電磁調速電牽引采煤機遙控改造系統的研究

邱艷海

摘要：MXG-500/4.5H型電磁調速電牽引采煤機機組的啟停控制、行走控制、加減速控制等均由本機操作按鈕來實現。為了實現采煤機組的遙控功能，必須加裝一套遙控操作系統，該系統和原操作系統必須融為一體，均能控制采煤機，同時又要增加搖臂升降的控制，為了實現左右搖臂升降的控制分別由兩位司機來完成，遙控系統選用了兩套，與其相對應的是兩個相互獨立的發射裝置，互不影響，機組的調高分別由左右發射裝置來控制，而機組的啟停控制、行走控制、加減速控制等均可由左右發射裝置控制，以保證采煤機工作的安全。

關鍵詞：本機操作 遙控操作系統 采煤機工作安全

0 引言

MXG-500/4.5H型電磁調速電牽引采煤機為老型號機組，是在原液壓機組基礎上改造而成的，其操作方式為就地操作，即由機組本身的按鈕來實現，工人必須近距離跟隨機組行走操控，而此機組所在工作面具有一定角度的仰采，采煤機割煤時煤塊等容易打到司機一面，比較危險而且勞動強度較大，因此有必要對其實施遙控改造，確保操作工人的安全并降低勞動強度。

1 機組調速控制系統概況

滑差電牽引采煤機是以電磁調速電動機（俗稱滑差電機）做牽引的，對采煤機速度的控制實際上就是對滑差電機轉速的控制，即通過調節其電磁離合器勵磁電流來改變其轉差從而實現對其輸出轉速的調節，由于滑差電機的自然特性非常軟，必須通過人工調制改變其機械特性，使其適合牽引負載的需要，改變其機械特性的方法就是在控制環節引入速度負反饋，形成速度閉環，使其實現穩速的要求。

1.1 控制系統的結構 ①速度給定：速度給定是以數字的形式實現的，其增減根據操作人員的指令按一定速度遞增或遞減，有效防止了由于給定值的突變而引起的調節過程的突變導致對機械的沖擊，分辨率位0.1米/分，最大設定值為7.0米/分（此值可根據實際情況進行調整，邢煤機組的設定值為5.0米/分）。②速度反饋：此量取自滑差電機內測速軸編碼器，測速值準確無誤差，且響應快，克服了以往采用測速發電機測速由于其非線性引起的測速誤差和低速時測速不穩定所帶來的調速誤差和低速失調現象。③電流反饋：采用霍爾效應式電流變送器測量勵磁電流，響應快，測量精度高，且輸出是PLC所能識別的模擬量信號（4-20mA）。④速度調節器：速度調節功能是由軟件來實現的，采用了具有優良調節品質的PI調節方法，比例部分能迅速響應輸入信號，積分部分最終消除穩態誤差。⑤電流調節器：電流調節器的功能也是由軟件來實現的，同樣采用PI調節方法。⑥觸發電路、功率模塊：觸發電路是根據電流調節器的輸出來調節功率模塊的導通角，從而調整勵磁回路的電流，實現調速的目的。

1.2 閉環調節參數的整定 在PLC軟件中需要人為設定或需要隨機讀取得PID參數有以下9種：過程變量PVn，即經過每次調整后的反饋量值；設定值SPn，對速度環而言此值即為人為設定的采煤機運行的期望值，對電流環而言此值即為速度環的輸出值，雖負載等影響采煤機運行速度因素的變化而變化；輸出值Mn，各環路調節器的輸出值；環路增益Kc，環路中比例項的增益，影響環路調節的靈敏度；采樣時間Ts；積分時間Ti，此值越大積分效果越差，此值越小積分效果越強；微分時間Td，此值越大微分效果越強，此值越小微分效果越差；積分項前值MX，即前一次PID運算時的積分項值，此值隨計算逐次更新，在進行自動到手動狀態的無擾切換時可人為修正；過程變量前值PVn-1，即最近一次的過程變量值，此值不能人為設定。

①速度環調節參數的整定：速度設定值SPn，此值為速度環的輸入值，由操作人員根據需要自行調整，此值即為采煤機運行速度的期望值。環路增益Kc，此值影響到控制系統響應的靈敏性，而對采煤機這樣一個大慣量負載來說，其響應時間較長，此值不宜過大，否則容易引起超調甚至震蕩，邢煤采煤機設為0.9。采樣時間Ts，由于采煤機的響應時間較長，采樣時間不宜太短，且沒有必要，因為采樣時間太短會增加系統的運算次數和運算量，而且程序自身的掃描時間也不允許該時間太短，本臺采煤機的采樣時間為0.2秒。積分時間Ti，此值的大小影響到系統積分效果的強弱，太小，系統將不穩定，振蕩次數增多；太大，積分作用對系統的影響減小，不利于消除系統的靜態誤差，難以獲得較高的控制精度。該采煤機控制系統選擇的積分時間為0.2分。②電流環調節參數的整定：給定值SPn，此值為速度環調節器的輸出值，隨調節過程中速度調節器輸出的變化而變化，電流環在此系統中是一隨動系統。環路增益Kc，本控制系統中取值0.8。采樣時間Ts，本控制系統取值0.2秒。積分時間Ti，本控制系統取值0.2分。③動力制動時速度環調節參數的整定：動力制動時速度環和正向牽引時所不同的是該閉環為反作用回路，將其回路增益變為-0.6，其余參數不變。

1.3 正向牽引和動力制動狀態間的相互轉換

①正向牽引到動力制動狀態。判據：當采煤機在正向牽引過程中下滑力不斷增加，勵磁電流隨之減小，當采煤機的下滑力增加到一定程度時，勵磁電流趨于零，而采煤機的速度還在不斷增加，如其運行速度超過設定值1米/分，則判定采煤機下滑，需轉入動力制動狀態才能正常運行。動作及參數調整：當判定采煤機下滑后，停牽引電機，將牽引電機轉子制動住，然后啟動動力制動控制系統，改變速度環的回路增益，將原速度環的積分項前值置為零，以保證制動力從零開始逐漸增加，其余參數不變。②動力制動狀態到正向牽引。判據：當采煤機運行在動力制動狀態，隨著下滑力的不斷減小，勵磁電流隨之減小（制動力減小），當采煤機的下滑力減小到一定程度，勵磁電流趨于零（即制動力為零），而采煤機的運行速度卻在減小，當運行速度低于設定值0.7米/分實際判定采煤機不再下滑，應解除動力制動狀態轉為正向牽引。動作及參數調整：當判定采煤機需解除動力制動狀態轉為正向牽引時，松原動機制動閘，按原運行方向啟動牽引電機，改變速度環的回路增益，并將積分項前值置零，其余參數不變。

2 機組遙控改造過程

2.1 液壓控制系統改造

①液壓系統的現狀。該采煤機本身沒有液壓泵站，調高、制動等的動力來自工作面的乳化液泵站，通過人工控制安裝于采煤機液壓回路上的手動片閥等來實現。②液壓系統改造內容。為了實現對機組調高、制動等的遙控操作，必須將控制閥組由手動變為電動，一般采煤機上的液壓系統是由機載液壓泵站來提供液壓動力的，介質為液壓油，控制閥組為油介質電磁閥，該類電磁閥比較普遍，而我們所改造的機組液壓介質為乳化液，一般采煤機上用的油介質電磁閥不能使用，因為如果該類電磁閥用在乳化液回路，其閥芯會很快銹蝕而不能動作，只能使用乳化液介質的電磁閥，因此選用了電控液壓支架上使用的電磁閥組。

2.2 電控系統的改造

①電控系統的現狀。待改造機組的啟停控制、行走控制、加減速控制等均由本機操作按鈕來實現。②電控系統的遙控改造。為了實現采煤機組的遙控功能，必須加裝一套遙控操作系統，該系統和原操作系統必須融為一體，均能控制采煤機，同時又要增加搖臂升降的控制，為了實現左右搖臂升降的控制分別由兩位司機來完成，遙控系統選用了兩套，即接收裝置為兩個（左、右端頭站），與其相對應的是兩個相互獨立的發射裝置，互不影響，機組的調高分別由左右發射裝置來控制，而機組的啟停控制、行走控制、加減速控制等均可由左右發射裝置控制，以保證采煤機工作的安全。

2.3 采煤機遙控改造的具體要求

①在采煤機合適位置增加左、右端頭站各一個，該端頭站既是遙控的接收執行裝置，又具備本機就地操作功能，且左右端頭站工作頻率不同，確保兩個司機的操作相互獨立；②左右端頭站各配兩只無線遙控發射器，工作頻率和各自對應的端頭站匹配；③遙控實現采煤機左右行走及停止控制、加減速控制、左右搖臂升降控制、總停控制等；④改造增加的遙控系統與原來的控制系統完全兼容，不影響原系統的操作模式。

3 結語

采煤機經過遙控改造后，具備了3種操作方式，即本機按鈕控制方式、端頭站按鈕控制方式、遙控方式，增加了系統的可靠性，方便了工人的操作，保證了工人操作的安全性，提高了勞動生產效率，效果顯著。

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