仪组成，每个摄像仪附近安装一台辅助光源，有助于影像的清晰。前部两个摄像仪监视掘进机截割部的工作状态，由于操作人员根据工况进行开采，后部摄像仪主要是监视后配套以及倒车使用，最后一台摄像仪安装在掘进机尾部上方，安装在锚杆上，监视掘进机的整体状态，监控站安装在掘进机中部便于信号的收集，尾部电控箱上面安装天线，与远程操作台进行无线通讯，把音视频图像及掘进机运行状态传输至远程操作台。远程操作系统通过遥控发射器发出信号，遥控接收器接收到无线控制信号后，通过总线的方式送至控制器，实现掘进机全部控制和生产作业。（见图4）

4 数据上传

视频采集系统通过无线方式将视频信号送至远程服务器，服务器对视频信息进行解码和处理，并将图像显示到显示屏上，实现画面的显示和自由切换。通过掘进机上各种传感器采集工作状况，传感器信号传入控制器，控制器通过无线方式将信息送至远端服务器，服务器对数据处理后呈现在人机界面上，并将信息传输至地面调度室。实现在井上监控井下画面和运行参数，极大提升了工作效率。

5 结语

该研究项目已经成功地在煤矿井下实现了掘进机的远程无线音视频和设备状态参数传输监视，并可使用遥控在100 m外实现无线操控。将相关音视频和参数传输至井上调度中心，极大地推动了矿井的智能化、少人化，提高了煤矿生产的安全水平。

参考文献

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