综掘成套设备无人控制解决方案.ppt

综掘成套设备无人控制解决方案,衡水立德科技发展有限责任公司2020年4月21日,,04,掘进机无人控制系统,03,智慧掘进大数据管理系统,02,系统介绍,01,项目背景,05,锚杆钻车自动锚护系统,06,方案实施,07,经济效益,,01,项目背景,,项目背景,国家”十五“、”十一五“期间以来，我国煤矿开采技术及装备取得重大进步。现在自动化、信息化、智能化技术及先进制造技术与巷道掘进技术的深度融合，使煤矿综掘成套装备实现自动化、智能化、减人甚至无人化成为可能。针对我国煤矿掘进工作面生产过程复杂、开采装备系统庞大、作业环境恶劣等特点，我司经过多方实地调查、不断测试，总结出了一套通过掘进装备感知、信息传输、动态决策、协调执行等关键技术的综掘成套装备智能控制系统，可实现掘进机无人驾驶、锚杆钻车自动化锚护功能，根据技术现状提出“自动作业、人工辅助”的智能化掘进生产模式，真正实现了综掘工作面减人、提效的目标。,,02,系统介绍,,系统介绍,综掘面成套设备无人控制系统分为3个子系统分别为“智慧掘进大数据管理系统”、“掘进机无人控制系统”及“锚杆钻车自动化锚护系统”。整套系统可实现综掘设备的自动行走、定位截割、出料、方向纠偏、自动钻锚等常规作业动作，并将井下视频信号、掘进机状态信号、锚杆钻车状态信号、生产作业数据信息通过环网上传至地面监控中心形成大数据管理。,,,,,系统流程,,03,--大数据展示、三维模型、动画仿真、视频监控、语音通讯,智慧掘进大数据管理系统,,系统图,一、指挥、显示系统管理人员可通过远程客户端控制整个系统的启停，还可通过上位机软件，实时观看各个工作面的视频画面、设备状态信息、设备维保信息、日进尺、日产能等重要生产作业产数据。系统设计有语音对讲功能，可满足地上、地下实时双向通讯的需求。语音对讲可实现点对点对讲、点对多对讲、插播对讲、广播，井下主动呼叫等功能。上位机软件具有分账户、分权限的功能，不同单位人员只能查看其负责区域的视频画面，针对不同的人员亦设计有权限。二、井下无线通讯基站系统井下无线通讯基站系统以光纤为传输介质，采用标准的TCP/IP协议，全双工工作模式，通讯稳定可靠。该系统具有以下特点♦传输距离远无线通讯距离达500米以上；♦高带宽可同时支持6路高清摄像头（带拾音装置）的音视频数据传输；♦接口丰富支持光纤、网线、双绞线等输出方式；,,上位机软件--大数据管理,系统首页为“大数据管理”模块，管理人员可通过该模块查看综掘面各情况。●掘进进尺情况●采煤量数据●掘进机及锚杆钻车状态数据●掘进机及锚杆钻车维保情况●综掘面监控数量及在线情况●监控报警信息提示●煤矿井下巷道总览（地图）●掘进机位置显示,,,巷道三维模型,利用监测系统采集的信息及矿方提供的相关参数，生成三维GIS开采智能导航系统，将地理信息、三维可视化及工作面相关探测技术结合，建立工作面地质数据模型，规划和调整作业路线，展示开采进度等。,,动画仿真,上位机软件通过下位机上传的掘进机及锚杆钻车各个状态数据，以动画形式仿真掘进机及锚杆钻车的状态，可让管理人员很清晰、直观的知道掘进机及锚杆钻车当前的各个动作。,上位机软件--三维模型、动画仿真,,借助煤矿环网，将井下视频信号、综掘成套设备状态数据、生产进度产量数据实时等上传至监控中心，管理人员可通过软件在第一时间掌握第一手资料，从而可快速决策、统一指挥、调度。管理人员可通过控制系统对井下系统进行控制，亦可通过语音对讲系统与井下人员实时对讲，系统可实现单对单、单对多、传播、主动呼叫、多方通话、广播等功能。,上位机软件--视频监控、语音对讲,,,,,,掘进机分站,锚杆钻车分站,高清摄像机组（带对讲）,,为客户创造价值--智慧掘进大数据管理系统,◆大数据管理，可使煤矿掘进进度、产能一目了然,,,◆设备在线，各个状态尽在掌握,◆人员管理、设备维保信息制定详细,,,让“管理”变得,很简单,,04,--智能算法截割、记忆截割、精准控制,掘进机无人控制系统,,掘进机无人控制系统简介,该系统是掘进机的大脑，它内置智能截割算法、截割记忆算法、应急处理算法、智能探测算法等多种程序算法，通过实时采集、记录、分析编码器信号、液压传感器信号、振动传感器信号、倾角传感器信号等，可准确定位炮头位置、定位掘进机姿态等，继而指导掘进机完成位姿调整、自动定向掘进、断面自动截割成形和截割臂摆动自适应控制等一整套掘进作业动作。,,回转台编码器,炮头俯仰编码器,铲板编码器,截割臂倾角传感器,机身倾角传感器,行走部,截割部,铲板部,一运、星轮,后支撑部,PLC,,,,,,,,,,,,掘进机传感器,掘进机执行系统由掘进机电控系统、液压系统及各种传感器组成。主要传感器有自主研发“惯导系统“（负责检测掘进机截割臂和主体的姿态）、震动传感器（采用三轴传感器，负责检测截割臂震动强度）、编码器（负责采集各种液压结构的行程）、热释电传感器（负责检测周围人员）等。掘进机电控系统、液压系统，通过接收到PLC的信号完成前进、后退、截割等相应的动作。,,定位炮头位置,掘进机各油缸位安装的编码器为拉绳结构，测量的是油缸的直线行程，通过数学公式abc-2bccosA，将直线距离换算为炮头俯仰角、回转角，配合截割臂倾角传感器可准确定位炮头位置。误差可控制在2cm以内。,定义油缸的长度为a，油缸头到回转台台中心的距离为b，油缸尾到回转台中心的距离为c，a边对应的角度为A,定义油缸的长度为a，油缸头到回转台台中心的距离为b，油缸尾到回转台中心的距离为c，a边对应的角度为A,俯仰角,回转角,,规划截割路线,PLC内置截割路径算法，会考虑车身的俯仰角、翻滚角、车身距左右两侧的位置、红点的位置等等变量因素，规划出正确的截割路线。通过算法计算出各个编码器、倾角传感器的数据，指导截割头按照正确的截割路线进行截割。若数值偏差太大导致设备无法规划截割路径，则程序会先调整掘进机姿态，再进行截割路径的规划。,车身翻滚,车身平行偏移,,定位截割流程图,定位截割流程,②炮头从中间到右角度定义为A1,③炮头从左到中间角度定义为A3,④炮头每次下落的角度定义为△A2,⑤炮头扫底的角度定义为A4,注释,①炮头在中间时的角度定义为0,⑥α为实际角度，A表示目标角度，f（F）代表震动强度,,为客户创造价值--掘进机无人控制系统,航向以煤矿测绘科标定的激光指向仪打出的激光为方向指引，保证航向正确。,精准高精度、高稳定性的传感器给出高精准的数据，可将掘进机的动作控制在规定范围内。,安全无人驾驶模式，人员可撤离至安全区域，保证生命财产安全。,健康远离粉尘区，跟尘肺病说“No”,,05,--自动行走、方向纠偏、自动锚护、平行作业,锚杆钻车自动锚护系统,,锚杆钻车--总述,该锚杆钻车为我司自主研发设计的一款自动化程度高、操作简便的锚护设备，其独特的门型结构，实现了跨掘进机作业。解决了小巷道无法使用大型锚护设备的问题。该钻车可与无人驾驶掘进机配套使用，实现综掘面成套设备的自动化控制。,,锚杆钻车控制系统,该系统主要由“锚杆钻车电控”、“信号采集（传感器）”及“锚杆钻车主体”等三部分组成。PLC通过采集、分析各个传感器的信号，按照内置逻辑算法，可实现锚杆钻车的姿态调整、方向纠偏、自动行进、自动锚护等一系列自动化作业动作。还可通过锚杆钻车机载分站分别与掘进机机载分站和上位机远程基站进行无线通讯，收发数据。,,,①,②,③,,锚杆钻车总体参数,,锚杆钻车电控部分,锚杆钻车设计了一套独立的电控系统，主要由矿用真空电磁启动器、油泵电机、矿用隔爆型LED机车灯、矿用声光报警器、矿用急停按钮、矿用本安型摄像仪、矿用无线基站等电气部分组成。主回路电源660v/1140v，控制回路电源AC220v/AC36v/AC24v，本安回路电源DC24V/DC12V。电控系统通过真空接触器、阻容吸收器、隔离换向开关、PLC控制箱及各传感器等电气配件，实现油泵电机启停，系统过压、过流、过载、断相保护，人员安全示警等各种保护及故障判断。,,锚杆钻车信号采集部分,锚杆钻车布置有多种传感器。主要传感器有自主研发“惯导系统“（负责检测锚杆钻机主体的姿态）、超声波测距传感器（锚杆钻车与巷道壁之间的距离）、拉绳编码器（负责检测掘进机与锚杆钻车之间的距离，各种液压结构的行程等）、视觉系统（负责捕捉断面激光红点，对掘进方向进行纠偏）、本安摄像机（负责采集掘进机、锚杆钻车及巷道的视频画面）、热释电传感器（负责检测周围人员）等，同时还有压力传感器、温度传感器、液位传感器、电流电压传感器、瓦斯传感器等，来保证锚杆钻车的正常工作。,,锚杆钻车主体部分,,锚杆钻车液压系统,,锚杆钻车钻机部,锚杆钻车共有4个锚杆钻机，从左到右从上到下分别为1号、2号、3号、4号钻机。共需要打14个孔，一号钻机负责3-7号孔；二号钻机负责8-12号孔；三号钻机负责1-2号孔；四号钻机负责13,14号孔,80cm,①,③,②,④,⑫,⑤,⑥,⑦,⑧,⑨,⑩,⑪,⑬,⑭,,,为客户创造价值--锚杆钻车自动化锚护系统,,减少人工常规锚护工艺，最少需要6人分三组进行锚护作业，而我司研发的锚杆钻车设备只需2人即可完成操作。,提高效率采用掘支平行作业新工艺，可大力提高生产作业效率2倍以上。,降低劳动强度机器代替人工，程序代替思考，将繁重的劳动轻松化，复杂的工作简单化，可大大降低人工劳动强度。,,06,实施方案,--掘进机改装、安装锚杆钻车、铺设光缆、配置客户端、系统调试,,实施方案,,掘进机无人系统调试,,更换我司研发的KXJ-587/1140E智能化掘进机用电控箱，,,锚杆钻车自动锚护系统调试,,,安装我司自主研发的锚杆钻车，与掘进机搭配使用，最终完成整个系统的井上调试工作,改造方案通过后，则开始对掘进机进行改造。更换电液一体电磁阀，,安装倾角传感器、编码器、振动传感器、热释电传感器等信号采集装置，,,,,,智慧掘进大数据管理系统调试,搭建后台监控系统，电视墙、解码设备、硬盘录像机、音频服务器、调度台及PC主机等,安装我司研发“智慧掘进大数据管理系统”上位机软件,,安装矿用无线分站、KXB12声光报警器等电气设备。,,井下调试,,,系统联调各个系统拆解后运送至综掘面进行二次组装，调试,,模拟巷道，井上调试,,,搭建模拟巷道，主要用于在井上的模拟调试,,采购我司配套厂家的新式智能型掘进机主机,老旧掘进机改造,,首先，对老旧掘进机性能进行评估，给出改造建议，确保项目顺利进行,或,,安装前端设备，编码器（摄像机）、防爆话机等,,,,铺设千兆光纤，从综掘面到井下环网基站,,光缆铺设,安装矿用无线基站,,各系统之间需实现正常通讯，实现综掘面的自动化作业,,,实施方案--井上调试,▶井上调试--搭建模拟巷道,▶根据需要搭建一条模拟巷道，供“综掘成套设备无人控制系统”的地面调试，主要用于系统参数设定、系统动作演示等；,▶巷道形状为矩形巷道，临时巷道可使用水泥浇筑而成或使用有类似强度的巷道均可（井上）；,▶巷道净高3.8米、净宽4.0米，巷道厚度不低于1米，巷道长度10米左右；,▶配备电路、水路、风道等辅助设施；,,,实施方案--老旧掘进机改造（电液阀、电控箱更换）,▶掘进机改造01,,,▶更换我司自主研发的智能电控箱1、基本功能其可控制掘进机油泵、截割、二运、风机等各个电机的运转，同时具有过压、过流、过载、断相等保护。2、自动控制PLC内置智能截割算法、应急处理算法等，可自动控制掘进机完成位姿校准、定位截割动作。,,,▶更换先导式电液一体比例电磁阀1、系统标配上海诺玛电液比例阀；2、诺玛阀具有稳定、灵敏、寿命高等特点；,掘进机各性能应满足要求，出具改造方案,,实施方案--老旧掘进机改造（传感器安装）,▶掘进机改造01非标件框架结构改造，用来固定高精度传感器。,,实施方案--智慧掘进大数据管理系统调试,▶配置客户端硬件,监控中心需配置远程控制台、光端机、交换机、数字音频处理器、综合调度台、硬盘录像机、解码器、电视墙、监控主机等设备，若有需要可单独配置服务器。系统后端视频处理设备均采用海康威视品牌，质量稳定可靠，解码清晰、延时低。音频处理设备采用上海沪光公司产品，音质清晰，无海啸、杂音、回音等噪声。,,实施方案--智慧掘进大数据管理系统调试,▶配置客户端上位机软件,我公司针对综掘成套设备无人控制系统研发了一款多功能上位机软件，管理人员可通过软件实时监控井下综掘面的生产作业情况，包括视频监控、语音对讲、生产进度数据、设备维保记录、下井人员信息等等。,,,查看作业规程,客户端配置,视频监控,查看设备状态,人员信息录入,,实施方案--锚杆钻车自动化锚护系统调试,▶组装我司自主研发的CMM4-21煤矿用液压锚杆钻车,,,,测试锚杆钻车的各个动作及性能，实现掘进机、上位机之间通讯，最终配合掘进机完成整个系统的调试,掘进机,上位机,,实施方案--光缆铺设,掘进机与锚杆钻车、掘进机与上位机、锚杆钻车与上位机之间，均采用无线通讯的模式，减少拉线带来的不便。在掘进机与锚杆钻车上搭载无线基站分站，在工作面后方巷道中放置一台主基站，主基站分别与两台分站进行无线通讯，传输数据。主基站与分站之间的传输距离可达500米以上，通讯带宽300M。,▶矿用本安型无线基站,主基站,,实施方案--光缆铺设,●光缆施工严格按照“光缆铺设规范及要求进行●光缆一直铺设到井下环网位置,,,,●利用现有煤矿线缆走线线路●远离电力线，在其上方走线●使用专业设备进行光纤熔接●接头处使用本安光纤分线盒,▶铺设光缆,,实施方案09,▶系统调试,系统各个部分安装完成后，对整个系统的运行进行调试，对参数进行设定。系统各个功能调试成功后，形成调试文件，记录系统的预定参数、账号、密码等数据交给客户。系统运行初期，我们也会派专人现场跟踪、调试，有问题第一时间解决。,,07,经济效益,,核心技术,1.安全效益综掘成套设备无人控制系统可提高井下工作人员的安全性。掘进机掘进无需人工操作，作业人员均在危险区域以外，当现场发生事故时，不会危及人员安全。2.提高效率该系统可将原来的每个循环2个小时的作业时间，减少到4050min。由原来每天进尺10米左右，提高到每天进尺2530米，效率可提高150200。大大缩短了巷道挖掘周期，原计划1年投产开采的资源，可提前4-6个月即可实现开采盈利，大大降低了集团运营开支。3.降低人工成本按无人掘进技术方案进行建设无人掘进系统后，煤矿巷道掘进可实现无人值守或减人值守，巷道打锚杆可实现减人作业。按每个班组7人计算，平均每个班组可减员5人，按每天三班计算（检修班除外），可减员10人，按照每一个工人年工资15万来计算，一个工作面每年可节省人工工资达150万元。,,效益分析,谢谢观看,立德科技为社会创造价值始于2005年,