综掘机远程控制技术研究

摘要：对现有EBZ-160/200综掘机进行改造增加远程操控使用系统。利用全方位的先进传感探测技术，从而实现掘进机在井下自动定位导航，掘进机运行轨迹上传，实现数字化矿山提供精准数据。把操作工位撤离到远离危险的安全区域，有利于防范人身事故，有利于提高生产效率。

根据国家安全监督管理局、国家煤矿安监局印发的《煤矿安全生产“十三五”规划》要求：实现煤矿机械化信息化升级改造，加快煤矿机械化改造，鼓励无人值守和远程控制的总体要求，张双楼煤矿2020年全面推广使用综掘机远程控制系统。对现有EBZ-160/200综掘机进行改造增加远程操控使用系统。

1 掘进机改造技术方案

掘进机远程控制系统，可编程控制器和视频采集系统与无线收发装置交互连接，无线收发装置与远程监控系统交互连接，无线遥控装置与遥控发射器连接，遥控发射器与遥控接收器无线连接，遥控接收器与可编程控制器连接，数据协议解析软件和视频驱动设备，数据协议解析软件将视频图像采集系统的图像信息和可编程控制器采集的数据信息转换为监控软件要求的格式，把图像信息和数据信息集成在一体的远程控制软件，完成可视化远程监控系统的监视和控制功能，可以实现远程无线采掘控制，避免人员在恶劣环境下工作的同时，提高井下采掘的工作效率.改善井下工人工作環境和工作条件。

2总体方案结构图

本改进方案通过更换掘进机上原有的手动液压系统，升级为可以手动、电动两用的液压系统，为掘进机的远程操作和自动控制的实现提供了方便。

3具体实施方案

3.1电液控制系统

液压控制系统包含控制箱、电动液压阀。控制箱内部设置一套完整的液压控制系统和一套电气控制系统，该液压控制系统独立于掘进机有两种控制模式（远程电控/本地电控）通过远程电控实现异地操控，本地电控用于自检调试。将控制箱安装在EBZ系列掘进机的驾驶员座位下边的空间内。同时将控制箱内的开关量控制信号对应接入原掘进机控制电路，实现两地同步控制通过切换按键实现掘进机原本机操控/无线遥控/远程电控三种模式的操控，三种操纵模式互不干扰。

3.2视频监控系统

为了能在远程控制时清晰地监控到掘进工作面及掘进机的整体状况，系统设置若干台摄像机。其中在掘进机前端设置 1 台专业透尘摄像机（1#）和1台高清摄像机（2#），用于在粉尘水雾环境下观测掘进机切割头及掘进工作面的状态。在掘进机本体部分前端两侧（回转台下方）各设置一个高清摄像机（3#，4#），用于全方位观察铲板及铲板上两个星轮的运作情况。在掘进机本体上方设置一个高清摄像机（5#），用于全方位观察刮板机的运作情况。在掘进机尾部两侧各设一个高清摄像机（6#，7#），用于全方位观察掘进机两侧周边的状况，以便倒车时确认掘进机和巷道壁两侧的距离，及掘进机和运输皮带机之间的距离。在桥式皮带尾部设置一个高清摄像机（8#），用于观察两侧周边的状况，以便倒车时确认桥式皮带和运输皮带机之间的距离。

3.3数据采集系统

为了能够远程操作时了解掘进机压力参数，在多路阀上的加装两个压力传感器，和原压力表并联安装。

3.4数据传输系统

远程操作端和掘进机控制箱之间通过光端机以及光缆传输数据和操控信号，光缆顺沿掘进机的主电缆方向布线，实际长度可根据现场情况决定，最远传输距离不小于 10Km 。

3.5无线遥控系统

系统的无线遥控端采用 2.4G 无线信号，具有传输稳定、抗干扰能力强的特点。同时遥控器装置内部采用MCU，结合软件算法，对控制信号进行实时编解码和故障分析。软件系统通过分析掘进机操纵流程，对相关动作进行优化，对操作动作的优先级进行排队，屏蔽错误操作动作，防止误操作。

无线遥控装置小巧，结构紧凑，内部采用本质安全型可充电电池供电，能够满足20小时左右正常供电。

3.6远程操作系统

远程操作端为本安装置。该操作端设置一套和掘进机操作手柄完全一致的操纵杆，用于在远端直接操作;远程操作端同时设置了距离显示装置，直观显示掘进机在运行过程中的距离方位。同时掘进机液压压力表也通过电传数显在远端操作端上显示。为了直观显示掘进机运行过程中的全方位视频图像，设置两台防爆液晶显示器。操作人员可以在远端直接观察现场全方位图像。

3.7声音采集传输

掘进机上按装有无线话筒，远控台安装有播放器，实时可以在1000米外听到工作面的声音，以此可容易判断设备工作状态。

3.8系统具备急停、信号中断停机功能。即遥控系统具备软件急停按钮，当遥控器和掘进机的无线信号处于断开状态时，设备会停机并锁定故障。当信号自动恢复时，无操作指令不得开机。

3.9语音对讲系统

主要用于掘进面面沿线上，具有通话和就地急停闭锁功能，实现设备启停预警，更高效传输系统信息，故障停机等。

3.10自动截割限位导向系统。（类似于汽车倒车影像）。在该系统升级后，可实现掘进机自动定位截割。

3.11 掘进机后方设置储存电缆装置。满足掘进机掘进15米，无需拖拽电缆。

3.12增加防止人员闯入传感器，一旦人员闯入即停机。

4经济效益分析

4.1在降本增效方面主要体现在：

每班减少煤流运输岗位工3人，掘进一线单位职工基础工资按210元/工计算，每年可减少岗位基础工资约3工、3班、30天、210元/天、12月;节省总额：210×3×3×30×12=68.04万元。

4.2社会效益

4.2.1保护人员安全，降低伤亡概率。

4.2.2减少截割粉尘对身体的伤害。

5结语：

综掘机可视化远程控制系统不仅能在井下超视距控制掘进机，下一步要实现地面对掘进机所有动作的实时控制，将数据通过光纤传输至井上调度中心，还可通过手机APP观察工作面情况。实现井下井上实时调度。实现远程控制与迎头能够双向清晰语音对讲，且视频、音频和控制均无延时。可编程控制器和视频采集系统与无线收发装置交互连接，无线收发装置与远程监控系统交互连接等关键技术的应用，便利综掘机远程可视化控制系统做到了真正落地，实现了具体的工程应用。

作者简介：

陈庆光（1980.6---）男，山东济宁人，2012年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，江苏徐矿能源股份有限公司生产调度指挥中心副主任，工程师，主要从事井下支架拆除、安装准备工作。