悬臂式掘进机远程监控系统设计及应用.pdf

自动化系统设计No.7,2023DevelopmentManagementtandMechanical2023年第7 期Total243总第2 4 3期机械管理开发D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.092悬臂式掘进机远程监控系统设计及应用刘小龙（汾西矿业集团物资供销分公司，山西介休032000)摘要：针对当前矿井掘进机普遍存在的可靠性低、远程监控及控制精度低等问题，基于悬臂式掘进机特点及远程监控需求，对掘进机远程监控系统的总体结构进行设计，并以PCC可编程计算机为核心进行硬件结构搭建，进而设计了系统的软件结构及人机界面。试验测试结果表明，系统能够很好地完成掘进机的在线监测及远程控制，通信时间控制在0.0 1 s级别，俯仰角误差值控制在0.1 以内，精度控制在9 9%以上，其他参数均可以满足掘进机位姿监测精度、定位定向及纠偏辅助等功能需求，实现了预期目的，具备推广应用价值。关键词：悬臂式掘进机；远程监控系统；远程控制；位姿精度中图分类号：TD632.2文献标识码：A文章编号：1 0 0 3-7 7 3X(2023）0 7-0 2 2 8-0 20引言当前我国煤矿采掘机械化、自动化程度不断提高，对于综采综掘设备的要求也越来越高，尤其是巷道综掘机，需要具备较高的可靠性、较低的故障率以及精度效率方面的双保障。尤其是对于悬臂式掘进机来说，在我国井工煤矿的装备率越来越高，是掘进工作面当之无愧的核心设备，但由于掘进工作面较差的工况条件以及现有技术的局限性，掘进机远程监控系统的普及应用还存在较大的缺陷，主要表现在远程监控及远程控制技术虽然逐步推广应用，但在应用的实效性以及对安全生产工作的神益方面还存在较大不足，还没有发挥出监控系统应有的能力 1-3。针对我国在用悬臂式掘进机的工作特点，设计一套悬臂式掘进机的远程监控系统，并对系统的各项功能进行验证，促进该系统的推广应用。1悬臂式掘进机远程监控需求悬臂式掘进机远程监控系统，应具备监控和控制两项最为基础的功能，具体来说，在实施全方位监控方面，可对掘进机实时状态参数进行采集、分析、记录并进行屏显，还应该实现以下功能：可实现掘进机各个操作动作的远程控制；可实施监测、采集设备运行的各项参数，分析各视角状态，与周围环境参数进行对比分析，作出相应的操作提示；可动态实施数据采集、记录、分析与显示；可实现数据的存储、查询、曲线生成；可实时进行声光信号报警及语音喊话；具有较高的可靠性、较低的故障率，具备故障诊断及自我保护功能。2悬臂式掘进机远程监控系统设计2.1系统总体结构设计及硬件结构搭建根据远程监控系统的功能需求，设计系统的总体结构由集控计算机、远程监控平台、操作软件及终端数据采集器、控制器等组成，具体到硬件结构搭建方面，如图1 所示，电控箱及PCC可编程计算机处于核心位置,PCC是该系统的控制中枢，用以实现掘进机各项动作的控制及完成，设计选用贝加莱X20系列PCC;通过以太网，与主工控机、副工控机相连，主副工控机的设计通过贝加莱OPC与PCC实现数据互通，两个工控机既相互分工，又可进行数据交换及控制切换，当主工控机因故障无法工作时，副工控机可临时获得系统控制权，确保系统功能不中断；主工控机连接录像机及数据采集器，通过高清摄像头及超声波测距传感器获得前段数据用以分析及控制；电控箱还接入倾角传感器、激光测距仪、油压传感器等，实时进行数据采集，获得马达转速、马达转矩、截割电机转速、工作电流、工作电压以及功率等参数值，通过分析，并与工况环境进行对比，进行监控及控制指令制定，实现远程监控及控制功能 4-5 。2.2系统软件结构及人机界面设计综合考虑软件的功能达成、性能要求、研发成本、使用维护等问题，设计以PCC可编程计算机为核心，在RS232网络内，直接通过软件来驱动数据采集器进行数据采集，同步实施数据传输、分析及存储，在此过程中，依据Access数据库进行数据分析，并动态更新补充数据库，数据库与组态软件之间进行数据互通与共享。同时，组态软件能够驱动双工控机，双工控机之间也按照TCP/IP协议进行信息互通，可互相访问各以太网主工控机OPC副工控机RS232以太网电控箱录像机数据PCC可编程计算机电量计采集器超截割工作电流工作电压高清摄像波测距传码器轴编倾角传感激光测距传感油压转速马达转矩马达功率头感器器仪器速图1远程监控系统总体结构及硬件搭建示意图收稿日期：2 0 2 2-0 9-2 3作者简介：刘小龙（1 9 8 8 一），男，山西临县人，毕业于中国矿业大学机械电子工程专业，本科。下转第2 36 页（编辑：李俊慧）229.刘小龙：悬臂式掘进机远程！系统设计及应用2023年第7 期自采集的数据、变量信息，并可进行数据备份，当主工控机发生故障时，副工控机可沿用现有的工作状态继续进行工作。在系统软件结构搭建好后，需要建立合理的人机交互界面，方便操作使用，其原则一是在满足基本的功能需求后，尽可能简单，方便使用，降低内存及功耗；二是应符合标准的人机工程学，界面设计及操作设计符合常规操作习惯；三是远程控制可设计为遥控手柄，并与系统相连通，直接通过操作手柄来实现远程控制。3远程监控系统试验应用3.1试验系统搭建首先必须搭建起试验系统，如图2 所示。掘进机样机按照要求配备油压、倾角、超声等传感器以及激光测距仪等装备，可对掘进机运行参数、掘进参数进行实时掌握，并接人终端传感器模块、急停模块、报警模块等，经过监控主机地址分配、终端数据采集上传、通信传输、故障信息研判、故障精准定位等各项试验，系统具备了实现各项功能的条件。其中，远程监控系统是整个试验系统的核心部分，可对掘进机各项参数进行全程监控，记录掘进试验过程中的全部数据，同时，可远程控制掘进机实施各种操作动作。31一EBZ-55型掘进机样机；2 一模拟巷道；3一远程控制室；4一远程监控系统；5 一掘进机液压系统与机载控制器图2搭建试验系统结构示意图3.2系统测试及应用系统测试可通过验证掘进机位姿的精度来开展，试验及应用结果表明：一是系统的通信时间方面，测试方法是由远程监控系统向掘进机发送1 组数据，然后接收返回的指令数据，在数据量远大于系统实际运行数据量的情况下，通信时间控制在0.0 1 s级别，可以满足控制需求。二是掘进机位姿精度方面，对掘进机的俯仰角、翻滚角、偏距、偏向角等参数进行测量，每隔5 m测量一个数据，以俯仰角数据为例,其精度情况如表1 所示。在9 个不同的测量距离，与参考的俯仰角对比，系统测量数据的误差值最大为0.0 1 3，精度比例为表1远程监控系统俯仰角数据参考数据/系统测量数测量距离/m误差值。精度比例/%据/）57.027.0120.00899.89107.057.0420.00899.89157.047.0280.01299.83206.996.9830.00799.90256.956.9380.01299.83307.057.0430.00799.90357.037.0170.01399.82407.067.0570.00399.96456.986.9770.00399.96507.006.9850.01599.7999.82%，误差值最小为0.0 0 7，精度比例为9 9.9 0%。误差值控制在0.1 以内，精度控制在9 9%以上。其他参数精度值也均远超既定标准，证明设计的掘进机远程监控系统能够实施掌握掘进机的运行状态，并对掘进机实施精准的远程控制。4结论1)基于悬臂式掘进机特点及远程监控需求，设计由集控计算机、远程监控平台、操作软件及终端数据采集器、控制器等构成系统，具体到硬件结构搭建方面，核心部件是电控箱及PCC可编程计算机，用以实现掘进机各项动作的控制及完成。2)综合考虑软件的功能达成、性能要求、研发成本、使用维护等问题，对系统的软件结构及人机界面进行设计，操作方便，性能优异。3)通过验证掘进机位姿的精度对系统进行测试，试验结果表明：系统能够很好地完成全流程的在线监测及远程控制，通信时间控制在0.0 1 s级别，俯仰角误差值控制在0.1 以内，精度控制在9 9%以上，其他参数均可以满足掘进机位姿监测精度、定位定向及纠偏辅助等功能需求，达到了预期目的，具备推广应用价值。参考文献1张亚林，刘杰，刘洋.基于惯性导航系统的掘进机远程监控系统的研究 J.煤炭技术，2 0 2 0,39（8）：1 5 9-1 6 1.2张敏骏，富雨，吉晓冬，等.掘进机远程监控系统设计与位姿检测精度验证 J.煤炭科学技术，2 0 1 8,4 6（1 2）：4 8-5 3.3张亮，景旭东，崔文祥，等.悬臂式掘进机远程监控系统应用 J.中国高新区,2 0 1 7(1 6)：1 9;4 8.4陈利.基于VR的悬臂式掘进机远程操控与仿真系统研究 D.西安：西安科技大学，2 0 1 7.5张磊，王清峰，阳廷军.EBZ200型悬臂式掘进机及其远程可视化控制系统关键技术 J.煤矿机械，2 0 1 4,35（4)：32-34.上接第2 33页DE上接笃221百上接第2.2 9 页（编辑：王慧芳）?236第3 8 卷机械管理开发调速系统整体进行嵌人式设计。采用嵌人式处理后的采煤机电磁调速系统，整体控制系统更为灵活，将各模块采集数据由采煤机机身处的中央处理器就近快速处理，保障了中央处理器高效运行性能，同时降低了线路传输信号容量，实现了对采煤机运行状态的快速感知反应，保障了调速控制系统的稳定可靠运行。参考文献1姜浩，杜长龙，江红祥，等.薄煤层电牵引采煤机牵引部的设计研究 J.煤矿机械，2 0 10（5）：1-3.2顾浩，秦伟祥.嵌人式技术在采煤机监控系统中的应用 J.煤矿机电,2 0 11(1):7 9-8 1.3赵欣，刘建功，李鹏飞.薄煤层嵌入式电磁调速采煤机电控系统的设计.煤炭与化工，2 0 13（10）：48-5 0.Design of Electromagnetic Speed Control System for Coal Mining MachineBai Jianyun(Scheduling Office,Huayang I Mine,Yangquan Shanxi 045000,China)Abstract:Based on the relatively single function of the existing coal mining machine electromagnetic speed control system,thecumbersome deployment of cable lines and poor scalability,an embedded coal mining machine electromagnetic speed control system isdesigned using an STM32F1ORCT6 microcontroller,which is connected via CAN bus.At the same time,the line transmission signalcapacity is reduced.Key words:coal mining machine;electromagnetic speed control;embedded;electrical systemDesign and Application of Remote Monitoring System for Cantilevered RoadheaderLiu Xiaolong(Fenxi Mining Group Materials Supply and Sales Branch,Jiexiu Shanxi 032000,China)Abstract:In view of the problems of low reliability,remote monitoring and control accuracy of the current mine roadheader,the overallstructure of the roadheader remote monitoring system was designed based on the characteristics of the cantilever roadheader and thedemand for remote monitoring,and the hardware structure was built with a PCC programmable computer as the core,and the softwarestructure and human-machine interface of the system were designed.The test results show that the system is able to complete onlinemonitoring and remote control of the roadheader,the communication time is controlled at the level of 0.01 s,the error value of pitch angleis controlled within 0.10,the accuracy is controlled above 99%,and other parameters can meet the requirements of monitoring accuracy ofroadheader position,positioning and orientation,and deflection correction assistance,etc.The system has achieved the expected purposeand has the value of popularization and application.Key words:cantilever roadheader;remote monitoring system;remote control;posture accuracyevelopment and Application of Trackless Self-Moving Train System for TransportingDown-SlotWang Dong(Shanxi Xiangning Coking Coal Group Yanjiahe Coal Co.,Ltd.,Linfen Shanxi 042100,China)Abstract:By designing a sliding shoe type trackless self-shifting train system and applying it to the transport chute to transport the workequipment of the comprehensive mining face,the incidence of safety accidents such as unhooking and running under the original trackedwinch traction is effectively alleviated.By studying the operating principle and functions of this trackless self-shifting train system,aneffective solution is provided for the safe and efficient transportation of equipment in the transport chute.Key words:slip-shoe type trackless self-moving train;step;transport crossheading;general mining workingsResearch on Frequency Conversion Speed Control System of Mining Motor VehicleGuo Junkai(Shanxi Coking Coal Xishan Coal&Electric Dongqu Mine,Gujiao Shanxi 030200,China)Abstract:In order to widen the range of speed regulation of mining electric locomotives,optimize the speed regulation performance andachieve the development goal of energy saving and emission reduction of enterprises,advanced frequency conversion speed regulationtechnology is used in the speed regulation system of electric locomotives.The system consists of the main circuit,control circuit and otherparts,and the design ideas of some circuits are introduced.The application of the frequency conversion speed regulation system improvesthe speed regulation performance of the motor car and saves the enterprise expenditure.Key words:motor car;frequency conversion speed control;power module;DSP