采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)研究

周 洋

（同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 朔州 036000）

引言

在采煤機(jī)的工作過(guò)程中，需要根據(jù)煤層的高度對(duì)滾筒高度進(jìn)行變化控制，而在目前的煤礦場(chǎng)中，很多都是采用人工來(lái)控制，依靠工人的肉眼觀察滾筒的高度，觀察滾筒在割煤的時(shí)候搖臂擺動(dòng)的情況，并且根據(jù)煤石飛濺的情況來(lái)判斷煤層的位置是否正確，然后，利用端頭操作站或者是利用手拿遙控器對(duì)滾筒高度進(jìn)行升降調(diào)整[1-3]。但是在現(xiàn)場(chǎng)工作過(guò)程中存在有很多灰塵，使視線受到干擾，導(dǎo)致滾筒的高度調(diào)整不及時(shí)，這不僅會(huì)造成產(chǎn)出煤的質(zhì)量不好，而且會(huì)加大設(shè)備及人力的損耗。所以，采用自動(dòng)調(diào)高的控制技術(shù)不僅能很好地解決這些問(wèn)題，還能夠提高工作效率，降低安全事故發(fā)生的概率[4]。

1 自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)的自動(dòng)切割調(diào)高技術(shù)

1.1 自動(dòng)切割方式

自動(dòng)切割的方式對(duì)滾筒的自動(dòng)控制調(diào)高分為兩個(gè)部分。

1）學(xué)習(xí)部分。先設(shè)定一個(gè)位置起點(diǎn)，然后開(kāi)始運(yùn)行，進(jìn)行正常工作割煤，利用人工干預(yù)，采用遙控器控制滾筒的升降，并在割煤的過(guò)程中，記錄下每個(gè)控制點(diǎn)的滾筒高度，然后在采煤機(jī)的動(dòng)力牽引下至另一個(gè)端頭，進(jìn)行清煤工作。完成后，從這個(gè)端頭又重復(fù)運(yùn)行至起始的端頭，同樣在人工控制下，記錄下每個(gè)控制高度下的記憶點(diǎn)，這樣，就完成了從一個(gè)端口到另一個(gè)端口的循環(huán)學(xué)習(xí)過(guò)程。依靠控制器，可以將整個(gè)過(guò)程記錄下來(lái)，這就是記憶切割的運(yùn)行路線。

2）記憶切割。按照第一部分的記憶路線，自動(dòng)進(jìn)行滾筒的高度調(diào)節(jié)，達(dá)到自動(dòng)調(diào)高的目的。而一旦遇到突發(fā)情況，同樣可以采用人工控制的手段，對(duì)滾筒的高度進(jìn)行干預(yù)，采取手動(dòng)調(diào)節(jié)，而在手動(dòng)調(diào)節(jié)的這個(gè)過(guò)程中，可以選擇存儲(chǔ)記憶，也可以選擇放棄記憶。

整個(gè)自動(dòng)切割調(diào)高技術(shù)的控制流程，如圖1 所示。在這個(gè)過(guò)程中是可以通過(guò)畫(huà)面對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的，可以隨時(shí)進(jìn)行人工控制。

圖1 自動(dòng)切割調(diào)高技術(shù)控制流程

1.2 人工操作過(guò)程

在采用自動(dòng)切割調(diào)高技術(shù)的時(shí)候，其中人工干預(yù)的作用十分重要，自動(dòng)調(diào)高在正常的工作運(yùn)行狀態(tài)下，根據(jù)的就是人工操作的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行的，所以人工操作過(guò)程要求比較嚴(yán)格。

首先就是要確定學(xué)習(xí)過(guò)程的整個(gè)循環(huán)的兩個(gè)端點(diǎn)，要確保采煤工作的正常進(jìn)行。其次，需要確保傳感器的信號(hào)正常，如果傳感器的信號(hào)斷了，人工操作的學(xué)習(xí)過(guò)程就不會(huì)被記錄，人工操作的過(guò)程就沒(méi)有用。所以，在進(jìn)行學(xué)習(xí)部分時(shí)，要確保信號(hào)的正常接收。最后，為了防止發(fā)生斷電的意外情況，控制器要有數(shù)據(jù)保持功能，防止整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的無(wú)效而又要重新學(xué)習(xí)。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)，包括了控制器、傳感器，如電流、電壓、傾角數(shù)字油缸、變頻器等。控制系統(tǒng)依靠控制中心和各種傳感器以及其他機(jī)構(gòu)，一起對(duì)滾筒的高度進(jìn)行自動(dòng)控制，如圖2 所示。

圖2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

在采煤機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，通過(guò)控制器接收控制命令，然后利用接觸器對(duì)切割機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，通過(guò)變頻器，將采煤機(jī)利用牽引電機(jī)帶動(dòng)行走，進(jìn)行自動(dòng)切割調(diào)高技術(shù)的學(xué)習(xí)部分，控制器記錄下每一個(gè)控制高度的記憶點(diǎn)，在進(jìn)行第一刀的采集后，就進(jìn)入記憶切割部分，后續(xù)的采煤，按照第一刀的運(yùn)行路線進(jìn)行自動(dòng)滾筒調(diào)高，在這個(gè)過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)切割的路線進(jìn)行人工控制調(diào)整，找到最佳的工作路線，優(yōu)化滾筒的高度控制曲線。

2.1 控制器

控制器可以說(shuō)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，由于井下采煤的工作環(huán)境非常惡劣，采煤機(jī)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)由于振動(dòng)而產(chǎn)生的死機(jī)、信號(hào)中斷或者重啟的現(xiàn)象，而控制器要負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)的采集處理，所以對(duì)控制器的要求要很高。而且，要進(jìn)行自動(dòng)化，那么控制器也需要很多的外接口，比如CAN 總線和以太網(wǎng)接口，可以和其他的一些設(shè)備進(jìn)行通信。所以，控制器就必須要有很高的抗干擾能力[5]。

2.2 CAN 總線

采用CAN 總線接口（見(jiàn)圖3），可以減少其他的接線，對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸效率有很大的提高作用，也會(huì)提高對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的控制效率[6]。

以控制器為中心，通過(guò)CAN 總線，其他結(jié)構(gòu)和控制線相聯(lián)系進(jìn)行通信，顯示屏通過(guò)CAN 總線和控制器通信，傳輸采煤機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，并在顯示屏上顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)，模擬量的信號(hào)，通過(guò)采集模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，并通過(guò)CAN 總線，輸送給控制器，以達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。利用傾角傳感器，可以記錄采煤機(jī)沿著工作面進(jìn)行工作時(shí)的傾角以及俯仰采煤的傾角。利用旋轉(zhuǎn)編碼器，可以通過(guò)采集的數(shù)據(jù)得到采煤機(jī)的運(yùn)行距離。而通過(guò)變頻器，可以通過(guò)采集的數(shù)據(jù)控制采煤機(jī)的運(yùn)行速度。通過(guò)這些數(shù)據(jù)的采集，就可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并達(dá)到遠(yuǎn)程操作控制，人工干預(yù)后繼續(xù)進(jìn)行自動(dòng)切割的目的。

圖3 CAN 總線控制

3 應(yīng)用效果

應(yīng)用自動(dòng)切割調(diào)高技術(shù)對(duì)礦場(chǎng)用采煤機(jī)進(jìn)行研究，采煤機(jī)型號(hào)為MG400/930-WD，采集高度范圍為0.7～1.3 m，采用單進(jìn)線進(jìn)行供電，需要的電壓為1 150 V，其中總裝機(jī)的功率為400 kW，牽引功率為30 kW。采煤機(jī)的機(jī)面高度為650 mm，滾筒的直徑為0.8 m，切割深度為640 mm，過(guò)煤高度為210 mm。采煤機(jī)的工作面條件為：煤的硬度≤3，煤采高為0.9～1.3 m，煤層的傾角圍≤12°。應(yīng)用自動(dòng)調(diào)高技術(shù)，設(shè)置每個(gè)記憶點(diǎn)的間隔位置為1 m，其中的最大采高為1.3 m，在工作面的中間部分進(jìn)行試驗(yàn)，滾筒的高度調(diào)節(jié)的誤差范圍為0.02 m。根據(jù)自動(dòng)調(diào)高技術(shù)的步驟，先進(jìn)行學(xué)習(xí)部分，后進(jìn)行記憶切割部分，在學(xué)習(xí)部分先采一刀煤，記錄下各高度記憶點(diǎn)的位置，之后進(jìn)行記憶切割采三刀煤，后續(xù)幾刀的操作會(huì)繼續(xù)第一刀學(xué)習(xí)部分的路線，而在記憶切割部分，會(huì)有人工結(jié)合實(shí)際情況的控制情況，記錄下人工操作的次數(shù)以及每采一刀煤需要花費(fèi)的時(shí)間，這個(gè)時(shí)候，滾筒會(huì)根據(jù)人工操作后的記憶軌跡，對(duì)滾筒進(jìn)行高度的自動(dòng)調(diào)整，比如說(shuō)在碰到頂板或者底板的極限高度后，可以通過(guò)控制器計(jì)算調(diào)整滾筒的高度記憶值，并對(duì)切割的運(yùn)行路線進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)最終的記錄數(shù)據(jù)，后續(xù)每刀的耗用時(shí)間比沒(méi)有采用自動(dòng)切割調(diào)高技術(shù)要縮短1～2 min。

4 結(jié)論

采用自動(dòng)切割調(diào)高控制系統(tǒng)控制采煤機(jī)滾筒的高度，不僅能夠更好地針對(duì)不同煤層情況進(jìn)行調(diào)整，使設(shè)備的運(yùn)行更加穩(wěn)定，減少設(shè)備損耗和事故的發(fā)生概率，而且可以減少采煤工作耗時(shí)，使采煤工作效率更高。

（編輯：趙婧）