郝玉春，康磊田，劉利波

（招金礦業(yè)股份有限公司，山東 招遠 265400）

1 引言

對于目前國內礦山來說，井下作業(yè)環(huán)境比較惡劣，各種災害時刻威脅著礦工的生命安全。最大限度的減少現(xiàn)場工人數(shù)量，減輕工人的勞動強度，提高本質安全水平，實現(xiàn)采礦設備遠程控制甚至自主控制是采礦技術的發(fā)展趨勢。

固定碎石機遠程控制是操作人員位于地表中控室，通過遠程通訊網(wǎng)絡連接現(xiàn)場設備的控制系統(tǒng)，并利用現(xiàn)場安裝的視頻監(jiān)控來獲取碎石機現(xiàn)場視頻狀況，從而通過中控室操控裝置，控制井下碎石機進行作業(yè)。而礦山現(xiàn)有視頻及通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)，為搭建設備的遠程通訊網(wǎng)絡、增設遠程操控系統(tǒng)提供了硬件基礎。

2 固定碎石機改造設計

現(xiàn)對大尹格莊金礦安裝使用的元征行B450型液壓碎石機控制系統(tǒng)進行升級改造，升級改造后實現(xiàn)地表中控室遠程操控設備的能力。首先對采礦車間-616卸載站和-676卸載站現(xiàn)已安裝使用的碎石機進行改造，同時，具備將來與其他安裝使用的碎石機進行全部聯(lián)網(wǎng)控制的能力。采用“一控多”遠程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許地表中控臺通過按鍵切換方式控制地下任意一臺聯(lián)網(wǎng)設備。雖然地表中控臺成本較高，但將來聯(lián)網(wǎng)更多設備時只需支付地下設備的改造成本，聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量越多，單臺分攤成本越低。也可以選用“一控一”遠程控制系統(tǒng)，每臺設備使用獨立的遠程控制臺。升級改造內容包括以下幾點：

（1）增加地表遠程中控臺；

（3）碎石機液壓系統(tǒng)升級改造，以滿足遠控需要；

（4）利用礦山現(xiàn)有傳輸光纜和視頻系統(tǒng)，以降低改造成本；

（5）系統(tǒng)的所有元器件集成在便于運輸和安裝的控制柜中，在出廠前均進行相應的實驗測試，預留接線口，現(xiàn)場僅需要簡單外部接線即可投入使用。拓撲結構圖如圖1。

3 碎石機控制系統(tǒng)功能概述

本控制系統(tǒng)分現(xiàn)場控制系統(tǒng)和中控室兩部分，并預留CAN、INTERNET通訊接口以備后續(xù)接入地表中控室。系統(tǒng)框架如圖2。

3.1 現(xiàn)場控制系統(tǒng)

原有現(xiàn)場控制方式不變，主要由控制柜（如圖3）組成，布置在現(xiàn)場碎石機旁?？刂乒裰饕煽刂破鳌⒔佑|器、斷路器、通訊模塊、繼電器、控制箱安裝附件等元器件組成。

圖1

圖2 遠程控制系統(tǒng)硬件組成框圖

圖3 控制柜

圖4 操作臺系統(tǒng)

3.2 遠程控制系統(tǒng)

地面系統(tǒng)位于中控室內，由工作臺或者模擬座艙、控制器、通訊模塊、操控裝置、顯示器等組成。操控裝置模擬現(xiàn)場的操作習慣，操作方便靈活，并增加人機界面實時反饋設備的運行參數(shù)。操作臺可以根據(jù)整體外觀要求定制（如圖4）。

3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機、中速球、交換機、光纖及控制室視頻顯示系統(tǒng)組成。在碎石機的左右兩側各安裝1支監(jiān)控、后側安裝1支球形監(jiān)控，左右兩側監(jiān)控采集碎石機和液壓站圖像信息，球形監(jiān)控采集整個破碎工作面的圖像信息，如圖5。

圖5 現(xiàn)場視頻監(jiān)控

3.4 通訊傳輸系統(tǒng)

通信傳輸系統(tǒng)提供了地面操作平臺與液壓破碎站之間的所有通信任務，包括操作平臺對液壓破碎站的控制通信、碎石機狀態(tài)信息上傳到操作平臺狀態(tài)監(jiān)視器的通信、視頻系統(tǒng)上傳到操作平臺視頻監(jiān)視器的通信。

中藥有其自然特性，且易變質，比如辛夷表面的絨毛極易脫落、當歸在暴露環(huán)境下易泛油等，若不加包裝，學生不便保存和使用。為此，筆者組織學生將中藥實物裝入透明的塑料封口袋，建立口袋標本。用塑料封口袋包裝中藥既利于保存，又方便隨身攜帶。學生可以隨時打開封口袋，取出中藥標本，直接觀察、聞氣、嘗味。

該系統(tǒng)借用礦區(qū)已經(jīng)建設的主干網(wǎng)和井下光纖環(huán)網(wǎng)，將中控室的操作平臺通過有線方式接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)，在井下固定式液壓破碎站工作區(qū)域附近布置井下交換機，固定式碎石機通過有線方式接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)，設備在運行時系統(tǒng)通過光纖將視頻、設備狀態(tài)信息發(fā)到中控室，同理，中控室的控制信息由光纖到達井下巷道內的交換機，然后傳輸至車載匯聚器。設備作業(yè)區(qū)裝有高清攝像頭，可清晰的將現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境反饋給操作人員以便于完成遠程作業(yè)。

3.5 設備控制顯示屏的顯示情況

圖6 人機界面

控制系統(tǒng)具備完善的狀態(tài)指示和故障診斷功能，可遠程查看碎石機的機械、液壓、電氣等狀態(tài)信息。設備狀態(tài)及運行過程數(shù)據(jù)可通過CAN、INTERNET通訊接口遠程上傳中央控制系統(tǒng)。設備控制顯示屏顯示情況如下：

（1）顯示設備電機工作時的電壓；

（2）顯示設備電機工作時的電流；

（3）顯示設備液壓油壓；

（4）顯示設備液壓油位，并且當液壓油低于5%時設備不能啟動，如在運行中設備會自動切斷主泵電機運轉保護主泵；

（5）顯示設備液壓油溫；

（6）顯示高壓濾油器濾芯狀態(tài)；

（7）顯示回油濾油器濾芯狀態(tài)。

3.6 操控流程

碎石機中控室操控的功能，與現(xiàn)場操作習慣和功能保持一致；操作人員通過中控室內的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對現(xiàn)場碎石機工況的監(jiān)視。當放料口堵塞后，操作人員啟動碎石機，推動左右電控比例手柄，產(chǎn)生相應的信號輸送到控制器，工業(yè)交換機將控制器信號通過網(wǎng)絡傳輸至現(xiàn)場，現(xiàn)場控制器將信號轉換為相應的電流以驅動設備上的電控比例液壓閥，從而實現(xiàn)動作的無級調速，并且可以通過編程調節(jié)比例閥控制最大最小輸出電流，上升下降坡度及動作聯(lián)鎖等。設備報警及工作狀態(tài)信息傳輸至中控室控制臺實時顯示。碎石機同時具有遠程和本地控制功能，切換開關安裝在中控室操控臺。具體可操控的基本功能示意圖如圖7。

圖7 操作方式

4 碎石機系統(tǒng)改造

4.1 液壓閥改造

因采用遠程控制方式，現(xiàn)場無人，系統(tǒng)的一些重要運行參數(shù)需在遠程操作控制臺實時顯示，必須對原液壓油箱進行改造，增加液位、壓力、油溫傳感器。

4.1.1比例多路閥

因現(xiàn)場固定式碎石機原系統(tǒng)是液控比例閥組，無法進行遠程控制的改造，需要更換與原閥組規(guī)格參數(shù)相同的電液比例閥組。改造后的液壓系統(tǒng)完全兼容于原

破碎機的液壓系統(tǒng)。采用電液比例閥組的改造方法較為方便、有效。特點是具備比例信號控制、執(zhí)行動作準確。

4.1.2電控比例液壓閥

液壓閥選用比例多路換向閥系列，此款閥用于定量泵或變量泵系統(tǒng)。可通過電控、液控、手控方式進行無極調速，且輸入流量只與輸入電流信號大小或者控制手柄角度成比例變化，而與負載大小無關，可實現(xiàn)多路執(zhí)行元件以不同壓力、速度獨立工作，直至執(zhí)行元件所需流量總和大于泵所能提供的最大流量為止。此款閥內的定差溢流閥與換向閥內的梭閥配合工作，使定量泵出口壓力總是比各路換向閥最高負載壓力高約9~15bar，定量泵提供的多余流量通過定差溢流閥以當前壓力溢流回油箱。當所有換向閥桿位于中位時（無操作時），定差溢流閥以約9~15bar的壓力使泵卸荷，系統(tǒng)處于低壓待機狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能。

4.2 電氣控制柜改造

電氣控制柜所有電纜出口均使用電纜防水接頭，整個控制柜全封閉結構，可有效的防水防塵。控制器選用進口品牌，防護等級IP67，防水防塵，完全適合惡劣的工況條件；電控手柄及主要元件選用進口品牌?？刂苹芈?、站內越限信號及操控臺電源均使用DC24V，機身可靠接地，可有效防止觸電事故的發(fā)生。動力電源采用AC380V、50Hz。

4.3 控制編程器

采用STW控制編程器，32位處理器，主頻300 MHz。防護等級IP67。帶有正負極反接保護、高電壓高電流誤入保護。

智能故障診斷：本控制編程器可實時監(jiān)測輸出回路（電磁閥或者繼電器線圈）的電流大小，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示器上顯示。可檢測開路/短路。地面操控操作手柄，輸出模擬開關電流信號到控制編程器，控制編程器轉換成數(shù)字信號，傳輸給交換機，交換機通過光纖傳送到井下交換機，井下交換機通過網(wǎng)線傳送給井下控制編程器，井下控制編程器把數(shù)字信號轉換為模擬比例電信號傳送給電控比例液壓閥，從而控制液壓閥桿的行程大小，實現(xiàn)設備快慢動作。

5 結語

大尹格莊金礦通過對采礦車間-616卸載站和-676卸載站已安裝使用的2臺碎石機進行遠程控制改造，利用智能控制、信息、網(wǎng)絡通訊等技術，實現(xiàn)了井下碎石機遠程控制，操作人員在綜合調度中心進行操作，不但解決了現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣的問題，減少了現(xiàn)場工人數(shù)量，減輕了工人勞動強度，同時，也減少了操作人員上下井的時間，使作業(yè)過程可視化，極大地提高了本質安全水平。