煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)研究

　　摘要：從基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感的監(jiān)測(cè)技術(shù)、記憶截割的智能控制技術(shù)和專家系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)三方面研究了采煤機(jī)自動(dòng)化和智能化技術(shù)，改善了工作環(huán)境，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提升了工作效率，可為煤礦采煤的自動(dòng)化和智能化建設(shè)提供參考。

　　關(guān)鍵詞：采煤機(jī);智能化;自動(dòng)化

　　0引言煤炭是我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)生活的主要能源之一，實(shí)現(xiàn)安全高效的煤炭生產(chǎn)是煤炭企業(yè)和研究人員的工作重點(diǎn)。作為工作面最重要的設(shè)備，采煤機(jī)操作過(guò)程復(fù)雜，需要司機(jī)對(duì)煤層厚度、頂板情況、電機(jī)狀況、振動(dòng)情況等進(jìn)行綜合判斷，以便合理操作采煤機(jī)進(jìn)行截割、破碎和推移等動(dòng)作。隨著無(wú)線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和智能算法的發(fā)展，在采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、滾筒調(diào)高、推移牽引、故障預(yù)警等方面應(yīng)用了大量自動(dòng)化和智能化技術(shù)，提高了采煤機(jī)的生產(chǎn)效率和安全性，降低了采煤機(jī)司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。本文研究了基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感的監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于記憶截割的智能控制技術(shù)和基于專家系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用可為煤礦企業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化和智能化改造，逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人工作面提供借鑒。

　　煤礦工程論文范例：采煤工程與高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析

　　1基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感的監(jiān)測(cè)技術(shù)

　　為了實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)狀態(tài)控制和故障診斷，首先應(yīng)獲取準(zhǔn)確的狀態(tài)信息，美國(guó)JOY公司和德國(guó)Eickhoff公司生產(chǎn)的采煤機(jī)已經(jīng)具備了完善的故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，而國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)的功能還不是很完善。JOY公司和Eickhoff公司都有其代表性的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)采煤機(jī)的狀態(tài)信息進(jìn)行采集、處理和存儲(chǔ)，通過(guò)人機(jī)界面以豐富的形式表現(xiàn)出來(lái)，不僅有文字、表格，還能以曲線和圖形等直觀方式在順槽和地面展現(xiàn)。

　　采煤機(jī)的狀態(tài)信息包括采煤機(jī)位置(兩種表示方法，一種是在工作面中的絕對(duì)位置，另一種是基于液壓支架編號(hào)的相對(duì)位置)、牽引方向和速度、搖臂角度、機(jī)身角度，牽引電機(jī)、截割電機(jī)、泵站電機(jī)和破碎電機(jī)的電氣參數(shù)，以及軸承和潤(rùn)滑油溫度等。通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)是狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的核心部分，目前大型礦井包括順槽在內(nèi)的大部分工作區(qū)域都已覆蓋了光纖通信網(wǎng)絡(luò)，因此順槽到工作面的通信是狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的主要組成部分。有線通信方式例如載波通信和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線是目前主要的解決方案，而無(wú)線組網(wǎng)方式具有布線簡(jiǎn)單、不受空間限制的優(yōu)點(diǎn)，但是存在電磁干擾現(xiàn)象，其可靠性有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

　　由機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心三大部分組成。機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由采煤機(jī)上的溫度傳感器和振動(dòng)傳感器等構(gòu)成，對(duì)溫度和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集和無(wú)線發(fā)送。監(jiān)控中心分析這些數(shù)據(jù)，對(duì)采煤機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。每個(gè)采煤機(jī)上可布置多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)串口將匯聚節(jié)點(diǎn)與管理中心的計(jì)算機(jī)相連，不同的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不同的功能，有的發(fā)送數(shù)據(jù)，有的采集數(shù)據(jù)，最終匯總到上位機(jī)上。

　　2基于記憶截割的智能控制技術(shù)

　　基于記憶截割的智能控制技術(shù)主要有狀態(tài)控制、姿態(tài)控制和牽引控制三種。

　　2.1狀態(tài)控制在采煤機(jī)作業(yè)過(guò)程中，截割部把煤塊從煤壁上切割下來(lái)，破碎部將大塊的煤破碎為小塊。要實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截割狀態(tài)和破碎狀態(tài)的協(xié)調(diào)控制，需要將破碎電機(jī)和截割電機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)和保護(hù)信號(hào)等控制狀態(tài)添加到邏輯傳感器中，實(shí)現(xiàn)截割部和破碎部的聯(lián)動(dòng)狀態(tài)控制。

　　2.2姿態(tài)控制采煤機(jī)的姿態(tài)控制指的是機(jī)身角度和滾筒高度控制，機(jī)身角度隨采煤機(jī)在刮板輸送機(jī)上的位置變化而變化，因此姿態(tài)控制主要指的是滾筒調(diào)高控制。滾筒自動(dòng)調(diào)高建立在煤層信息的采集和判斷基礎(chǔ)上，是采煤機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的核心。煤層信息的判斷有煤巖識(shí)別法和記憶截割法，前者通過(guò)天然γ射線直接預(yù)測(cè)煤巖界面，后者為人工輔助監(jiān)視下的間接方法。這兩種方法各有所長(zhǎng)，直接法的理論性較強(qiáng)，對(duì)傳感器要求高，適用于具有明顯特征的煤層;間接法技術(shù)成熟，但僅適用于頂?shù)装遄兓�不明顯的煤層，且需要人為操作，自動(dòng)化程度低。

　　2.3牽引控制采煤機(jī)牽引系統(tǒng)有三種：電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速和交流變頻系統(tǒng)調(diào)速。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速是未來(lái)發(fā)展方向，具有調(diào)速性能好、控制電路簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)沖擊小的優(yōu)點(diǎn)，目前研究方向?yàn)榻档驮肼暫吞岣呶恢脗鞲衅骺煽啃缘取?/p>

　　3基于專家系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)

　　采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其故障源和故障表現(xiàn)很多，常見(jiàn)的故障可以分為電氣故障、液壓故障和機(jī)械故障。機(jī)械故障有軸承溫度過(guò)高、截齒斷裂和鏈輪組件磨損等;電氣故障有變頻器故障、保護(hù)未啟動(dòng)等;液壓故障有牽引無(wú)力、油壓過(guò)低等。采煤機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展建立在監(jiān)控通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，是采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。

　　故障診斷功能不僅在于判斷采煤機(jī)是否異常和故障決定其運(yùn)行狀態(tài)，降低異�；蚬收蠈�(duì)采煤作業(yè)的影響，還可以給管理人員和維護(hù)人員提供決策依據(jù)，提高管理和維修工作的效率。最初采煤機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展局限于電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，且診斷邏輯大多基于閾值判斷，例如電壓、電流、油壓等參數(shù)是否處在設(shè)定閾值，一旦某項(xiàng)參數(shù)超過(guò)閾值則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，缺點(diǎn)是定位不夠精確，無(wú)法診斷出是由哪個(gè)機(jī)械部件引起的故障。近幾年來(lái)，故障診斷專家系統(tǒng)發(fā)展迅速，結(jié)合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、ELM學(xué)習(xí)方法、分層索引等先進(jìn)算法，解決了專家知識(shí)領(lǐng)域局限性、系統(tǒng)冗余性和知識(shí)理解能力差等問(wèn)題。以采煤機(jī)領(lǐng)域知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)本體編輯器和規(guī)則編輯器形成故障知識(shí)和故障規(guī)則，形成由故障知識(shí)庫(kù)和故障規(guī)則庫(kù)共同組成的知識(shí)庫(kù)，系統(tǒng)通過(guò)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行故障推理，在人機(jī)界面中發(fā)出異常和故障告警。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　目前采煤機(jī)自動(dòng)化和智能化技術(shù)有狀態(tài)監(jiān)測(cè)、姿態(tài)控制和故障診斷三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是姿態(tài)控制和故障診斷的基礎(chǔ)，基于記憶截割的智能控制技術(shù)是采煤機(jī)控制技術(shù)的核心，基于專家系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)能夠提高采煤作業(yè)的安全性和可靠性。隨著自動(dòng)化和智能化技術(shù)在采煤工作面的逐漸應(yīng)用，工作人員的工作環(huán)境將得到進(jìn)一步改善，工作量顯著下降，為無(wú)人開(kāi)采奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

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　　作者：劉燕強(qiáng)

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