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智能掘进系统

文章附图

(1)业务目标

    建立"掘、支、运"三位一体高效快速掘进 系统,把传统的掘进、运输、支护等分布实施 的 工序,通过新技术装备整合,实现掘锚平 行作 业,多臂同时支护,连续破碎运输,长 压短抽通 风和远程智能操控,实现真正意义 的综合掘进自动化。

    掘进工作面监控系统接入:在工作面设置 一台井下防爆计算机作为自动化掘进工作面监 控主 机,通过TCP/IP协议方式接入以太环网 实现地面主机的数据集成,实现对工作面设备 运行状态的监测显示。

(2)系统功能:   

1自主导航、精准定位功能

1位姿调整

【对应智能掘进设备基本要求】为了实现掘进机器人的自动掘进作业,本系统实时监测掘进机的位置和姿态,简称位姿。掘进机机身位姿参数主要包括:水平偏角、俯仰角、横滚角、水平偏距、车前距。

2)掘进机航向、空间位置检测及位姿补偿

为了获取掘进机机身的绝对位姿参数,本系统采用激光扫描仪结合机身多传感器数据融合的悬臂式掘进机位姿检测方法。既充分利用激光扫描仪绝对位置校准,又利用了掘进机机身安装的多传感器实时数据联合工作,解决了高清摄像头无法清晰观测截割头具体位置的缺陷。


【对应智能掘进设备基本要求】掘进机在截割过程中,由于截割阻力导致掘进机位姿发生变化。位姿补偿功能即自动补偿由于掘进机机身偏移导致截割头截割路径发生变化,始终保证截割头按照设定截割路径进行截割工作。

3基于惯性导航

系统可选配基于惯性导航的定位导航系统,系统原理如6.6所示所示。

2断面自动截割含截割头精准定位

【对应智能掘进设备基本要求】通过数学模型结合多种传感器的使用,由计算机对掘进机截割臂的回转与升降液压缸进行控制,自动截割出规整断面。

对于常见的矩形巷道断面,可以根据远程遥控中心上位机输入的断面宽、高,计算机控制系统自动计算特征点,从而可以控制截割头作业运动曲线;而对于梯形或者半圆拱形等不规则巷道断面,可以输入断面曲线模型,建立特征值点,确定截割头作业轨迹。

3自动刷帮控制

【对应智能掘进设备基本要求】断面自动截割时,若截割步距小于截割头半径,则断面控制精度较高,断面表面粗糙度误差较小如由图所示 ,但所需截割步距增多,影响截割效率。

若截割步距设定在截割头半径到直径之间,能一定程度上提高截割效率,但会造成巷道两帮较大的粗糙度误差。为此,设计了自动刷帮功能,控制掘进机自动修整断面两帮,减小粗糙度误差,提高进尺效率。

4摆速自适应控制

【对应智能掘进设备基本要求】通过采集截割电机负载、掘进机振动频谱和液压系统的压力等,自适应控制截割臂摆速和滚筒转速。

在截割过程中,当煤岩硬度急剧变化如遇到夹矸时,因截割电动机转速不能改变,如不能迅速调整截割臂摆速,则极易造成截齿损坏,截割电动机电流也会大幅过载而出现停机甚至电动机损坏情况。在遇到体积比较大的夹矸的情况下,掘进机机身会产生剧烈振动,机身位姿产生较大误差,掘进断面会产生较大偏移。

当掘进机采用人工公式方式时,司机能凭借感觉和经验通过操作手柄来控制截割臂摆速载荷较小时提高截割臂摆速;反之,当遇到夹矸载荷交大时,减小截割臂摆速,从而使截割电动机始终处于满载状态以此提高掘进机的工作效率。

5视频监控系统

工作面视频系统由矿用本质安全型显示器、矿用本安除尘摄像仪、安装电缆及附件等组成。

掘进机配备矿用本安除尘摄像仪,安装于掘进机的机身上,用于监视掘进区域。

视频系统通过矿井自动化网络上传到地面,通过客户端软件或IE浏览器实现对网络摄像头访问,从而实现工作面视频在地面实时监测、显示、存储,存储时间不少于30天。

6工作人员识别预警防护

【对应智能掘进设备基本要求】基于人员识别定位,实现掘进面现场人员防护。

当掘进工作期间,有人员接近掘进机一定距离,设备自动报警甚至停机。

7机身防撞

在机身安装防撞传感器,通过检测机身与巷道左右煤帮,实现防撞联锁。

1掘进机与左右煤帮距离

2掘进机机身掘进面距离

3可预设报警距离,实现防撞预警

4防撞可扩展为人员接近告警

5掘进与巷道空间关系在采和已采

8工况监测及故障诊断预警

【对应智能掘进设备基本要求工况监测单元主要用于监测掘进机工作参数,例如电压、电流、液压系统压力、液位等。工况监测单元数据获取采用以下方式:

掘进机电控箱内已经安装相关的工作参数监测传感器,例如电压、电流、液体系统压力等,智能远程遥控系统中央控制单元可以通过RS-485总线和原有电控箱PLC控制器通信,获取相关工况参数在监控平台软件进行显示,并在参数超限时进行预警。


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