浅析悬臂式掘进机的远程操控技术

李亚南 白静

摘要：恶劣的矿道环境给开挖工作环境带来了诸如天然气和地下渗透等环境问题，造成了频繁的安全事故并威胁着驾驶员的生命。机车主体在挖掘工作中的大振动以及现场的大量灰尘都使驾驶员的操作非常困难，这不仅增加了劳动力，而且不能保证生产效率。随着科技与技术的不断发展，悬臂式掘进机远程操作技术会越来越完善，生产效率会不断提高，人员安全也会越来越有保障。

关键词：悬臂式掘进机;远程操控

一、传统掘进机的限制

在掘进机采掘的传统方法中，掘进机的驾驶员坐在机身的驾驶员座位上并在现场进行挖掘工作。一方面，恶劣的矿道环境给开挖工作环境带来了诸如天然气和地下渗透等环境问题，造成了频繁的安全事故并威胁着驾驶员的生命。 另一方面，机车主体在挖掘工作中的大振动以及现场的大量灰尘都使驾驶员的操作非常困难，这不仅增加了劳动力，而且不能保证生产效率。

掘进机的发展不仅受机械、材料和制造业等基础产业的发展影响，还取决于实际的生产需求。同时，由于新技术、新材料和新施工方法的改进和发展，掘进机的性能也在不断提高。掘进机的当前研究成果主要体现在掘进机的重量和尺寸的不断增加以及切割电机的功率的不断提高，并且切割头的形状和切割齿的设计更加有效、合理。切削材料的研究、先进的机电和液压控制系统的应用、传感器检测技术、自动控制方法理論以及模拟技术极大地改善了掘进机的性能和可靠性。

二、悬远程操控的臂式掘进机

掘进机远程控制系统的设计使掘进机实现了远程控制功能，实现了人机分离和现场监控。它可以最大限度地提高露天矿的二次采矿业的需求，并达到投资少、利润高的目标。当机器采煤时，人们在安全的手术室中操作掘进机，使其深入到煤壁中，完成采掘作业，避免人身伤害，提高安全性，实现煤矿安全生产。

悬臂式掘进机的设计要求深度为300米，并且机器在工作时会振动。控制模式分为自动控制模式和手动控制模式，可以通过两种控制模式实现无干扰切换。远程控制终端可以通过控制台启动自动操作或远程手动控制。自动控制操作方式：通过人机操作界面更改系统的操作参数（煤矿技术人员输入的切割高度和宽度参数），自动控制程序完成了在煤层工作面上的开采工作。手动控制工作模式：员工可以通过控制台手柄按钮等控制设备完成对路标的远程控制。远程线路控制系统提供驾驶条件的数据收集，处理和管理，包括诸如实时显示车辆位置和运行状态参数之类的功能。远程线路控制系统具有现场操作状态的视频监视功能。使用高分辨率摄像头设备和生产线控制台对站点的运行状态进行远程监视和图像处理，可以实时反映机器的运行状态和过程。提供操作员执行状态信息所需的场景。远程线路控制系统具有系统范围的警报和保护功能，具有系统故障报警功能，漏电保护，电机过流保护，过载保护等保护功能。

道路标头远程线控制系统主要包括传感器检测，控制系统，执行系统，视频监视系统和显示系统。1）传感器检测系统：通过传感器收集人体数据信息，并发送到电子控制系统进行操作控制。车身数据信息主要包括电网电流，三个电机（油泵电机，切割电机，重印电机）的电压和电流，控制阀油压，车身姿势信息，切割头位置数据。2）控制方法：扫描输入开关的状态，收集传感器检测数据，对程序进行逻辑处理，以输出控制量控制执行器，执行相应的操作，并在显示屏上显示状态参数。该电子控制系统包括主机和主机。主机主要设计有一个人机交互界面，可以在显示器上显示状态参数，并将手动设置的切削参数信息发送到主机。下面的计算机负责扫描输入并收集传感器数据。处理完程序后，控制执行系统完成装入头中的相关操作，并将某些计算出的状态参数发送给主机。控制系统使用逻辑控制器PLC构成控制核心。PLC是专门为工业环境设计的控制器。各种机器和生产过程可以通过诸如逻辑运算和算术运算之类的操作来控制。它具有高可靠性，强大的防干扰功能以及特殊的程序处理流程。同时，原始路标电气控制箱使用西门子PLC作为电动机保护控制核心，而西门子PLC作为逻辑控制器，则便于原始路标控制系统的转换和集成。3）执行系统：接收控制信息和驱动机制以完成相关动作。执行系统主要由电磁阀和运动放大器卡组成。从控制系统输出的运动控制信号通过运动放大器卡进行放大和调整，然后输出到电磁阀以控制气缸的操作。执行系统液压缸马达包括切割头提升缸，切割头旋转缸，切割头伸缩缸，挖掘机举升缸，后支撑举升缸以及各式马达。4）视频监控系统：收集实时视频信息，存储并发送到显示器。视频监控系统主要包括四个收集视频图像的摄像机，四个单芯光端机和硬盘录像机 5）显示系统：显示实时视频屏幕，身体状况参数等。该显示系统包括两个监视器和一个液晶显示器。操作室有两个监视器，每个监视器显示一个视频屏幕和身体状况参数。液晶显示器位于人体的电气控制箱上，并显示人体状况参数。

掘进机远程控制系统使用可编程逻辑控制器（PLC）作为下部计算机，并使用工业计算机监视工作站作为上部计算机。上位计算机和下位计算机通过PPI协议进行通信。线控制系统采用紧凑的模块结构，例如电源控制模块，按钮模块，可编程控制器模块，比例阀控制模块和伺服电动机驱动模块。该系统具有面向现场控制目标的出色实时性能以及在工业环境中强大的抗干扰能力。线路控制系统具有两种控制模式：自动和手动。在自动操作模式下，操作员直接在指定的工作条件下启动自动操作模式，并根据预定的切割程序自动执行路头，以实现远程自动控制。在手动模式下，操作员可通过操作控制台远程完成采矿工作并操作设备。

三、小结

国内外在悬臂式掘进机智能控制和远程控制方面取得了重大进展，有效地提高了煤矿综合开采业务的质量和效率。但是，由于煤矿环境的限制，在地下矿道上难以在地面上使用某些精确的地面定位技术，从而导致在操作过程中悬臂式掘进机的定位，定向仍然有许多紧急问题需要解决。但是随着科技与技术的不断发展，悬臂式掘进机远程操作技术会越来越完善。

参考文献

[1]曲广财. 掘进机远程控制系统及其保护功能的设计[J]. 机电工程技术，2019，48（07）：134-135.

[2]张旭辉，刘永伟，毛清华，杨文娟. 煤矿悬臂式掘进机智能控制技术研究及进展[J]. 重型机械，2018，（02）：22-27.

作者简介：李亚南（1983-6），男，安徽省砀山县，研究方向：机械;白静（1989-3），女，辽宁省海城市，研究方向：机械