三元古韩荆宝煤业液压支架远程监控系统的应用研究

2019-07-15陈如君

山东煤炭科技 2019年6期

陈如君

（山西煤炭运销集团三元古韩荆宝煤业有限公司，山西襄垣 046200）

由于我国煤矿井下综采作业自动化程度较低，需要大量的煤矿工人进行现场巡查、控制、手动作业，效率低下，安全程度低，因此提升煤矿井下自动化、智能化水平，提高井下作业安全是各煤炭生产企业的急切需求[1]。而实现井下综采作业自动化的基础是对煤矿井下的综采设备进行有效的远程监测和控制，并实现设备的自动诊断。因此，本文根据三元古韩荆宝煤业所使用的ZF5200型液压支架的结构特性，提出了液压支架的远程监控系统，极大地提升了其工作的自动化和智能化程度。

1 液压支架远程监控系统结构

本文以山西煤炭运销集团三元古韩荆宝煤业综采工作面内液压支护系统的自动化监测、控制为研究对象，在综采工作面每台液压支架上设置一组支架控制模块及隔爆摄像机系统。

根据ZF5200型液压支架的结构特性，同时考虑煤矿井下恶劣的工作条件，本文将液压支架远程监控系统分为地面控制监控中心和井下本地控制单元两个部分。其分层逻辑控制结构如图1所示，其中包括了井下巷道内的本地控制层、顺槽远程监控层以及地面上的地面监控中心。

在该控制系统中，地面监控中心是整个系统的操作终端，通过顺槽远程监控中心与井下综采面上的本地控制层上的各液压支架进行连接，实现远程对各液压支架工作状态和故障信息的不间断监测和控制。

2 本地控制层控制原理

本地控制层是该液压支架远程控制系统的核心，其主要作用是对各液压支架的工作状态和位置等进行精确监测，同时执行操作人员下达的各种姿态调整指令。本地控制层的核心是设置在各液压支架上的支架控制器，如操作界面、各类传感器、无线通讯网络及监控摄像机等。为了实现对液压支架工作状态结构的精确判断，采用了推溜模糊控制系统[2]。在工作时系统接收到各类指令后，通过先导阀将指令信号转换为控制信号，然后通过液压支架液压系的控制系统将信号放大并控制液压执行油缸的动作，实现对液压支架姿态的调整。液压支架在运动过程中可通过设置在支架上的各类压力、行程传感器对其姿态进行判断，确定姿态调整是否到位，是否满足调整控制要求。本地控制层的结构如图2所示。

图1 液压支架远程监控系统结构

图2 本地控制层结构示意图

该本地控制层中，采用了基于Mesh的无线交换网络[3]的矿用摄像机对综采工作面的工作状态和液压支架的工作状态进行实时监测，同时可将监测的视频信号通过顺槽远程监测系统传输到地面控制中心，便于控制人员在地面实现对井下各液压支架工作状态的实时监控。

由于实际工作中采煤机会随着综采作业的进行而不断沿巷道进行推进，导致液压支架必须不断地移动位置，而在传输中各监控单元的数据信息传输主要是以天线对天线的形式进行，以确保其数据传输的稳定性，当其移动时就容易导致液压支架阻挡数据传输信号，导致系统信息传输中断，无法对液压支架的工作状态进行监控和调整。因此为了避免该现象的发展，在设置Mesh交换机时，将其安装在靠近煤壁的位置，使交换机和支架顶梁的间隔保持在约400mm，从而有效避免液压支架移动过程中对无线信号传输的干扰。其网络布局结构如图3所示。

图3 综采面Mesh无线通讯网络布局示意图

3 液压支架监控系统通讯网络结构

煤矿井下工作环境恶劣，各种干扰源较多，对该液压支架远程监控系统的数据通信造成了较大的干扰。为了确保监控系统数据传输的稳定性、精确性和可靠性，本文采用了双CAN总线通讯[4]网络来构建整个监测控制系统的数据通信单元。其网络通讯结构如图4所示。其中利用一根CAN总线将各本地控制层的监控数据信息传递到地面监控中心，实现对各液压支架工作状态的实时监测；另一根CAN总线专门用于传递地面控制中心工作人员对液压支架的各种控制指令，从而确保了监测和控制数据传输的精确性。