煤矿综采工作面虚拟仿真与远程控制系统

煤矿综采工作面虚拟仿真与远程控制系统

  根据自动化工作面的生产控制需求，结合仿真控制软硬件实现技术，利用虚拟现实平台Quest3D进行了工作面环境及设备的虚拟建模仿真；利用传感检测技术和数据库技术对工作面设备的工况数据进行采集、分析、处理和存储更新；通过程序设计语言C++以及MySQL数据库的编程对远程操控台及虚拟样机进行了调试；提出了基于Quest3D的综采工作面虚拟现实系统的实现方法，实现了对综采工作面设备的虚拟仿真与远程监控，为综采工作面的远程监控技术方案提供了新的解决途径，也为实现综采工作面生产过程的“智能开采”和“自动化少人无人工作面”奠定了必要的基础。

  

成果内容提要：

  综采工作面设备的远程监控是当前煤矿开采研究的一大难题，本作品结合当前实际研究状况提出了一种新的综采工作面远程监控系统实现方法。该方法能够有效完成综采工作面各设备工作状态的真实再现以及对各设备的实时操控，为实现“智能化”和“无人化”综采工作面奠定了基础。

本成果的意义：

  我国是煤炭生产大国，井下环境恶劣，地质环境复杂，使得许多传统工艺无法在井下得以实现，目前煤矿生产过程都是由操作人员在工作面进行人工现场操控，这种方式不仅不直观，而且效率非常低，甚至还影响到煤矿的安全高效生产。本作品所设计的综采工作面远程虚拟控制系统，基于虚拟现实技术，实现对综采工作面三机的实时监控，对于提高开采效率、保障矿井安全生产、降低工人劳动强度、实现“智能开采”、“智慧矿山”具有重要意义。

本作品的基本思路：

  基于虚拟现实的综采工作面远程监控系统实现方法：首先，操纵装置发出控制指令，由井下工控台接收并驱动三机工作，并且将三机工作状态数据实时进行采集及处理，由数据采集模块上传至控制平台；同时，操纵装置发出的控制指令，由软硬件数据接口进行采集并发送至虚拟软件展示平台，由内部编写的程序完成虚拟设备的驱动。此外，控制平台还将工作状态数据实时发送给虚拟设备进行修正，实现井下三机与虚拟样机的同步运行，从而完成工作面采煤机、液压支架和刮板机的远程控制。

本作品的适用范围和创新点：

  本作品设计之初就考虑了通用性原则，所以可以广泛应用于各类煤层，对于采用综采自动化采煤的煤矿意义重大。当然，本作品在地质环境较好的煤矿应用效果会更好，可以更有效的推进煤矿综采自动化，进而向少人化、无人化发展。

本作品的创新点主要体现在以下三个方面: 

  1、通过3dmax和quest3d等虚拟现实软件完成了虚拟控制系统搭建，利用RS485总线将控制指令同时传输到虚拟样机和井下真实采煤机，达到通过控制虚拟样机而控制井下真实采煤机的目的，同时通过采集井下真实采煤机的位姿和状态参数对虚拟样机进行实时修正，使得虚拟样机能够实时真实的反映井下采煤机工作情况，同时能够实现采煤机井下虚拟场景漫游，还具有一定的故障预警功能。

  2、设计了一种通用的虚拟现实数据接口，用以实现虚拟操控台对虚拟样机和真实采煤机的控制操作。该虚拟现实数据接口在Visual Studio 2010开发平台中使用数据采集卡的动态链接库函数对虚拟操控台上的操控指令进行采集，然后利用SQL语言将采集的操控台指令存入MySQL数据库中，最后通过Quest3D与MySQL数据库相连，实时读取数据库中采集的控制指令，实现控制台指令对虚拟样机和真实采煤机的控制。

  3、在MATLAB中编写了采煤机调高轨迹预测程序，该虚拟现实系统通过调用MATLAB轨迹预测程序和MySQL数据库可以实现采煤机轨迹预测功能，虚拟样机在按照预测轨迹行走时可以对煤壁模型进行修正，真实表现出了井下煤层变化情况，同时将预测刀坐标下发给真实采煤机，实现真实采煤机摇臂的自动调高。

本作品的先进性和经济效益：

  本作品研究了虚拟现实技术在综采工作面设备远程监控系统中的应用，利用虚拟现实软件Quest3D开发了综采工作面虚拟远程控制系统。该系统的实现过程如下：首先，以计算机技术为核心，利用虚拟建模技术根据井下工作面设备及场景建立了三维模型，其次，在Visual Studio C+ + 2005平台下利用C++语言实现了Quest3D SDK包数据接口的开发，最后，在Quest3D平台通过动态编程完成了采煤机虚拟控制系统的研制。与现有的综采工作面设备控制技术相比，本作品的实质性技术特点和显著进步主要体现在以下两点：

  1、本作品所设计的综采工作面远程虚拟控制系统将虚拟现实技术真正的应用到了综采工作面三机远程控制之中，实现了自动化工作面设备远程控制的技术创新。

  2、本作品所设计的综采工作面远程虚拟控制系统所设计的虚拟操控装置数据接口的方法能够有效的将虚拟平台与井下真实设备连接起来，并且实时性良好。

  总之，本作品具有广泛的适用性，其设计合理，从理论上具有先进性和科学性，并且具有良好的实践性，可以方便高效地投入到企业实际生产中，具有强大的社会经济效益，能够有效地配合中央提出的产学研结合的思想，并且以其独特的创新性对于推动我国煤炭产业升级，能源供应持续可靠，推动国家经济社会向着创新驱动型发展具有重大的战略意义。