综采跟机自动化系统分析与建模.pdf

第 4期 2 0 0 6年 8月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a nd M i ne Au t omat i o n NO． 4 Au g．2 0 0 6 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 6 0 4 0 0 0 4 0 4 综采跟机自动化系统分析与建模 张 守祥 ， 王汝琳 ， 刘 芳 1 ． 中国矿业 大学 北 京校 区 ， 北 京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 山东工商学院计算机系， 山东 烟台 2 6 4 0 0 5 ；3 ． 煤炭科学研究总院， 北京 1 0 0 0 1 3 摘要 采用电液控制 系统的综采或综放工作面， 按照采煤工艺的要求， 根据采煤机的牵引位置对工作 面 三机 进行 自动控 制 。利 用机 电一体化技 术 ， 制 定液 压 支架护 帮板 收 伸 、 自动 喷 雾 、 移 架和 刮 板 运输 机 移 动 等 自动 化动 作规 则 ， 建 立跟机 自动 化 离散 系统模 型 。为采 用 自动 化技 术 的采煤 工作 面研 究 了一 种新 的 、 先进 的 半截深采煤工艺， 并进行了工艺的计算机分析设计 。 关键词 综采 ；半截深采煤 ； 采煤机 ； 液压支架； 跟机 自动化 ；建模 中图分 类号 T D 6 3 2 文献 标识 码 A Th e Ana l y s i s a n d M o d e l i ng o f Au t o ma t i c Sy s t e m o f M a c h i ne r y t r a c ke d o f Fu l l y M e c ha n i z e d Co a l M i n i ng ZHANG Sho u x i a ng ～。 W ANG Ru l i n ，LI U Fa ng 。 1 ． Be i j i n g Ca mp u s o f Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g＆ ． Te c h n o l o g y，Be ij i n g 1 0 0 0 8 3，Ch i n a ． 2 ． De pt ．of Compu t e r o f Sha n do ng Bus i ne s s Col l e ge，Ya n t a i 2 6 40 0 5，Chi n a ． 3 ． Ch i n a Co a l Re s e a r c h I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 3，Ch i n a Ab s t r a c t Ac c or d i n g t o t he r e q u i r e me nt s of m i ni n g t e c hni c s a nd b a s e d on t r a c t i v e p os i t i on o f s he a r e r ， t h r e e ma c h i n e r i e s we r e c o n t r o l l e d a u t o ma t i c a l l y a t f u l l y me c h a n i z e d o r f u l l y c a v i n g c o a l f a c e wi t h e l e c t r o hy dr a u l i c c on t r o l s ys t e m． Us i ng e l e c t r ome c ha n i c a l i nt e g r a t i on t e c hn ol o gy，t he r ul e s of a u t o m a t i c a c t i o n s u c h a s s h o r t e n a n d s t r e t c h e d o f p r o t e c t i n g p i e c e o f h y d r a u l i c s u p p o r t ，a u t o ma t i c s p r a y i n g，mo v e me n t a n d mov i n g s c r a pe r c on v e yo r we r e ma d e o ut 。t he m o d e l of a ut oma t i c di s c r e t e s y s t e m of ma c hi n e r y t r a c ke d wa s bu i l t ． A n e w a nd a d va n c e d mi ni n g t e c hn i c o f ha l f we l l wa s r e s e a r c he d f o r c o a l mi n i ng f a c e wi t h a u t o ma t i c t e c h no l o gy ． Fi na l l y t he ba s i c a l go r i t h m wa s p r op os e d． Ke y wo r d s f u l l y m e c h a ni z e d c o a l mi ni ng，m i n i n g t e c h ni c o f ha l f we l l ， s h e a r e r ， hy d r au l i c s u pp or t ， a ut o ma t i o n o f ma c hi ne r y t r a c ke d，mod e l i n g 0 引言 在现代化的综采或综放工作 面， 跟机 自动化系 统的主要功能是根据采煤机位置 、 传感器实 时检测 的支架状态和用户设置的各种工艺参数 ， 发挥计算 机通信网络控制技术 的优 势， 使支架控制方 便 、 灵 活 、 协调 、 安全 ， 刮板运输机 自动前移 ， 做到 自动控制 功能与工作面条件和生产工艺要求配合适应， 提高 工作面的生产效率 。 收稿 日期 2 0 0 6 一O 4 2 O 作者简介 张守祥 ， 男 副教授 ， 中国矿业 大学在读博 士研究 生， 主要从事煤矿现场总线 及嵌入式系统的研究工作 。 1 建立 跟机 自动化 规则 库 实 现跟 机 自动 化 ， 需 有 1台 电液 控 制 主控 计 算 机。主控计算机的作用是根据工作面的作业规程， 确定采煤机运行到某一位置时哪些支架应相应地执 行什么动作 ， 使支架 的动作过程完全 自动地进行。 采煤机位置作为一个控制系统 的输入量， 决定了综 采工作面支架采取什么样的动作以及哪些支架参与 动作 、 什么时候开始动作。在 目前采煤机还不能实 现完全 自动控制的情况下 ， 可 以首先实现支架 的自 动控制 。但 支架 的 自动控制 是 由采煤 机 的位 置来 决 定 的 ， 所 以要实现 跟机 自动 化 ， 采 煤机 位置 的检测 和 维普资讯 2 0 0 6年第 4期 张守祥等 综采跟机 自动化 系统分析与建模 5 ‘ 传送是必须的。 通 过顺槽 控 制 台上电 液控制 主机 的 回采工 艺调 整程序 ， 可 以快 速地 设 置 工作 面上 支 架 在 电 液控 制 下随 采煤 机位置 的 变 化所 采 取 的动 作 规 则 ， 然后 将 设置后 的支架动作规则通过现场控制总线传送给相 应 的支 架控制 器 。随 着 工作 面 环境 的变 化 ， 如 需 改 变 回采 工艺 ， 只需 在 电 液控 制 系统 主 机 上进 行 跟 机 自动化的参数修改 ， 便可达到根据采煤机位置改变 支架 动作 的 目的 。回采工 艺流程 图如 图 1所示 。 设 计 和 实 现 的 功 能 图 1 回采工艺流程 图 传感数据 自动化动作 传感数据 自动化动作 压 力I I 推 溜 I I 压 力I I 推 溜 位 移 l l 移架 l l 位移 l I 移架 控制器首先将 煤机位置传送到 2 系统 控 制模型 设计 系统 控 制模 型 考 虑 的是 采 煤 机 、 刮板 运 输 机 和 支架 之 间的动作 关 系 ， 其 函数 模 型还 与 工 作 面 的环 境 和 回采 工 艺 有 关 ， 如 工 作 面 煤 层 厚 度 、 工 作 面 长 度 、 采用 单 向割煤 还 是 双 向割 煤 以及端 头进 刀 方 式 等 。跟 机 自动 化 的 主要 输 入 参 数 是 采 煤 机 的 位 置 处在 多少架 和 采 煤机 的运 行 方 向 ， 而 输 出 参数 则 应是 支架 根据采 煤机 的位 置和 方 向来决定 采 取什 么 样的动作， 这些输 出参数包括移架 3个 子动作 降 柱 、 移架和升柱 、 推溜、 收护帮板、 伸护帮板 ， 复杂的 支架 操作 还包 括 放 煤 动作 、 喷雾 等 。根据 跟 机 自动 化 的特 点 ， 选 择采 用数 学模 型 。 建 立 跟 机 自动 化 模 型跟 回采 工艺 有 密 切关 系 ， 需 要分 析 不 同回采工 艺条 件下 采煤 机位 置与 液压支 架 的前移 、 推进 刮板 运 输 机 和 护 帮板 动 作 之 间 的 复 杂关 系 。为 了 对 不 同 的 回采 工 艺 有 普 遍 的指 导 意 义 ， 首先 建立 了 自动化跟 机 系统 ， 系 统结 构 图如 图 2 所 示 。针 对其 中一 种采煤 工 艺深入 研 究 了模 型 的参 量 关 系 ， 并 以跟机 自动化 状 态 对 照表 如 表 1所 示 的形式 作 为这种工 艺 下模型 的表 达形 式 。 煤机位置接收 敏度 6 5 d B f 盖 2 0 5 0 架范 围 无 接 自动推溜 自动移架 位置信号 卜 电液控制 系统主机 校 正磁铁 循环校正2 次 机 自动流程设簧 停 自动化 机 自动监测 据保存与分析 电液控制主机将 采煤机位置发送 给工作面所有的 控制器 、 一 一采煤机位置传输 l安 装 无 线 发 射 装 置 睡 H l C R C检错 图 2跟机 自动化系统结构图 液压支架 、 刮板 运输 机 与采 煤 机 的 同 步行 走 控 制是提高采煤工作面 自动化水平的重要 内容 ， 而液 压支 架 的行 走是 指 液 压支 架 的前 移 、 推 刮板 运 输 机 移动和护帮板的收伸动作。因此 ， 工作面 自动化控 刮板运输机 工 作面推进 方向 制 建模 主要 是建立 上述 3个 行 走位 置 与采 煤 工 艺 、 采 煤机 的位 置和 行走方 向的模型 。 跟 机 自动化 控 制 模 型 是 一 个 离 散 系 统 ， 如 图 3 所 示 。采煤 机位 置 是一 个 循 环 量 ， 从 工作 面 的机 头 维普资讯 6 工矿 自动 化 2 0 0 6年 8月 到机尾沿工作面倾斜方 向牵引运行， 同时又要沿工 作面走 向随刮板运输机前移。采煤机的运行周期为 1 ， 采煤机 的牵 引 方 向也 是 一 个 参 量 。采 煤 机 位 置 和牵 引方 向决定 了工 作面 支架 什么 时侯 采取 什么 动 作 ， 因此系统的建模 是根据采煤机参量计算所得的 支架动作 。每一个支架都有一个对应 的函数 ， 通过 计算这些函数就可以建立整个工作面的三机动作规 则库。规则库的建立对 于工作面的支架群体来说 ， 支架 的每 一项动 作 都 可 以逐 架 顺 序 连续 地 进 行 ， 使 工作面实现了高产高效。再配合某些安全保护的自 动措施以及在正常运行和故障情况下给出提示或警 告声光信号的自动功能 ， 可以使这个 自动化 系统模 型更完 善 。 采煤机位置 支架 0 0 4动作 川 卯 I L J I L u 7 “／ 2 T 图 3 跟机 自动化离散模 型 3 “ 半截 深双 向采煤 法” 跟 机 自动化 实例 对于不同的采煤工 艺， 支架 的动作与采煤机位 置之间的相互配合 、 协调关系是不同的。根据对主 要割煤工艺流程的分析 ， 在实现跟机 自动化的工作 面采用“ 半截深双向采煤法” 的效率最高 ， 能够充分 发挥 自动 化系 统 的优 势 。根据 “ 半 截深 双 向采 煤法 ” 的割煤 工艺流 程编 制 出了“ 半 截深 双 向采煤 法” 跟 机 自动化状 态对 照 表 ， 如 表 1所 示 。用 同 样 的办 法 也 可 以编 制 出其它 割煤 工艺 流程 的对 照表 。这个 对照 表是跟机 自动化系统控制程序的基础， “ 采煤机运行 到达 的位 置” P 和 “ 煤 机 方 向” h 是 变 量 ， 随着 采 煤机的运行其值将改变 ， 相对应的“ 对应开始收护帮 板的支架号” 的支架将会收 回护帮板 ， “ 对应开始移 架的架号” 的支架将开始前移支架 ， 将从“ 对应开始 推 溜 的起始架 号 ” 的支架 开 始完成 相应 的推 溜流 程 。 S 、 y和 T是工艺控制参数， 可以根据不同生产和地 质条件 选定 ， 其 中 5为收护 帮板 的提 前架 数 ， y为移 架 的落 后 架 数 ， T 为推 溜 开始 点 落 后 架 数 ； 、 d 、 是 、 D -t 、 q 、 g和 训 是与设备相关的常数 ， 其中， 为采煤机 滚筒 中心间距 ， 为采煤机滚筒直径 ， 是为支架中心 距 ， D -t 为 工作 面 支 架 总 数 ， q为人 工 操 作 端 头 支 架 数 ， g为安全距离， 训为溜子的弯 曲段长度， 设备一 经 选定 ， 这 些 参数 就 确 定 了下 来 ； 表 1中 J为 截 深 ， R o u n d 表示 四舍五入 后取 整 ， 以得到 支架 号 。 支架动作由采煤机位置和牵引方 向决定 ， 因此， 支架动作 X是一个 函数 f P， h ， 把支架号也考虑 上则 可表 示为 X一厂 ， P， h ， 其 中 ／ ,／ 为支架 号 。 表 1 “ 半截深双向采煤法” 跟机 自动化状态对照表 1 ～Rou n d c ， w／ Z ／ k Rou n d w／ Z ／ k Ro u n d w／ Z ／ k ～ 一 Ro u n d “c ， ／ 2 ／ k 一 Ro u n d 1 dw／ Z ／ k 一 Ro u n d c ， ／ 2 ／ k ～ 一 Ro u n d c ， ／ 2 ／ k 一q g Ro u n d w／Z ／ k 一 1 Ro u n d c ， ／ k S 一 1 1 Ro u n d c ， ／ k S ～ 1 1 P S 1 一 S P Y 1 ～Rou n d c ， w／ Z ／ k Ro u n d 1 dw／ 2 ／ k ～ Ⅲ一 Ro u n d “c ， ／ 2 ／ k 一 1 P Ro u n d ， c ， ／ k S 一 1 P Ro u n d 1 d ／ k S 自 R o u n d 1 c ， w／ Z ／ k 开始到第 1 架依 次推 直 半推出 为止 自 R o u n d c ， w／ 2 ／ k 开始到第 1架依 次推直 全推出 为止 自m～R o u n d 1 d ／ k 至 mR o u n d 1 c ， ／ k 推成标准弯曲段 ， mRo u n d 1 d ／ k 以后推溜到位 全推出 自 R o u n d 1 d ／ k 到 Ro u n d 1 dt c ， ／ 2 ／ 女 推成标准弯 曲段， 自 R o u n d f dt ￡ ， ／ 2 ／ k 到 R o u n d c ， t c ，／ 2 ／ k 依 次推直 半推 出 自 Ro u n d dt c ，／ 2 ／ k 开 始到第 1架 依次 推直 半推出 为止 维普资讯 第 4期 2 0 0 6年 8月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a nd M i ne Au t o mat i o n NO ． 4 Aug ．2 0 0 6 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 6 0 4 0 0 0 7 0 3 在煤炭资源管理中 实现 MI S和 GI S的信息集成* 张 胜 ， 申艳 光 ， 李 燕 ， 袁 文山 河北工程大学城建学院， 河北 邯郸0 5 6 0 3 8 摘 要 以煤 炭资 源管理 系统为例 ， 介 绍 了管理信 息 系统与地 理信 息 系统 集成化 开发 的意 义 、 实现 原理 ， 并 讨论 了基 于 D DE、 OI E Au t o ma t i o n和 Ac t i v e X 构件 集成化 开发 应用 系统 的方 法。 关键 词 煤炭 资源 ；管 理信 息 系统 ；地理信 息 系统 ；信 息集成 ； OI E 中图分类 号 T D 6 7 2 ；T P 3 1 文献标 识码 A M I S a n d GI S I nf o r ma t i o n I nt e g r a t i o n i n Co a l Re s o ur c e M a n a g e me n t Sy s t e m ZH ANG Sh e ng， SH EN Ya n g ua ng， I I Ya n。 YUAN W e n s ha n Co l l e g e of Ci t y Bu i l di ng o f He b e i Un i v e r s i t y o f Eng i ne e r i n g，Ha nd a n 0 56 0 3 8，Chi n a Ab s t r a c t The p a pe r i n t r od uc e d t h e me a ni n g a nd pr i n c i pl e of i n t e g r a t i on de ve l op me nt o f M I S a n d GI S 收稿 日期 2 0 0 6 0 4 1 4 *基金项 目 河北邯郸市科技局科研计划项 目 0 3 0 2 8 4 作者简介 张胜 1 9 7 0 一 ， 男， 河北邯郸人 ， 副教授， 硕士， 现主 要从事教学与科研工作。 牵 引方 向只取 2 个 值 1 和 一1 ， 故 可将 X 简化 为 2个 各 有 2个 自 变 量 的 函 数 X n ， P ， 一 1 和 x ， P ， 1 。 实际计算得出的 2个支架群动作矩阵略。 算法 用伪 P a s c a l 语言 描述 ， 其部 分算 法描 述 1 初 始状 态 。 采煤机在机头位置 ， 处于停机状态， 对动作数组 的值 全部设 置成 无动作 ， 即清 0 。 2 对应 开始 收护 帮板 。 3 计算对应开始移架的架号 。 这部分的主要算法 f o r P m Ro u n d w／ 2 ／ k一qg t o Ro u n d 卜 d w／ 2 ／ kd o b e gi n X P Y， P ， 1 一2； 对应支架移架 e nd PRou n d w／ 2 ／ k X P Y， P， 1 一2； 对应支架移架 f o r PRou n d 口／ 2 ／ k t o q 1 s t e p一 1 d o b e g i n X P Y， P， 1 一2； 对应支架移架 e n d 4 计算 对应 开始 推 溜的起 始架 号 。 5 传送数值到控制器。 6 控制 器 自动 执行 动作 。 算 法是 按 半 截 深 双 向 割 煤 工 艺 为 例 推 导 出来 的， 但算法模型的表达形式对其它 采煤工艺也具有 普遍意义。在电液控制主机上 实现跟机 自动化程 序， 根据回采工艺的特点 ， 生成每一个支架不同的动 作规则 ， 然后从系统总线上传送给每个相应的控制 器 ， 由控制器具体执行其相应的动作。 4 结语 研 究 了跟 机 自动化 在 采 煤机 、 液 压 支 架 和刮 板 运输 机之 间的状 态 关 系 ， 对所 给 出 的算 法 进行 了实 验。而对于放煤工作面， 还需要做另外的研究工作 ， 研究其放煤口的 自动开放 、 关闭的时间序列 ， 对影响 放煤时间的煤岩分界问题也需要进行深入的研究。 参 考文献 [ 1 ] Ge r a l d I Dr a n s i t e ． S y s t e m S a f e t y A p p l i c a t i o n i n Mi n i n g [ C ] ．P r e s e n t e d a t t h e 1 8 t h I n t e r n a t i o n a l S y s t e m Sa f et y Co nf e r e n c e ． For t h W or t h．．re x a s，20 0 0． [ 2 ] G a r r y E i n i c k e ．E l l i o t Du f f ．Th e Ap p l i c a t i o n o f Wi r e l e s s L A NS i n Mi n e A u t o ma t i o n [ C ] ．I n P r o c e e d i n g s o f t h e M a r cu s Ev a ns Con f e r e nc e on Cr e a t i n g t h e Vi r t u a l Ent e r pr i s e ． S y dne y， 20 02 ． 维普资讯