一、基本條件
在采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，要實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)支架聯(lián)動(dòng)即支架的跟機(jī)自動(dòng)化，需要有3個(gè)基本條件：
1.跟機(jī)自動(dòng)化必須需要有準(zhǔn)確的采煤機(jī)位置信號(hào)。
2.實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)化必須保證工作面的整體工作狀態(tài)正常。其中包括電液控制系統(tǒng)連接完整，從工作面到主控計(jì)算機(jī)的通訊正常，所有參與跟機(jī)自動(dòng)化的支架液壓系統(tǒng)工作正常。
3.電液控制系統(tǒng)參數(shù)配置正確。即工作面支架成組拉架、成組推溜、成組護(hù)幫板等動(dòng)作都可以正常進(jìn)行。
二、采煤機(jī)位置檢測(cè)裝置
紅外線采煤機(jī)位置檢測(cè)系統(tǒng)，是通過(guò)安裝在采煤機(jī)機(jī)身的紅外線發(fā)射裝置發(fā)出紅外線，當(dāng)安裝在支架上的紅外線傳感器接收到紅外線是通過(guò)電信號(hào)將此信息傳達(dá)給支架控制器，即認(rèn)為此時(shí)采煤機(jī)的位置在本支架之前。該產(chǎn)品不僅可以單純的判斷位置，也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
1.紅外線發(fā)射器以及接收傳感器
紅外線發(fā)射器應(yīng)該被放置于保護(hù)盒中，安裝在采煤機(jī)的正中位置，安裝時(shí)必須保證發(fā)射器中的LED燈垂直于地面排列，紅外線發(fā)射器只需從采煤機(jī)上外接DC12V即可工作。紅外接收傳感器安裝在支架上，頭部需要能與發(fā)射器頭部相對(duì)。
2.紅外線檢測(cè)裝置的用途
紅外線接收傳感器的最基本的用途是可以識(shí)別從安裝在采煤機(jī)上的紅外線發(fā)射器發(fā)射出來(lái)的紅外信號(hào)。當(dāng)采煤機(jī)開(kāi)過(guò)時(shí)，支架控制器可以識(shí)別出此時(shí)采煤機(jī)是否到了本支架前，并在采煤機(jī)開(kāi)過(guò)去之后，對(duì)支架進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)操作。
3.功能原理
在3m遠(yuǎn)的距離之內(nèi)，當(dāng)紅外線發(fā)射器和紅外線接收傳感器在同一平行軸上時(shí)，信號(hào)將會(huì)被探測(cè)到。紅外線發(fā)射器將在25°范圍內(nèi)發(fā)出圓錐型紅外線光束；紅外線接收傳感器起作用的范圍是水平的正負(fù)30°；紅外線接收傳感器起作用的范圍是垂直的正負(fù)35°。
為了確保紅外線能被準(zhǔn)確的探測(cè)到，發(fā)射器和接收器之間的距離為0~3.5m。
圖1 紅外線裝置信號(hào)發(fā)射/接收角度示意
4.安裝
發(fā)射器和接收器的軸線應(yīng)該盡可能的指向?qū)Ψ剑虼?，接收器安裝架和發(fā)射器的安裝位置要使得發(fā)射器和接收器形成適當(dāng)?shù)慕嵌取?
發(fā)射器和接收器之間尤其是水平正負(fù)35度之間不能有陰影，否則當(dāng)采煤機(jī)開(kāi)過(guò)的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)被陰影遮擋而造成采煤機(jī)位置暫時(shí)丟失的情況。
所有的紅外線接收傳感器都應(yīng)該安裝在支架的同一個(gè)位置，接收器的LED燈都應(yīng)該排成豎排，并且黃色LED燈應(yīng)該在豎排的最上面。
三、跟機(jī)自動(dòng)化設(shè)置
工作面支架實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)化是以電液控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。登錄系統(tǒng)后，需按照要求進(jìn)行基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置，主要包括：
1.確定要選擇的自動(dòng)化類型
根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化類型來(lái)調(diào)整當(dāng)前的設(shè)置，確定必需的設(shè)置。對(duì)于自動(dòng)化來(lái)說(shuō)有兩個(gè)子部分，推溜、自動(dòng)移架。這兩個(gè)部分都可以單獨(dú)或者是組合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。比如，在一次自動(dòng)化中只是支架自動(dòng)移架，另一次自動(dòng)化中除了支架自動(dòng)移架外，推溜也根據(jù)采煤機(jī)的位置自動(dòng)動(dòng)作。
2.確定工作面范圍
當(dāng)對(duì)整個(gè)工作面實(shí)行自動(dòng)化的時(shí)候，工作面范圍參數(shù)會(huì)影響到自動(dòng)化的進(jìn)行。所以在自動(dòng)化的過(guò)程中對(duì)工作面范圍的設(shè)定要準(zhǔn)確。
圖2的對(duì)話框中顯示的是當(dāng)前設(shè)置的整個(gè)工作面范圍，圖中的3和199分別代表頭支架和尾支架的支架號(hào)。如果和當(dāng)前的事實(shí)不符，可以通過(guò)更改這兩個(gè)數(shù)來(lái)重新設(shè)定工作面的范圍。
圖2 工作面范圍設(shè)置
3.設(shè)置采煤機(jī)最大跳躍項(xiàng)
參數(shù)采煤機(jī)最大跳躍的功能是，在自動(dòng)化過(guò)程中如果前一次得到的采煤機(jī)位置數(shù)據(jù)和當(dāng)前取得的采煤機(jī)位置數(shù)據(jù)相差的值超過(guò)這個(gè)參數(shù)時(shí)，跟機(jī)自動(dòng)化就會(huì)停止。這也是出于安全方面的考慮。在跟機(jī)自動(dòng)化中最主要的采集信息就是采煤機(jī)位置信息，如果這個(gè)信息出錯(cuò)或者是在傳輸上有問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致一些不可預(yù)知情況的發(fā)生。終止跟機(jī)自動(dòng)化是一個(gè)比較穩(wěn)妥安全的方法。
4.設(shè)置采煤機(jī)最大步距和在某些特殊范圍內(nèi)（機(jī)頭，機(jī)尾，自定義的三個(gè)范圍）的步距
在自動(dòng)化過(guò)程中，如果運(yùn)輸機(jī)也參加了自動(dòng)化，這一項(xiàng)的設(shè)置是十分必要的，這項(xiàng)參數(shù)規(guī)定了在采煤機(jī)運(yùn)行的不同方向，不同位置時(shí)，運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)化的步距。
圖3 運(yùn)輸機(jī)移近量設(shè)置
點(diǎn)擊圖示中的每一非空白行，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的子對(duì)話窗口。在出現(xiàn)的子對(duì)話窗口中設(shè)置運(yùn)輸機(jī)的平均步距。
運(yùn)輸機(jī)在整個(gè)工作面內(nèi)范圍內(nèi)分別向機(jī)頭或向機(jī)尾運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)輸機(jī)最大步距。
下面三行是自己定義三個(gè)范圍，并在這三個(gè)范圍內(nèi)規(guī)定了機(jī)頭、機(jī)尾方向的運(yùn)輸機(jī)最大步距。下面四行分別是定義了機(jī)頭、機(jī)頭范圍、機(jī)尾、機(jī)尾范圍內(nèi)的最大步距。
5.設(shè)置支架自動(dòng)化狀態(tài)
支架的自動(dòng)化狀態(tài)是指該支架是否允許作自動(dòng)動(dòng)作，一個(gè)支架的自動(dòng)化可以分為三組，對(duì)話框上端是一個(gè)下拉框，顯示三組可能的自動(dòng)化。分別是：移架，推溜，自動(dòng)移架。選中一組，下面框中顯示當(dāng)前工作面所有支架該項(xiàng)自動(dòng)化的狀態(tài)?！?”表示該支架的該項(xiàng)自動(dòng)化打開(kāi)?！?”表示該支架的該項(xiàng)自動(dòng)化關(guān)閉。點(diǎn)擊切換自動(dòng)化狀態(tài)后的按鈕可以批量的設(shè)置某一個(gè)范圍的自動(dòng)化切換。如圖4所示，選擇自動(dòng)化的起始、終止、架號(hào)。然后在方法中選擇打開(kāi)或者關(guān)閉，最后點(diǎn)擊“ok”。
圖4 自動(dòng)化狀態(tài)設(shè)置
6.設(shè)置傳感器故障
整個(gè)工作面自動(dòng)化的基礎(chǔ)是單個(gè)支架的自動(dòng)化，每個(gè)支架的自動(dòng)化都需要實(shí)時(shí)檢測(cè)支架的狀態(tài)。需要通過(guò)傳感器來(lái)輔助單個(gè)支架的自動(dòng)化。當(dāng)支架的某個(gè)傳感器損壞但并沒(méi)有被人工指出時(shí)，會(huì)影響自動(dòng)化的操作。對(duì)于確定損壞的傳感器要在系統(tǒng)的指出。也就是在控制器測(cè)量數(shù)值一欄將有問(wèn)題的傳感器設(shè)置為“DEF”的狀態(tài)。
7.設(shè)置各種自動(dòng)化距離
自動(dòng)化距離是設(shè)置在跟機(jī)自動(dòng)化中各種自動(dòng)動(dòng)作（推溜，自動(dòng)移架）提前或者滯后采煤機(jī)的位置，單位是架。采煤機(jī)的位置指的是采煤機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)的支架號(hào)數(shù)。采煤機(jī)位置在某些時(shí)候不是很準(zhǔn)確，這就要求在設(shè)定次項(xiàng)參數(shù)的時(shí)候考慮到采煤機(jī)位置的誤差。例如：在某次自動(dòng)化進(jìn)行的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)設(shè)定支架在采煤機(jī)后四個(gè)架子拉架，采煤機(jī)顯示的位置（在主控計(jì)算機(jī)上或支架控制器上）為56架，而采煤機(jī)的實(shí)際位置是58架，這就要求護(hù)幫板的自動(dòng)化距離為6（58-56+4）。以此類推。設(shè)置對(duì)話框如圖5所示。
圖5 自動(dòng)化距離設(shè)置
對(duì)話框中設(shè)置端頭距離，端頭范圍。對(duì)應(yīng)于運(yùn)輸機(jī)步距的設(shè)置。采煤機(jī)范圍設(shè)置采煤機(jī)運(yùn)行兩端的極限位置。推溜距離設(shè)置推溜動(dòng)作滯后采煤機(jī)位置的支架數(shù)。推溜范圍設(shè)置推溜的范圍。同樣的，移架距離和移架范圍。護(hù)幫板設(shè)定距離-范圍后的第一個(gè)文本框輸入護(hù)幫板提前采煤機(jī)位置的支架數(shù)。
程序中對(duì)某工作面端頭三角煤區(qū)域的設(shè)置參數(shù)如下：
端頭范圍：頭部－6
端頭范圍：173－尾部
采煤機(jī)范圍：9－171
推溜距離：15
推溜范圍：8
移架距離：7
移架范圍：7
護(hù)幫板收距離(canopy in distance）：7
護(hù)幫板收范圍(canopy in range)：7
護(hù)幫板伸距離(canopy out distance)：10
護(hù)幫板伸范圍(canopy out range)：3
Offset shearer：5
Offset BP snake：5
圖6 自動(dòng)化設(shè)置示意圖
四、跟機(jī)自動(dòng)化操作
在上述設(shè)置完成后，可以開(kāi)始跟機(jī)自動(dòng)化。
開(kāi)始跟機(jī)自動(dòng)化的具體操作是：點(diǎn)擊主界面上的用黑色橫線標(biāo)出的“控制”下面的按鈕，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框用于跟機(jī)自動(dòng)化的啟動(dòng)。如圖7所示。
圖7 啟動(dòng)跟機(jī)自動(dòng)化對(duì)話框
在對(duì)話框中點(diǎn)擊“選擇”按鈕，出現(xiàn)“開(kāi)采方式”對(duì)話框，如圖8所示。
圖8 設(shè)置開(kāi)采方式對(duì)話框
“開(kāi)采方式對(duì)話框”用于開(kāi)采方式的選擇。推溜，自動(dòng)移架，后面的下拉框用于選擇打開(kāi)，選擇或關(guān)閉該項(xiàng)功能。
一般情況下，推溜選擇“DEF”，自動(dòng)移架選擇“移架”，cut－stage根據(jù)煤機(jī)割煤方向選擇TO HEAD（機(jī)頭方向）TO TAIL（機(jī)尾方向），選擇的方向必須跟當(dāng)前煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行方向一致才能啟動(dòng)自動(dòng)化。
SCU范圍設(shè)定跟機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行的范圍。
當(dāng)選擇完成后，點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，開(kāi)始當(dāng)前自動(dòng)化。當(dāng)自動(dòng)化開(kāi)始后，“控制”下面的按鈕上顯示出當(dāng)前跟機(jī)自動(dòng)化的狀態(tài)。
五、三角區(qū)域割煤工藝
某工作面采用的是端頭進(jìn)刀，雙向割煤。在完成一次完整的循環(huán)后，采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖9所示。
圖9 采煤機(jī)運(yùn)行軌跡
在三角煤區(qū)域采煤機(jī)軌跡如圖10所示。
圖10 三角煤區(qū)域采煤機(jī)運(yùn)行軌跡
第一步：當(dāng)采煤機(jī)從機(jī)尾采向機(jī)頭時(shí)，支架隨著采煤機(jī)的移動(dòng)，滯后采煤機(jī)的第7個(gè)（可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況任意設(shè)置）支架開(kāi)始自動(dòng)降、移、升，即自動(dòng)拉架，再滯后7～12個(gè)支架開(kāi)始推溜，一直跟隨采煤機(jī)進(jìn)行。如圖11所示。
圖11 采煤機(jī)運(yùn)行步驟
當(dāng)采煤機(jī)前滾筒割到機(jī)頭時(shí)，推溜完成后停止，但支架一直向機(jī)頭方向繼續(xù)拉架，直到第1架，如圖12所示。
圖12 采煤機(jī)運(yùn)行步驟
第二步：煤機(jī)向機(jī)尾進(jìn)刀割三角煤，如圖13所示。
圖13 采煤機(jī)運(yùn)行步驟
第三步：采煤機(jī)向機(jī)頭方向割三角煤，如圖14。
圖14 采煤機(jī)運(yùn)行步驟
第四步：采煤機(jī)割完三角煤，調(diào)頭向機(jī)尾割煤時(shí)，如圖15所示。
圖15 采煤機(jī)運(yùn)行步驟
進(jìn)入第四階段，支架滯后采煤機(jī)7架開(kāi)始從機(jī)頭第1架起拉架，跟隨采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拉架，并距自動(dòng)拉架完成后的7～12架開(kāi)始自動(dòng)推溜。
六、煤機(jī)支架遠(yuǎn)程干預(yù)技術(shù)
為進(jìn)一步優(yōu)化采煤自動(dòng)化的方式，確保支架自動(dòng)移架時(shí)的人員安全，減小工人勞動(dòng)強(qiáng)度，在實(shí)現(xiàn)記憶割煤的前提下，在某工作面控制系統(tǒng)中加裝一套遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)，通過(guò)光纜將采煤機(jī)遙控器移至控制臺(tái)處，將人員從工作面移至控制臺(tái)處，操作人員可以根據(jù)主控制臺(tái)視頻監(jiān)視計(jì)算機(jī)及JOS和支架主控制器提供的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，對(duì)采煤機(jī)和支架實(shí)施遠(yuǎn)程干預(yù)。
1.采煤機(jī)遠(yuǎn)程操作技術(shù)
通過(guò)采煤機(jī)攝像系統(tǒng)傳輸?shù)墓ぷ髅鎴D像，操作人員根據(jù)煤層變化情況、滾筒截割情況、支架狀態(tài)等信息，必要時(shí)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)，干預(yù)操作功能與操作人員跟機(jī)作業(yè)時(shí)操作范圍相同，可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)所有動(dòng)作的干預(yù)。通過(guò)遠(yuǎn)程干預(yù)系統(tǒng)，有效解決了工作面煤層變化時(shí)截割矸石的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)于工作面設(shè)備安全運(yùn)行提供了科學(xué)有效的保證，防止意外事故出現(xiàn)。
2.液壓支架遠(yuǎn)程控制技術(shù)
為實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面支架的手動(dòng)遠(yuǎn)程操作，在液壓支架主控機(jī)上設(shè)置一個(gè)控制器，通過(guò)采煤機(jī)攝像系統(tǒng)圖像信息，支架主控器上支架狀態(tài)等信息，操作人員可實(shí)現(xiàn)對(duì)支架的遠(yuǎn)程干預(yù)。有效解決了支架拉架不到位、推溜不到位、頂梁傾角過(guò)大、初撐力不足等問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)需要操作人員進(jìn)入工作面操作的問(wèn)題，大大提高了自動(dòng)化工作面安全高效運(yùn)行，保證采煤機(jī)正常割煤。
在煤機(jī)上安裝高清晰低光攝像頭，隨機(jī)監(jiān)視煤機(jī)滾筒位置，并將視頻信號(hào)通過(guò)隨機(jī)光纜傳至順槽控制臺(tái)監(jiān)視計(jì)算機(jī)，操作人員在工作面運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭通過(guò)監(jiān)視計(jì)算機(jī)監(jiān)視采煤機(jī)割煤情況。
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