基于PLC 控制的采煤機自動割煤技術(shù)的研究與設(shè)計

齊寅偉

（西山礦業(yè)管理有限公司， 山西 太原 030053）

引言

智能化開采對采煤機的要求是可以隨著煤層的覆存條件及開采的狀態(tài)達(dá)到自動調(diào)節(jié)的目的。在采煤機智能開采的技術(shù)中，狀態(tài)感知及智能控制是其核心的技術(shù)。此前眾多學(xué)者對采煤機的智能化開采做出過一定的研究。何廣東[1]基于PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計了采煤機的自動化、智能化割煤控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了綜采工作面無人、少人模式下采煤機記憶割煤功能。郭衛(wèi)[2]針對目前基于組態(tài)軟件設(shè)計的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足，設(shè)計了采煤機智能化控制系統(tǒng)，環(huán)境參數(shù)信號能夠?qū)Σ擅簷C進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)速、調(diào)高以及停機等功能。路染妮[3]研究了采煤機的煤巖體識別技術(shù)和割煤技術(shù)等，實現(xiàn)了采煤機自動化和遠(yuǎn)程操控，為系統(tǒng)監(jiān)測工作及時提供科學(xué)準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。本文結(jié)合采煤機在煤礦井下的實際工況，對采煤機的自動化、智能化割煤控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，實現(xiàn)了煤礦綜采工作面的無人化、自動化開采。

1 滾筒采煤機的自動割煤控制系統(tǒng)的設(shè)計

滾筒采煤機的自動割煤控制系統(tǒng)主要由主控單元、自動控制單元、執(zhí)行單元、信號采集單元和手動控制單元組成。傳感器作為采煤機的主要監(jiān)測設(shè)備主要體現(xiàn)在機械傳動、采煤機運行狀態(tài)及環(huán)境等方面，對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行對采煤機主板的匯總，為采煤機主板對采煤機的運行進(jìn)行及時有效的監(jiān)測。采煤機的主板一般包括的技術(shù)參數(shù)有采煤機的開關(guān)信號、頻率信號、擬量輸入信號及繼電器信號燈。根據(jù)其工作參數(shù)將其分為了電氣控制板、液壓水路控制板、機械傳動控制板及姿態(tài)監(jiān)控控制板。

滾筒采煤機的電氣主控板的技術(shù)參數(shù)主要包含：電壓等級、輸出電流、電壓變送器等。通過在采煤機的牽引電機部位安裝兩個電流傳感器，電流傳感器量程為0～500 A；同時在滾筒兩側(cè)的滾筒及牽引電機上安裝2 個C 型溫度傳感器，量程小于200 ℃，可通過電機的扭矩來監(jiān)測和判斷滾筒的負(fù)載情況。液壓水路主控板主要有液壓油箱液位傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器。通過壓力傳感器記錄進(jìn)出口的壓力，當(dāng)進(jìn)出口出現(xiàn)壓力過大的情況時，考慮進(jìn)出口堵塞，當(dāng)進(jìn)出口壓力較低時，考慮出現(xiàn)漏液及泄露問題。在冷卻水進(jìn)出口的位置布置溫度傳感器，溫度傳感器的型號選擇為WS9050，用于監(jiān)控冷卻口的溫度。在滾筒的油缸兩側(cè)分別安裝J120-192 壓力傳感器，數(shù)字采集量口5 個，模擬采集量為18 個，線路接口1 個。

傳動監(jiān)控系統(tǒng)在油箱的內(nèi)部安裝軸承溫度傳感器，以此來反應(yīng)油箱內(nèi)部的溫度，型號為WS9050，供電電壓設(shè)定為DC24 V。同時在機組的箱體內(nèi)部安裝瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎咚節(jié)舛葌鞲衅鞯男吞枮镈J4G，額定的供電電壓為660 V/380 V/36 V，瓦斯?jié)舛葌鞲衅骶邆洚惓Ｐ畔⒌妮敵鲂阅埽赃_(dá)到報警的作用。同時布置2 路電源，均為18 V。

采煤機運行姿態(tài)監(jiān)控板主要包括了滾筒的高度及采煤機工作的傾角。在滾筒的搖臂位置布置位置監(jiān)控板，位置監(jiān)控板可以根據(jù)左右搖臂的角度來計算采煤機的滾筒工作高度。采煤機的傾角計算主要依靠雙軸的傾斜角度及電子的傾角。在采煤機滾筒的齒輪部位安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，系統(tǒng)還具有采集器6個及上下聯(lián)接口各一個[4]。

滾筒采煤機的智能化運行控制主要依靠運行控制器及主控板完成，可以實現(xiàn)對各個電動機的斷電、送電等指令。同時可以控制電動機的啟動和停止、滾筒的截割高度、牽引力換向等命令。智能控制系統(tǒng)不需要邏輯語言運算，依靠于工作人員的手動操作命令。采煤機手柄控制單元用于收集人工的命令并將其傳輸至采煤機控制板，以達(dá)到工作的合理有序。采煤機的智能化算法是采煤機自動割煤的重要依據(jù)，其核心為中央控制器。中央控制板通過對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理利用煤巖識別技術(shù)或采煤機記憶割煤進(jìn)行命令處理，并將命令發(fā)于采煤機的運行控制板。滾筒采煤機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。

圖1 滾筒采煤機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計示意圖

2 自動割煤控制系統(tǒng)的煤巖體識別功能

煤巖識別技術(shù)作為自動割煤控制系統(tǒng)的核心，主要依靠安裝在煤巖的接觸面上的傳感器，監(jiān)測和記錄采煤機滾筒的油缸壓力和電機的電流。滾筒采煤機在截割作業(yè)的過程中由于滾筒油缸壓力及電機電流作用產(chǎn)生一定的波動，由于煤層與巖層的硬度不同采煤機的波動幅度也是不同的，當(dāng)采煤機進(jìn)行割煤時由于煤層的硬度較低，采煤機的波動幅度較低，當(dāng)采煤機進(jìn)行割煤時，由于巖層的硬度較大，電動機的電流及滾筒的油缸壓力均升高，所以采煤機的振動幅度也就較大，通過這些途徑來實現(xiàn)煤巖體的識別。在割煤作業(yè)時，采煤機的滾筒轉(zhuǎn)速、牽引電機的電流、滾筒的油缸壓力等均處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時的采煤機在作業(yè)時只會自上向下運動，不會水平移動。與此同時，通過預(yù)先設(shè)定的數(shù)值，當(dāng)采煤機滾筒上方的油缸壓力會在滾筒升至設(shè)定高度時停止，避免截齒截割巖層[5]。

當(dāng)智能化監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)得出滾筒電機的載荷電流增大，滾筒的油缸壓力也呈現(xiàn)出增大的趨勢，此時滾筒接觸到了巖層，此時在滾筒的轉(zhuǎn)速一定的前提下，對油缸的上腔部位進(jìn)行注油，此時采煤機的滾筒在共同作用下會出現(xiàn)降低的情況，避免繼續(xù)出現(xiàn)割巖的現(xiàn)象。當(dāng)采煤機的滾筒在接觸到巖層后出現(xiàn)降低后，此時隨著降低的幅度逐步增大，采煤機滾筒油缸內(nèi)部的油液恢復(fù)到正常的壓力，此時采煤機的滾筒停止降低，開始正常割煤。當(dāng)頂板的巖層截割角度大于綜采面頂板的極限傾角時，此時采煤機的控制系統(tǒng)會發(fā)出異常信號，此時采煤機根據(jù)指令會降低牽引速度和采煤機的滾筒轉(zhuǎn)速，保證采煤機的正常運行。在通過滾筒控制算法對其進(jìn)行有效控制的前提下還需根據(jù)電動機的電流、采煤機的滾筒轉(zhuǎn)速、采煤機運行速度等進(jìn)行控制，達(dá)到滾筒采煤機的自動化割煤。

3 結(jié)語

采煤機的智能化割煤在實際生產(chǎn)中不僅截割效率高，同時可以有效地減小礦山工作人員的勞動強度，提升礦山的安全性。現(xiàn)階段的煤巖識別技術(shù)可以有效地識別煤層與巖層且準(zhǔn)確率高，所以采煤機的智能控制已經(jīng)成為了礦山的熱門課題，本文根據(jù)已有的資料對采煤機的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行一定的設(shè)計，為建設(shè)智慧化高產(chǎn)、高效礦井奠定基礎(chǔ)。