基于5G通信技术的采煤机远程控制系统设计与应用

基于5G通信技术的采煤机远程控制系统设计与应用

周龙龙

陕西华彬雅店煤业有限公司  陕西  咸阳 713500

摘要：随着科学技术的发展，我国的5G通信技术有了很大进展，并在采煤机远程控制系统中得到了广泛的应用。为进一步提升采煤机的自动化、智能化生产水平，本文首先对5G通信技术概述，其次探讨了采煤机自动化控制系统的总体设计，最后基于5G通信技术的采煤机远程控制系统设计进行研究，以供参考。

关键词：煤矿；5G通信；采煤机；远程控制系统

引言

随着经济社会的飞速发展，煤炭需求量不断增加，煤炭生产安全问题备受关注。传统的煤炭生产作业受采掘设备、人员的技术水平等制约，安全事故时有发生，危及工作人员的生命安全，给煤炭企业造成较大的经济损失，因此较为先进的安全操控模式亟待开发。目前出现了技术先进的5G通信、物联网等技术，在生产生活中得到了一定范围的应用，实现了智能操控，取得了很好的应用效果。煤矿井下作业环境极为恶劣，将5G通信技术应用于煤矿生产机械的远程控制，将极大地提高煤矿企业生产的作业的安全性，确保井下作业人员的安全，保证煤炭企业的生产产能和效率。针对某煤炭企业建设为背景，以采煤机为研究对象，研究采煤机远程控制系统设计与应用，对于提升企业的产能和安全具有重要意义。

15G通信技术概述

5G体系架构由核心网、接入网和网络布设场景等模块构成，5G技术在3G和4G技术聚焦于移动宽带应用场景并提供更高数据处理速率和强化的系统容量的基础上，还能够提供视频形式等非常规数据处理速率和业务驱动容量。对于RAN等核心网络而言，端到端系统的调整将构成5G演化的一个阶段，5G无线接入既涉及无线电接口技术，又能为人与设备提供无线接入的解决路径。

2采煤机自动化控制系统的总体设计

目前，工作面的采煤机以电牵引采煤机为主，而且主要为双滚筒采煤机，其结构组成主要包括有左右截割滚筒、左右摇臂、牵引电机、截割电机、电气控制箱以及破碎机等。采煤机自动化控制系统的主要功能为整机根据煤层地质条件对截割电机、牵引电机进行控制，从而达到对截割深度、截割高度、牵引速度和牵引方向等基本功能的控制。此外，基于采煤机自动化控制系统还能够实现对现场所采集到的数据与上位机的实时通信、显示和存储等功能。具体可将采煤机自动化控制功能总结如下:1）采煤机自动化控制系统能够对所采集到的数据进行高速处理，并且为方便今后丰富扩展功能，该控制系统具有丰富的接口；2）实现对采煤机的基础控制功能，即对采煤机截割部、牵引部以及采煤机实时工作状态的监测、传送、显示和存储等功能；3）采煤机的自动化控制功能，基于对现场传感器所采集数据分析的基础上，同时结合所采用的采煤工艺实现对采煤机摇臂的自动调高，对采煤机牵引速度的自动控制等，同时，基于地面调度室实现对采煤密集的远程控制。

3基于5G通信技术的采煤机远程控制系统设计

3.1机车车载子系统

（1）车载遥控接收器。遥控接收器实为无线接收器，接收遥控发出的控制指令数据，经过功能逻辑进行数字量和PWM的输出。接收器的主要功能涉及无线通信链路的建设，接收无线遥控器发送的控制指令，以PWM信号的形式输出电磁阀控制数据，以数字信号形式输出继电器控制信号，以模拟量信号的形式输出调节控制参数。与此同时，还能够持续采集采煤机的工作情况信息，实现与中央控制器之间的数据交换。此处选择的是型号为EC601-MJJ-MU-01的车载无线接收器，（2）中央控制器。中央控制器作为远程遥控系统功能实现的关键，主要作用是数据采集、位姿调整、自适应控制等。具体的工作是建立与遥控器之间的数据通讯，获取采煤机的运行参数数据、工作状态信息、自适应动作控制、发出采煤机远程控制指令等。此处选择的是型号为EC601-MJJ-MU-02的矿用隔爆兼本安型车载中央控制器。（3）隔爆兼本安型电源箱。采煤机井下作业环境极为恶劣，包括高湿度、高浓度瓦斯气体、腐蚀颗粒等，因此对于电源的选择至关重要。机载电源箱需要具有很好的续航能力，同时，也要具有很好防爆性能，以此保证远程遥控系统供电可靠工作。此处选择了型号为KDW127/24的矿用隔爆兼本安型稳压电源。此种电源具备AC127V输入接口，还具有多个DC24V的接口，具备同时为远程遥控系统提供稳定电源的能力。

3.2生产远程实时控制

针对煤矿智能化应用中的远程实时控制生产来讲，煤矿开采资源的控制向来都是煤矿智慧化建设和智能化开采的重要事项。常规的煤矿开采生产以及远程控制重点应用各种互联网协议、传感器、路由器等，然后借助传感器设施在集控中心汇集一系列数据信息，再向远程控制中心传输，这样只是可以实现一些对数据传输实时性标准较低的远程控制要求。而对于一部分数据传输实时性标准较高以及煤矿工人安全、矿井空间结构生产安全的考虑，上述远程控制系统不适用，而应用5G移动网络通信技术智能化开采煤矿可以很好地完善这种不足。基于5G的矿井远程实时控制可以使数据传输标准非常高的煤矿安全管理目标以及资源开采目的的实现，建构真正的智能化开采实时控制模块。

3.3自组织网络技术

5G网络系统中，想要保持系统稳定、高效，除了要做好网络部署之外，还应该时刻关注网络运行情况。5G网络具有系统性、复杂性，不同网络节点的覆盖能力不同，无线接入技术也比较多样，为了可以实现系统的优化配置和部署，自组织技术应用的过程中，应该全面进行UE和eNB技术测量，通过如上方式能够避免很多网络故障，进而提高网络运行稳定性，并降低维护成本。

3.4煤矿5G移动边缘计算

移动边缘计算将计算能力和IT服务环境提供给靠近终端用户，在靠近终端用户移动节点下沉一些网络业务，进而实现网络传输时延的缩短，以5G网络提高用户体验。为此，当今5G网络的一项必备基础设施是移动边缘计算，其普遍地应用于车联网等场景当中。可是，由部署节点至重要技术，移动边缘计算都要求结合实际场景来设计方案，即当前固有的移动边缘计算方案难以在煤矿智能化中直接应用。为此，基于煤矿智能化的移动边缘计算需要设计架构，且对适宜的重要技术（计算任务卸载和迁移、云边协同等）进行研发。其中，煤矿移动边缘计算中的多层次智能架构（云+边缘+端）的云边协同非常适用。在此需要明确的是，移动边缘计算节点不但涵盖网络设备，而且囊括自动化的掘进机和采煤机等终端设备。在“端”以人工智能算法（深度学习等）使单台输送和采矿设备的智能实现，在“边缘”对多台设备的运行和环境感知参数进行收集，以及对生产远程控制等时延标准非常高的紧急事件予以处理，以使紧急设备托管实现，在“云”中对“端”的信息进行采集，深入优化智能算法，从而提高单台设备的智能化水平。

结语

5G网络是矿山构建智能化生产平台的重要支撑，提出了一种分区域多频融合组网方案，并在西湾露天煤矿进行了应用，实践结果表明，多频融合组网方案可大大减小露天矿盲区面积，对露天矿无人驾驶、远程操控、连续采煤等智能化系统运行起到重要支撑作用，为露天智能化矿山5G网络建设提供了参考思路。

参考文献

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