EBZ160 型矿用掘进机远程线控制系统的应用研究

2021-02-26李鹏

煤炭与化工 2021年1期

李鹏

（山西天地王坡煤业有限公司，山西晋城 048021）

1 概况

矿用掘进机是煤矿开采中的关键设备，但井下开采环境恶劣，存在粉尘聚集、瓦斯浓度过高、巷道光线较暗、工作气温较高等问题，掘进机在作业时容易出现无法正常掘进、设备振动、停机等异常事故。王坡煤业掘进机的整体自动化水平较低，当掘进机出现异常事故时，无法进行远程控制及停机操作。为此，以该矿EBZ160 型掘进机为分析对象，开展了远程控制系统的总体设计及关键系统研究。

2 现有掘进机控制系统状态分析

王坡煤业EBZ160 型掘进机虽然实现了自身的控制系统操作，但在实际使用中仍存在较多问题，且整体的自动化程度相对较低。

（1）控制系统仅实现了对掘进机异常情况紧急停机操作及电机温度过高的故障报警，而且这些操作主要集中在设备主体上，无法对掘进机的远程控制。

（2）掘进机中信号传输结构相对单一，接口数量较少，对其进行系统升级改进时，无法实现系统功能的扩展，具有一定的局限性。

（3）掘进机仅实现了自身设备上的部分控制操作，未设计远程控制监控中心及平台，出现异常现象后的相关信息无法实时传输显示，操作人员无法第一时间采取相关应急措施。

（4）控制系统中电压、温度等检测仪器功能较为单一，精度较低，在运行过程中容易出现信息误报或延迟现象。

（5）控制系统未设计过压保护、过流保护、设备运行监控等功能，无法实现对掘进机设备的全方面安全保护。

3 控制系统总体方案设计

设计的远程控制包括电控系统、执行系统、传感检测、视频监视系统等，整套远程控制系统的结构如图1 所示。

图1 掘进机远程控制系统结构框架Fig.1 Structural framework of remote control system of roadheader

传感检测部分主要负责对掘进机中的油泵电流、电压、升降油缸位移、伸缩油缸位移、激光测距离、伸缩油缸位移等方面进行检测，通过传感器中的RS485 接口将检测信号传输至电控系统。电控系统主要由PLC、上机位等组成，PLC 采用西门子S7-300 系列，负责A/D 信号转换、数据分析、运算、判断及执行命令发送等，分析处理后的控制命令通过控制开关量传输至比例电磁阀中，实现对电机正反转的控制；各类状态参数则直接传输至上机位中，经过RS485 通讯接口传输后在显示器中进行实时显示。显示器中设计了电源、油泵启停、电机正反转、紧急制动等相关控制按钮，能对掘进机的作业状态进行远程操作控制。在掘进机机身上设计了视频监控器，包括4 个摄像头、单芯光端机、硬盘录像机等配件，实时采集掘进机的工作状态，并在显示器中实时显示。

4 控制系统关键部件设计

4.1 电气控制箱的改造设计

电气控制箱是整个控制系统的关键部分，采用PLC 控制系统，匹配相关的检测仪器，能对掘进机电流、电压、井下瓦斯浓度等进行实时检测，并通过设计的TD210 型液晶显示器进行显示。控制箱中的相关信号通过PLC-M1 将信号传递至远程操作台中，实现对掘进机中油泵电机、转载电机、截割电机等设备的远程控制。改造后的电气控制箱原理如图2 所示。

图2 改造后电气控制箱原理Fig.2 Principle of electrical control box after modification

4.2 直线传感器选型设计

采用KS20 型直线传感器，测量行程0～650 mm，输出信号5～20 mA，行程测量精度0.01%，工作电压DC24V，采用四线制进行信号输出，内部的转换电路采用外置带隔离设计，具有较高的运行稳定性及较高的检测精度。KS20 型直线传感器如图3 所示。

图3 KS20 型直线传感器Fig.3 KS20 linear sensor

4.3 远程操作台的设计

远程操作台安装在监控中心，包括显示器、操作面板、PLC-M1 控制组件等。PLC-M1 控制组件设计了 1 个 EM221 的 DI 输入模块和 1 台CPU224XP，能实时接收操作面板上发出的控制信号。操作面板设计了电源、复位、急停、油泵启停、转载启动、截割停止等功能按钮，人员可通过操作面板上的按钮，实现对掘进机作业状态的操作控制。操作台的按钮面板如图4 所示。

5 结语

将该系统集成到EBZ160 型掘进机中，在王坡煤业进行了现场应用测试，电气控制箱采用凸轮机构对箱体进行隔爆密封。通过测试得出，该远程控制系统信号采集、信号显示、设备作业状态显示、设备异常故障报警及设备运行状态监控等方面的功能运行良好，显示界面清晰度高，掘进机运行参数采集精度高。与现有控制系统相比，人员只需在监控中心即可实现对掘进机设备的远程监测与操作控制，降低了劳动强度，提高设备作业效率及井下作业安全。