综采工作面采煤机远程遥控技术研究与应用

何广东中国神华神东煤炭集团石圪台煤矿

综采工作面采煤机远程遥控技术研究与应用

何广东
中国神华神东煤炭集团石圪台煤矿

随着煤矿综采工作面自动化程度的不断提升，控制方式也由现场控制向远程控制发展。本文分析了国内外综采工作面远控技术的发展状况和实际应用情况，提出了安全的远程控制逻辑和操作策略，并在此基础上研究了远程记忆割煤控制技术，设计了一套采煤机远程控制系统并投入实际应用，对实际应用中遇到的问题进行分析，提出了采煤机自动割煤远程控制亟待解决的关键技术问题。

控制逻辑；记忆割煤；远程控制系统

前言

实现煤炭安全、高效开采是国家重要的产业政策和目标，采煤工作面自动化控制技术及装备的应用是实现煤炭安全、高效开采的重要保障和国家经济发展所需煤炭供应的先决条件。煤炭开采是综采工作面最主要的环节，其中属采煤机割煤作业最为关键。工作中，采煤机操作人员需要在工作面实时的跟机操作，所以采煤机操作人员的精神需要保持高度的集中，同时还须具备快速的反应能力，为安全高效生产带来极大的隐患。实现自动化记忆割煤和远程控制，能够有效的减少人员操作量，尽可能的避免安全事故的发生。

1 国内、外技术发展现状

1.1 国外技术发展现状

一直以来，国外的煤矿机械装备供应商、科研单位和用户都对综采工作面自动化控制技术进行积极的研究和探索，在采煤机通信技术、远程控制技术、协调控制等一些关键技术上取得了一系列的成果。并将以Modbus、CAN、载波通讯等为核心的通信技术应用于综采工作面自动化控制系统，有效提高了设备通信的实时性和可靠性。

在采煤机智能化控制方面，EiCotrol-Plus控制系统在原有记忆割煤、过载保护、自动调高等功能的基础上，新增加了红外摄像功能、雷达探测防机械碰撞功能和煤层分层检测功能（layer detec⁃tion system）。红外摄像功能解决了综采工作面采煤机周围低照度工况下视频辨别的能力低的问题；雷达探测防机械碰撞功能利用雷达探测技术感知采煤机滚筒周围的障碍物，系统一旦发现采煤机运行前方有不明障碍物，将会停止采煤机的行走，等待工作人员进行处理。

1.2 国内技术发展现状

目前，我国国内综采工作面单机装备的自动化技术研究已取得了一些成果，采煤机已经具备了记忆截割功能，远程控制系统已经实现了国产化，基本达到了国外的技术水平，主要体现如下：

智能型采煤机方面。国内采煤机基本实现了记忆割煤和采煤机位置检测、摇臂调高控制和机身姿态检测、机身水平控制等。

遥控控制方面。具备机身遥控器控制，但控制距离仅仅只有几米，无法将人工解放出采场；部分厂家在采煤机记忆割煤远程控制方面积极进行探索研究，已实现了一定的远程控制技术，但距完全脱离人工操作的目标仍存在较大的差距。

2 采煤机远程智能控制技术

综采工作面生产过程，根据采煤工艺的不同而复杂多样，对采煤机本身和煤机司机的安全性和稳定性提出很高的要求，为实现操作人员远离采场的目标，采煤机远程控制除基本功能之外，要求准确性、响应快速、智能化预警控制、联动控制等要求。

远程智能控制技术的核心就是将人为的干预操作由智能控制系统决策代替，用控制逻辑代替人脑实现快速的预判和全局的掌控，研究采煤机远程智能控制技术就必须考虑采煤机周边设备和人员的安全性，所以其控制理念一定是，设备的集成协同控制和安全的操作策略，这样才能实现设备间的协同配合，进而充分解放出采场人员，使得开采的安全性和效率得到提高。

2.1 远程控制的安全逻辑和操作策略

远程控制技术的前提是无人和少人值守，本文认真考虑设备和人员的安全性，根据数据的流向等各种安全因素研究制定控制流程如下：

（1）远程控制开始前确认周边设备环境；

（2）远控条件允许确认工作面环境；

（3）请求远控获得授权并发出预警；

（4）远控过程中通过心跳时刻保持有人值守；

（5）远控异常暂停可确认安全后恢复；

（6）远控安全退出；

根据上述安全控制流程，保证安全控制始终处于闭环状态，提出了如图1所示的安全控制逻辑，

图1 远程控制安全逻辑图

2.2 远程控制系统方案

本文设计的采煤机远程控制系统，基于采煤机与顺槽集控中心的控制端通讯。操作人员依据采煤机视频监控系统及通信方式获取采煤机所处的位置、行进方向和煤壁变化情况，在远程集控中心发出相应指令（如滚筒的升降、牵引加减速等），指令通过数据通信总线实时传输至采煤机电控系统，作出各种反应。总体方案详见图2所示。

图2 采煤机远程控制系统方案图

该套采煤机远程控制系统与工作面视频监测系统、语音通讯系统等有机结合，实现了采煤机远离采煤现场操作的功能，同时有力保证了采煤的效率和设备安全。该系统能够兼容CS/BS架构的应用，从而使地面操作井下采煤设备成为可能，取得了煤矿采煤设备远程控制技术的突破，其控制流程如图3所示。

图3 采煤机地面控制数据流程图

2.3 记忆割煤远程控制技术

记忆割煤是目前最常见的综采工作面自动化割煤模式，其主要思想是通过学习刀记忆滚筒高度曲线，然后按照记忆的曲线自动调整滚筒的方式进行割煤。本文为实现自动化记忆割煤过程的远程控制，将远程主机作为记忆割煤控制核心，所有记忆割煤功能均在远程主机内完成，相比采煤机自身电控系统具有更全面、强大的算法逻辑优势，主要体现在以下几方面：

（1）远程主机具有学习模式、记忆模式、干预模式等多个工作模式；

（2）线学习模式：该模式下采煤机按照记忆的轨迹曲线行进，当接收到人工干预信息后，及时记录数据，并修改原记忆轨迹曲线，实现了人工干预的延续性；

（3）干预模式：人工干预指令发出后，采煤机远控主机将操作权交给人工操作，再次按下记忆割煤按钮后，远程主机控制采煤机重新进入自动记忆割煤，实现了采煤机自动割煤与人工操作的远程快速切换。

3 应用经验及技术难题

该套采煤机远程控制系统研究成功后，投入到神东煤炭集团某综采工作面进行试验使用，实现了采煤机操作人员远离采煤现场，远程控制的功能，同时具备了采煤机自动记忆割煤远程控制的功能，有效的提升了煤矿装备自动化水平。但是，在应用过程中，该套系统也暴漏出诸多的不足与缺陷，提出了以下几点采煤机远程控制技术亟待解决的技术难题。

（1）远程控制实时性的保证

采煤机实现远程控制时大量的数据需要在工作面与控制中心间传输，通讯的实时性就显的尤为重要。然而海量数据通过传输介质进行通讯时难免出现延时，甚至出现数据滞留或丢失等现象，为远程控制的有效性带来很大的困难。因此，控制延时问题就成为亟待解决的关键技术之一。

（2）采煤机运行数据分析及故障预判断

在采煤机远程控制模式下，工作人员远离采煤现场，对采煤机的运行状况主要通过系统显示的各项参数来判断，往往容易做出误判、错判现象。这就需要系统对现场采集到的各项数据进行实时分析，给出更加直观的结果数据，对采煤机出现故障的可能做出预判断，从而延长人工管理的周期，实现更高级的无人值守远程自动割煤控制技术。

4 结语

（1）采煤机远程控制技术是煤炭工业走向自动化、智能化必不可少的核心技术之一。

（2）开发研究的远程控制安全逻辑和控制技术符合煤矿开采的实际需求，一定程度上能够满足远程控制采煤机的需要，为远程控制进一步实现智能化奠定了坚实基础。

（3）采煤机远程控制技术中遇到的实时性、故障预判断等难题得到解决后，必将引领煤矿工业走向无人化、少人化开采的新模式。

[1]李首滨.国产液压支架电液控制技术现状[J].煤炭科学技术，2010，38（1）：53-56.

[2]张良.液压支架电液控制系统应用现状及发展趋势[J].煤炭科学技术，2003，31（2）：5-8.

[3]黄曾华，苗建军.综采工作面设备集中控制技术的应用研究[J].煤炭科学技术,2013,41(11):14-17,21.

[4]李首滨,韦文术,牛剑峰.液压支架电液控制及工作面自动化技术综述[J].煤炭科学技术,2007,35(11):1-5.

[5]朱小林，李首滨.采煤机速度对综采工作面跟机自动化影响研究[J].煤炭工程，2008（2）：79-81.

[6]付国军,杨明亮,许太山.综采无人工作面的整体设计与实现方法的构想[J].工况自动化，2013,39(1):39-42.

[7]张守祥，李首滨，黄曾华.综采工作面生产自动控制的探讨[J].煤矿机电，2005（3）.

[8]邢国稳，虞哲明.实时控制协议在工业以太网中的应用[J].微计算机信息，2006（01）:1-3.

Research and application on romote control technology about coal winning machine of fully mechanized working face

With the improving of the coal mine aotomation of ful⁃ly mechanized working face,the control mode is controlled by the scene into a remote control.In this paper,the development situation and actual application about the romote control technology is ana⁃lyzed at home and abroad.Then we put forward the safe remote con⁃trol logic and operation strategy.The remote memory cut coal con⁃trol technology is studied on the basis of above.A set of remote con⁃trol system is designed and used in the scene.Then we analyzed the problems in the pratical application,and Put forward key technical problems about the remotely control technology to be aboved.

Control logic；Memory cut coal；Remotely con⁃trolled system