數字化掘進機電控系統

李鴻巖+蘇宏彪++楊林

摘 要：文章介紹了一種新式掘進機電控系統，它主要采用礦用本安型角度傳感器、礦用壓力傳感器、礦用位移傳感器等采集信號，并控制掘進機動作。可以監控掘進機綜合參數、防止切割頭和鏟板相互碰撞、實現數字化切割。

關鍵詞：掘進機；電控系統；位移傳感器；數字化切割

1 概述

數字化掘進機電控技術在國外比較成熟，但在國內仍屬于起步階段，目前國內掘進機的監控方面只有過載、過溫、斷相、漏電、缺項等幾個基本的參數，而切割和控制方面只是建立在司機的經驗基礎之上，這并不能滿足煤礦對安全與精確度的要求。因此，結合國內煤礦的實際情況提出一種先進、可靠、實用性強的新電控方案。

2 電控系統原理

圖1 電控系統原理框

2.1 傳感器

傳感器（除漏電流傳感器外）均系本質安全型且全部通過安全柵光電隔離后與PLC進行通訊，以提高抗干擾能力以及保護安全側電路。

油位、油溫、流量、壓力、位移、角度傳感器均采用本安電源供電，將采集到的油位、油溫、油壓、水流量、水壓、位移、角度信號傳輸到PLC的模擬量模塊，經過PLC處理后再傳輸給液晶屏。

在PLC程序中對油位的下限、油溫的上限、油壓異常、水流量下限、水壓力異常等都設置了保護措施，當油位低于下限，油溫高于上限、油壓出現異常、水流量低于下限、水壓力異常時，切斷油泵電機的供電電源，從而停止整機的工作以避免造成油泵損壞、電機繞組溫度過高。

位移傳感器采用礦用本安型位移傳感器，由本安電源供電，固定在掘進機回轉臺和鏟板的油缸內，可以實時采集切割頭以及鏟板的位移信號并傳輸到PLC中。

角度傳感器采用礦用本安型傳感器，有本安電源供電，固定在切割臂和回轉臺的連接處，可以測量出切割頭與水平面（即掘進機所在地面）的夾角，并傳輸給PLC。

2.2 執行機構

電磁閥箱主要由礦用隔爆型電磁閥、電液比例閥組成，它是一個執行機構。PLC可以通過數字量控制電磁閥的通斷、通過模擬量控制電液比例閥的開關時間和閥芯的位置，從而達到控制切割頭和鏟板的要求。

2.3 切割頭、鏟板防撞

由于切割頭下移和鏟板抬升的過程中有重合的區域，如果切割頭與鏟板碰撞將發生嚴重的事故，因此把該重合的區域稱作危險區域。本系統通過礦用角度傳感器和位移傳感器可以實時掌握切割頭和鏟板的位置。PLC將傳感器采集到的模擬量信號轉換成數字信號把切割頭和鏟板的位移數字化。

當切割頭或鏟板單獨動作時可以滿行程動作，但當系統檢測到它們中有一方進入危險區域后，那么將鎖定另一方的行程范圍，即：控制電磁閥使得另一方無法超出系統已鎖定的范圍，這樣就從根本上解決了切割頭和鏟板碰撞的問題。

2.4 顯示系統

顯示系統為掘進機電控系統一個重要的組成部分，安裝在操作箱內。它可以實時地把系統參數和切割軌跡反映給操作者，同時也可以記錄系統運行中的各種參數、故障信息并向操作者提供故障解決的方法。

如圖2 所示。門洞型為切割頭運動范圍；實心圓表示切割頭；橫線代表鏟板；四個箭頭代表當前切割頭運動方向；其他實時數據顯示如圖所示。

圖2 掘進機綜合切割畫面

3 數字化切割

掘進機操作過程中前方由于煤層掉落粉塵較大很多時候掘進機操作人員看不清工作面的具體情況，切割斷面形狀很難掌握。因此，根據現場巷道的實際情況，編寫一套數字化切割程序，首先根據巷道的實際尺寸鎖定切割頭和鏟板的運動范圍，再通過位移傳感器和角度傳感器采集信號，顯示系統顯示出切割軌跡，這樣操作人員就可以根據具體的數據來完成整個巷道的切割作業。

掘進機掘進過程中分為手動控制和自動控制。手動控制時，切割頭在同一時刻只能向一個方向移動，所以在數字切割程序中添加了切割頭運動軌跡互鎖程序，即切割頭縱向運動時，橫向運動功能將被鎖定，反之亦然。自動控制時，操作人員可輸入斷面參數坐標，切割頭可自行完成曲線切割軌跡。

4 結束語

該數字化電控系統在實際應用中大大地提高了巷道掘進的效率，降低了操作人員的勞動強度，同時也能很好地保證操作人員的安全。

為了保障該系統控制的精確性應盡量減少電控箱的震動，需在安裝電控箱時加裝減震系統，且進入PLC的模擬量信號需經安全柵進行隔離處理，電控箱內的電氣元件應高低壓分開，并進行良好的接地處理。

參考文獻

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