基于PLC的采煤機自動截割控制技術的研究

栗平生

（晉能集團晉中有限公司， 山西 晉中 030600）

引言

采煤機作為井下最重要的煤炭采集的機械設備，其工作的穩定性和自動化程度直接關系著煤炭生產企業的生產安全和經濟效益。在采煤機工作時需要根據井下綜采面煤層的分布情況不斷的對其懸臂高度進行調整，確保采煤機的工作安全和綜采效率。大多數煤炭生產企業所使用的采煤機在執行截割作業時均需要人工對懸臂的高度進行調整，操作時需要高度集中注意力，同時還要兼顧采煤機與刮板輸送機、液壓支架之間的相對位置關系和綜采速度，避免出現因配合脫節造成的冒頂或者漏采事故，因此工人勞動強度大、極易疲勞，且受煤礦井下高塵、高噪聲的影響，在操作時經常會出現誤判，造成采煤機截齒截割到巖壁等事故，嚴重影響了采煤機的安全運行和綜采效率，也不符合井下作業少人化的發展趨勢，因此本文應用記憶截割控制技術，利用PLC可靠性高、數據分析速度快、精確性好的優點，對采煤機的截割控制系統進行優化，提升采煤機截割控制系統的自動化和智能化水平[1]。

1 采煤機記憶截割原理及實現

采煤機要實現自動截割控制，其基礎是對煤層走向和分布進行精確的判斷，根據實際工作經驗及綜合分析，本文提出利用采煤機記憶截割技術作為實現采煤機自動截割控制的基礎。采煤機記憶截割技術主要是指采煤機在工作時，首先在作業人員的控制下進行一個閉環的綜采面煤炭截割，在切割的過程中系統對采煤機在每個位置的地理坐標進行標注和儲存。在后續的工作中在每一個水平點位，控制系統自動根據之前記憶的同水平面上點位的坐標進行對比，在原有基礎上增加水平位置變量，以此類推，從而實現在其他區域采煤機的自動工作，在截割的過程中若出現巷道地質特征發生較大的變化，原有的記憶截割控制系統無法滿足自動控制要求，則可由人工控制進行操作，并再一次進行記憶截割規劃。

采煤機的記憶截割控制原理如圖1所示，圖中X軸表示采煤機沿運行的垂直方向，Y軸表示沿著采煤機工作時的前進方向，Z軸表示空間高度。圖中均勻分布了記憶截割時所采集的36個數據采樣點，在工作時當采煤機切割完第i個采樣點時系統對此時所有采樣點的高度數值進行記錄，當在切割第i+1刀時，在上述記錄點的基礎上自動加入采煤機的移動的位置數據，當需要人工調節時則自動記錄人工調整的數據，并保持，作為后續各切割點位的判斷依據[2]。

圖1 采煤機記憶截割原理示意圖

采煤機記憶截割控制流程如下頁圖2所示。

2 采煤機自動截割控制系統的組成

采煤機的自動控制系統主要包括信息傳輸系統及視頻監測系統，視頻監測系統主要是將視頻采集設備設置在采煤機、液壓支架及總采工作面，利用視頻監測設備實現對綜采面工作過程的不間斷監測，將監測信息利用井下CAN總線結構傳送到控制中，在控制中心工作人員可實現遠程對煤井下工作情況的實時掌握[3]，數據信息的傳輸流程如下頁圖3所示。

信息傳輸系統由發送設備、接收設備及傳輸設備構成，工作人員根據在監測中心監測到的綜采面的運行情況，對采煤機的運行狀態發出控制指令，數據以模擬信號的形式由發送設備發出，利用設置在采煤機控制系統上的接收設備接收到信號后進行模擬信號的轉換，控制采煤機按照指定的運行方式進行調整，實現對采煤機工作狀態的遠程控制，位于采煤機上的數據接收設備的核心為PLC系統，利用其可靠性高、靈敏性好、數據處理能力強的特點實現對采煤機運行狀態的精確控制，自動控制數據傳輸流程如圖4所示。

圖2 采煤機記憶截割控制流程

圖3 自動控制系統視頻傳輸流程

圖4 自動控制系統數據傳輸流程

3 采煤機與PCL控制單元間的通信結構設計

在該采煤機自動截割控制系統中PLC控制單元為整個系統最核心的單元，其主要用于對各數據采集系統所采集的采煤機及巷道工況數據進行分析處理并完成對控制信號的轉換的實際控制，完成對采煤機自動截割路徑規劃控制和修正等，作為控制系統的靈魂，在該PLC控制器上需要設置擴展模塊及標準通信接口，以實現對采煤機工作狀態的靈活的調整和修正。在工作中需設置模擬信號變量實現PLC控制單元和采煤機的數據通信控制，PLC控制單元與采煤機的通信結構框圖如圖5所示[4]。

在PLC控制單元和采煤機之間采用了CAN數據總線結構，利用其工作時信息傳輸速度快、實時性好和數據通信能力強的特點，實現采煤機自動截割控制系統工作時的可靠性和可操作性。

圖5 PLC控制單元與采煤機通信結構

4 基于PCL采煤機截割控制系統的應用

某礦綜采面上工作區域的長度約349 m，采掘時的推進距離約1774 m，煤層厚度分布在3.69～4.42 m之間，平均厚度為3.84 m，綜采區域巷道的傾角為2°～4°，該煤礦煤層分布較為均勻，但巷道上層為采空區域，在工作時頂板壓頻較大，采掘過程中發生落煤、落石的概率大，工作環境危險性高，因此首先在該區域投入了基于PLC的采煤機自動截割控制系統，在實際生產時只需在工作區域設置1名工作人員對采煤機工作狀態進行跟控，經長期運行該系統表現出了很高的穩定性，對巷道環境適應性好，煤炭的出采率達到了94%，憑借其出色的遠程控制功能，實現了采煤機在工作時的遠程控制，極大地提升了綜采面生產的自動化程度和經濟效益。

5 結論

1）基于PLC的采煤機自動截割控制技術能夠靈活地實現自動記憶截割和人工截割，能適應復雜的地質環境。

2）該控制系統在實際應用中表現出了極高的穩定性和工作時的靈活性，遠程控制情況下煤炭出采率達到了94%，大幅提升了綜采面的自動化程度，具有極大的推廣應用價值。