基于RFID射頻精準(zhǔn)定位的智能開采研究與應(yīng)用

　　一、項(xiàng)目背景

　　近年來隨著智能開采技術(shù)的不斷發(fā)展，裝備和新工藝不斷更新?lián)Q代,在智能開采中，對(duì)采煤機(jī)位置的精準(zhǔn)定位是能否實(shí)現(xiàn)智能開采的關(guān)鍵，只有準(zhǔn)確無誤地獲取煤機(jī)的準(zhǔn)確位置，才能實(shí)現(xiàn)工作面的智能化開采，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)工作面采煤系統(tǒng)通常采用紅外定位的方式對(duì)采煤機(jī)的位置進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)工作面的自動(dòng)跟機(jī)移架、推溜等動(dòng)作，采用紅外定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的精準(zhǔn)定位，要求對(duì)支架接收器和采煤機(jī)上的接收器和發(fā)射器位置和角度保持一致，中間不能有障礙物，周圍粉塵、光照等環(huán)境因素對(duì)紅外光影響較大，支架紅外接收器接收到的煤機(jī)位置信號(hào)存在延時(shí)、中斷、跳架等現(xiàn)象，無法獲取采煤機(jī)的精準(zhǔn)位置信息，導(dǎo)致液壓支架無法完成一系列智能化動(dòng)作，工作面的智能化開采受到較大影響。

　　二、研究內(nèi)容

　　1.技術(shù)原理

　　RFID射頻定位技術(shù)射頻識(shí)別(RFID)是一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),在綜采工作面采用微波射頻(2.45GHz)頻段，對(duì)接收到的射頻信號(hào)功率進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化，轉(zhuǎn)化為位置坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)基于RFID的精準(zhǔn)定位。

　　2.系統(tǒng)組成

　　該射頻定位系統(tǒng)由計(jì)算上位機(jī)、總線轉(zhuǎn)換器、射頻接收器、射頻信號(hào)中繼器、射頻發(fā)射器;采煤機(jī)定位數(shù)據(jù)分析控制由采煤機(jī)射頻發(fā)射控制器、射頻信號(hào)中繼器接收傳輸給液壓支架射頻接收控制器組成。

　　3.系統(tǒng)構(gòu)建

　　采煤機(jī)上位機(jī)、工控平臺(tái)和數(shù)據(jù)交換機(jī)安裝在順槽集中控制室內(nèi)。采煤機(jī)上位機(jī)通過交換機(jī)和工控平臺(tái)相連，與此同時(shí)采煤機(jī)的數(shù)據(jù)也通過工作面數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，接入到工控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向通訊。射頻發(fā)射控制器安裝在采煤機(jī)上，射頻接收控制器和射頻信號(hào)中繼器安裝在液壓支架上。如圖1所示。

　　圖1 設(shè)備布置示意圖

　　RFID定位系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)精準(zhǔn)定位，為工作面跟機(jī)拉架推溜提供基礎(chǔ)定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工作面采煤設(shè)備智能控制。該系統(tǒng)需通過由以太網(wǎng)液壓支架控制器組成的工作面以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，將液壓支架電液控制系統(tǒng)，三機(jī)控制子系統(tǒng)，采煤機(jī)控制子系統(tǒng)，工作面視頻系統(tǒng)，泵站控制子系統(tǒng)，順槽皮帶控制子系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，環(huán)境數(shù)據(jù)，以及基于微波射頻技術(shù)的工作面人員定位系統(tǒng)，集成到采用 VISTWO 技術(shù)的工控自動(dòng)化平臺(tái)上。工控自動(dòng)化平臺(tái)采用同一數(shù)據(jù)庫，同一顯示控制平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)分析，采用預(yù)警和報(bào)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)化控制和智能控制，實(shí)現(xiàn)綜采工作面人員、支架設(shè)備和運(yùn)行環(huán)境一體化協(xié)調(diào)管控。如圖2所示。

　　圖2 現(xiàn)場射頻中繼器及發(fā)射器

　　3.技術(shù)特點(diǎn)

　　(1)在采煤機(jī)機(jī)身中部將紅外發(fā)射器改裝為RFID射頻定位裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)位置的精準(zhǔn)定位，定位精度在±10cm。

　　(2)設(shè)計(jì)應(yīng)用RFID射頻精準(zhǔn)人員定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面內(nèi)人員的精確定位和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，定位精度在±10cm。

　　(3)設(shè)計(jì)應(yīng)用RFID射頻定位采煤機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控功能、液壓支架遠(yuǎn)程控制功能、采煤機(jī)與支架防干涉功能、人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域自動(dòng)保護(hù)功能、采煤機(jī)路徑規(guī)劃及工作面高度修正功能。

　　(4)采煤機(jī)外置射頻定位技術(shù)在特厚煤層大采高綜放工作面應(yīng)用屬于行業(yè)領(lǐng)先水平。

　　三、應(yīng)用效果

　　該射頻定位裝置成功應(yīng)用在61605工作面，實(shí)現(xiàn)了液壓支架對(duì)采煤機(jī)位置的精準(zhǔn)監(jiān)測，信號(hào)傳輸質(zhì)量、定位精度、抗干擾能力等均達(dá)到智能開采設(shè)計(jì)要求。

　　通過綜采系統(tǒng)上使用RFID射頻定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)61605工作面的智能開采，工作面直接作業(yè)人數(shù)從原來的12人降至5人，當(dāng)天累計(jì)減少工作面直接作業(yè)人員14人，年節(jié)省人工成本168萬元(按照平均12萬/年/人計(jì)算)，人均采煤工效提高92%，達(dá)到減人增效的目的。

　　四、推廣應(yīng)用

　　RFID射頻定位裝置具有能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在龍王溝煤礦61605工作面成功應(yīng)用后，達(dá)到了對(duì)采煤機(jī)的精準(zhǔn)定位的目的，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面的智能開采，取得了良好的效果，為周邊礦井工作面智能化建設(shè)和改造提供了示范，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

　　項(xiàng)目單位：鄂爾多斯市國源礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司

　　聯(lián) 系 人：楊德忠 15504775516