煤矿采煤机智能化关键技术探析
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左截割 启 水流量 停机 动 正常
水量正常 抱闸正常
左截割 右截割 启动异常 启动异常
水流量 启 右截割 正常 动 停机 水量正常
抱闸正常
绝缘正常 绝缘正常
停
启动连
机
锁允许
解除连锁
启动报警
左截割运行 电流超限
左截连 锁允许
停 机
解除连锁
启动报警
右截割运行
0引言
在煤矿综采作业中,采煤机是最关键的设备。 只有实现采煤机的智能化,才能实现综采作业智 能化。智能化要求采煤机可以根据煤层条件和自 身状态实现自动调整。在采煤机智能技术中,智能 控制和状态感知是核心技术。
当前,国内综采智能化主要是对采煤机的定 位技术和记忆截割技术进行研究。目前国内虽然 已经有部分带记忆截割功能的采煤机,但是由于 技术不成熟,问题颇多,需要进一步研究。
2.2 姿态控制 电牵引采煤机的滚筒调高是通过记忆截割实
现的。若需要调节滚筒,一般是通过改变牵引速度 实现,牵引调节能力以及调节余量对牵引速度有 直接影响,也对采煤机的行程状态有决定作用,同 时还受到液压支架移动速度的限制。可以采用单 独的行程姿态逻辑传感器来解决以上问题,需要 同时建立其值函数、状态空间、附加约束与附加特 征,通过牵引变频控制和截割路径调节接口进行 控制。基于采煤机行程姿态控制过程以及其外部 约束的逻辑传感器转移姿态如图 3 所示。
1 采煤机状态感知技术
1.1 采煤机定位技术 采煤机按照刮板输送机的导轨走向确定行走
轨迹,对液压支架的自动调直有直接影响,也对作 业面煤壁的截割笔直程度有决定作用,同时也为 截割滚筒自动调高提供参考。所以,在采煤机综采 作业智能化中,地质空间三维定位是核心技术。当 前,主要运用无限传感网定位、红外线定位、地理 信息系统定位以及超声波定位等作为采煤机定位 原理。本文主要是基于地理信息系统定位进行研 究。
牵引停机 启动保护 牵引就绪
双牵引运行 左单牵运行 右单牵运行
变频器故障
牵引报警
牵引加速 牵引减速
转速 >1 470 r/min 恒功率牵引
加速 减速 延时 延时
定速运行
850 r/min 950 r/min 禁入转速
区间运行
恒转矩牵引
过零保护
转速 >1 470 r/min 牵引不平衡 速度过零
图 4 采煤机变频牵引单元逻辑传感器状态迁移
2 采煤机智能控制模型
2.1 截割控制状态 采煤机主要通过截割部进行煤壁截割,并通
过破碎部对大块煤进行破碎。电动机可识别信号
2019 年 8 月
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李子彦 煤矿采煤机智能化关键技术探析
Aug., 2019
有启动和停机 2 种状态。要实现对破碎电动机和 截割电动机的联动控制,就要在逻辑传感器上增 设电动机连锁启动、连锁停机和启动保护等控制 形态,对破碎部和截割部的运行状态进行整体设 置咱1暂。采煤机上最主要的 3 个电动机的逻辑状态 如图 2 所示。
[摘 要] 随着开采技术的发展,煤矿无人化综采成为未来发展的趋势。基于智能化采煤机的 功能需求,对采煤机智能控制、智能截割和智能感知技术进行了深入研究,以实现 煤矿综采无人化作业。通过对智能化采煤机的自动调高、自动定位以及自适应牵引 等方面的现场实践,为煤矿无人化综采作业提供了重要的参考。
[关键词] 煤矿综采;无人综采工作面;智能化采煤机 [中图分类号] TD42 [文献标识码] B [文章编号] 1672蛳9943(2019)04蛳0151蛳03
采煤机的变频牵引控制系统通过现场总线技 术连接到机载控制器;控制方式为主从形式,驱动 主变频器转动,带动从变频器运转。对于变频牵引 控制器来讲,主要有截割路径规划连续调节牵引 和恒功率截割牵引 2 种工作方式。
变频器的运行控制主要是通过外部 I/U 端子 在牵引变频单元的 I/U 控制模式下实现的。远程 控制系统中,主变频器的控制通过 PPO Types 消 息模式由变频牵引控制单元实现,而变频器参数 状态查询、状态转换以及参数设置和电动机转速 控制则通过 PPO Types 协议设定来实现。牵引电 机的运行状态,通过牵引电动机温度和电流传感 器进行识别咱3暂。以上功能的牵引控制状态迁移如 图 4 所示。
22001199年年第8 4月4 卷第 4 期
能源技术与管理
Aug.V, 2o0l.1494 No.4
Energy Technology and Management
151
doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2019.04.059
煤矿采煤机智能化关键技术探析
(大同煤矿集团有限责任公司 晋华宫矿,山西 大同 037000)
电流 超限
电流正常
右截割堵转
堵转确认
图 2 采煤机截割单元逻辑传感器状态迁移
虽然可以通过采煤机行程姿态数学建模实现 调节,但这需要在准确获取煤岩变化参数的基础 上才能实现。这就要求对煤岩界面进行准确的感 知和识别。记忆截割是基于记忆位置和速度的关 系实现对采煤机牵引行程姿态的调节咱2暂。 2.3 牵引控制
限速 区间
记忆起 点 / 终点
左端头 限速模式
左端头 手动进 刀模式
端头
复位
空
载
左端头 复位停机
基于地理信息系统(GIS)对采煤机进行定位 定姿的技术原理如图 1 所示。通过在采煤机上安 装惯性导航装置,实现对采煤机姿态和行走方位 的确定;通过在机身铰接轴和摇臂上安装轴编码 器,对摇臂的旋转角度进行测量;通过在采煤机行 走部位安装轴编码器,对其行走速度和距离进行 测量。
轴编码器 惯性导航 轴编码器
北
摇臂摆角
姿态与方位
行走速度
图 1 采煤机定位定姿技术原理
1.2 煤岩界面感知
自然成藏的煤层边界一般都是不规则的,底 板岩石上升、顶板岩石下陷以及煤层夹岩石情况 非常普遍,如果不能做到煤岩界面自动识别,就无 法真正实现无人化综采。当今世界上主要的煤岩 界面识别技术有雷达探测、r 射线探测、激光探测 等。最近几年,多参数协同感知法在综采作业中运 用比较广泛,效果也比较理想。这种方法主要检测 的状态参数有采煤机的摇臂震动、滚筒转矩、驱动 电流、支撑油缸压力以及截割噪声等,通过径向基 函数神经网络(RBF)将多个传感器的检测结果融 合到一起,最终对煤岩进行准确的识别。