本站原创【摘 要】煤炭综采成套装备是实现煤炭安全、高效、高回收率开采的重要保障和先决条件.目前,我国已能提供中低端系列煤炭综采成套装备,但高端煤炭综采成套装备与国外发达国家相比尚存在较大差距,主要原因是其核心装备智能控制系统以及装备智能化所需关键零部件的发展缓慢.因此,大力发展煤炭综采智能控制系统及装备是煤炭综采智能化发展的需要,也是国家煤炭行业发展的需要.
【关 键 词】自动化；神经模糊推理系统
针对采煤机自动控制中的多源信号识别、煤岩分界、采煤机定位及数字化绝对坐标系建立等难题,以采煤机连续可靠高效运行为前提,提出一种多元信息融合的采煤机姿态自动控制方法.该方法基于自适应神经模糊推理系统（ANFIS）建立一种采煤机截割振动预测模型,并依据该模型给出一种煤岩识别的反演推理方法,以解决采煤机姿态自动控制中的煤岩界面识别难题,并利用惯性导航与定位技术建立采煤机的动态行走模型和工作面数字化坐标系,利用截割轨迹、运行条件、最大采煤率等多元信息形成一种采煤机截割路径优化策略,完成多信息融合下的采煤机姿态自动控制,为采煤机的自动化控制以及整个工作面自动化的实现提供新的方法和理论,下面我就针对新型采煤机谈谈几点认识：
一、系统建立
1.新型采煤机截割振动、噪音识别系统的建立
由于煤岩强度、硬度、弹性、脆性、坚固性等物理特性的差异,造成采煤机截割阻抗不同,进而诱导其在截割过程中产生不同的振动、噪音信号.为识别该信号,采用独立分量分析方法将滚筒截割部件的振动信号、噪音信号与其他噪音信号分离,提取采煤机截割部产生的噪音和振动信号,并根据噪音与振动特性变化规律,建立当前煤岩特性下的截割振动特性阈值,为采煤机姿态自动控制中的煤岩界面识别提供依据.
2、基于自适应神经模糊推理系统（ANFIS）的采煤机截割振动预测模型的建立
鉴于影响采煤机滚筒振动的因素非常多,采煤机工作参数如截齿特性、滚筒转速、截割深度、牵引速度、采煤机倾角,截割对象硬度（截割阻力）等与滚筒截割振动特性之间存在复杂的非线性关系,构建一个有多输入单输出的基于ANFIS系统的采煤机截割振动预测模型.首先,在实验室尺度下的,完成采煤机模型的截割振动特性分析,建立一种简易的实验模型,然后选用实际数据样本进行模型优化与训练.通过对样本参数分析,建立逻辑传感器系统,通过系统自身的训练和学习过程,在已建立的模糊规则基础上不断自动调整变量隶属度函数图形参数,使之适应模糊推理系统输入、输出关系的最佳组合,实现采煤机滚筒振动特性的准确预测.采煤机滚筒截割振动预测模型建立完成后,其输入量除了截割材料煤/岩特性外,其余量均来源于实测物理量,通过比较预测振动特性值与实际振动特性值可以判断该工作状态是否截割到岩石,其误差阈值需要根据滚筒截割岩石测的振动特征值确定.
3、基于图像识别技术的截割轨迹煤岩分界系统的建立
因煤岩材质不同,其颜色、光泽、纹理、断口形状等具有明显差异,通过图像边缘识别技术,提取采煤机截割后的截割轨迹特征,确定其在当前坐标位置的煤岩分界线,将多点采样的分界线使用插值算法获得当前整个工作面的截割轨迹,为采煤机截割路径优化提供依据.
4、以采煤机特征点为标识的工作面数字化坐标系的建立
采煤机在工作面的准确定位是实现采煤机自动控制的前提.以采煤机工作的起始位置为坐标系原点o；重力加速度反方向为y轴正方向,重力加速度方向为y轴负方向；平行于刮板运输机且与y轴垂直方向为x轴,面朝煤壁,向右为x轴正方向,向左为x轴负方向；垂直于xy平面且指向煤壁方向为z轴正方向,相反为z轴负方向.采用特征点取值的方式作为采煤机的定位点,此特征点的三维坐标来唯一确定采煤机的位置,在该位置处安装加速度传感器和陀螺仪,实时采集采煤机运动状态和倾角情况.通过对加速度计的积分实时计算采煤机的位移,并通过其陀螺仪的信号输出计算出采煤机的角度便宜,对于z向移动采用步序计数和截割深度进行计算.在采用积分计算时,因传感器误差信号误差会引入累积误差,通过在刮板输送机上设置矫正位置点,对传感器造成的累积误差进行校准.
5、基于多元信息的采煤机截割路径优化策略的确定
考虑实际地质结构的复杂性和局部不连续性及产品质量（含矸量）的要求,以最大采出率为优化目标,实现截割轨迹的优化.对采煤机运动轨迹进行数字化描述,与拟合的煤岩分界线进行对比,考虑煤层厚度与截割深度的关系和顶板高度、卧底深度的最大曲率半径限制,建立采煤机采高的调节曲线轨迹,以最大采率为目标建立采用最小二乘法优化得调高曲线.因煤层的褶皱、凹凸会造成该曲线局部较大曲率,导致采煤机摇臂的运动方向存在突变点,形成“龙格现象”使系统不稳定,造成采煤机摇臂的运动加速度变化过于剧烈,将优化后的调高曲线通过样条插值法进行平滑,避免“龙格现象”的出现,保证摇臂在各关键点处的速度和加速度均为零,从而提高了采煤机运行的稳定性.
二、结论
煤矿综合自动化是指利用先进的网络技术、自动控制技术、通信技术、计算机技术、视频技术,将煤炭生产全过程建成一个以工业以太环网+现场总线为网络平台的矿井综合自动化系统,实现信息、数据的连通与共享,将功能集成为不同的应用系统联系起来协调有序运行,从而避免信息孤岛的出现,使得信息资源和设备资源得以充分发挥,提高矿井安全生产管理水平,实现矿井高效运行.