采煤機自動化拖纜控制系統的優化

李世展

（晉能控股煤業集團同家梁礦，山西 大同 037003）

引言

采煤機運行過程中的數據信息傳遞通過電纜進行，電纜需要能夠隨著采煤機的運動而不斷移動，以滿足數據通信連續性的需求。由于采煤機在綜采作業的過程中需要根據井下情況不斷進行往復運動，因此導致采煤機電纜會發生多次的擠壓和折疊問題，使電纜受到反復的折彎應力作用，加速了電纜的老化，從而導致通信不良，給采煤機的安全運行帶來了極大的隱患。結合采煤機井下綜采作業的需求和電纜運行情況，提出了一種新的采煤機自動化拖纜控制系統。

1 拖纜控制系統結構

結合采煤機和拖纜裝置的運動關系，本文提出了一種新的采煤機拖纜智能控制系統，其整體布局結構如圖1所示[1]。

圖1 拖纜控制系統結構示意圖

由圖1可知，該拖纜控制系統的核心為PLC控制裝置，在系統內設置了2組異步電機，其中一個設置在鏈傳動系統減速器之前，主要作用是為鏈傳動系統的運轉提供驅動力。在電機1和鏈傳動系統間設置了一個減速器，用于在系統內傳遞轉矩并進行轉速匹配。另一個電機則主要是作為采煤機運行的動力源，驅動采煤機的運行。系統內設置了兩個變頻器，一個變頻主要用于控制異步電機1的運行狀態，滿足不同傳動需求，另一個變頻器主要用于控制采煤機的運行，使其滿足系統綜合調控的運行需求。PLC控制系統主要用于接收系統的監測信息，對數據進行分析，確定調整方案并向鏈傳動系統和采煤機發出調控指令，滿足拖纜裝置運行可靠性的需求。

2 自動拖纜控制原理

該拖纜控制系統的設計原則在于要控制脫硫裝置，保證采煤機在任何狀態下均能夠控制拖纜裝置進行隨機運行，避免電纜發生二次彎曲。在對多種控制模式進行分析后，本文選擇一種新的恒扭矩控制模式，以驅動電機輸出的扭矩為定值控制，則在采煤機上行和下行情況下脫纜裝置的運行狀態如圖2所示[2]。

圖2 采煤機不同運行模式下的控制結構示意圖

通過對拖纜裝置的運行情況分析，在其運行時需要克服多種摩擦阻力，將這些綜合阻力作用下的電機輸出扭矩標記為M[3]。則當采煤機在運行時，由PLC控制系統對采煤機的運行狀態進行分析，確定采煤機的運行方向，然后將控制指令傳輸到對應的變頻控制器，使驅動電機保持恒定的輸出扭矩。

若采煤機為上行狀態，則電機的輸出扭矩為逆時針方向，在輸出扭矩作用下采煤機的拖纜裝置電機軸處于受力不平衡的狀態，采煤機的電纜夾將在拖纜裝置的帶動下沿著采煤機的運行方向而運動，此時拖纜裝置內的電纜夾處于受力伸長狀態，當采煤機的運行停止后，拖纜夾在驅動電機的作用下繼續運行，直到受到拖纜夾的反作用力和電機的輸出扭矩平衡后拖纜裝置停止運行，并將控制信號傳輸給PLC控制中心，驅動電機停止運行。

若采煤機處于下行狀態，電纜夾則會拉動拖纜輪同步運動，其拉動力來自于采煤機的下行運動，此時阻礙拖纜夾運行的力主要是拖纜架和鏈傳動系統上的摩擦阻力，系統根據摩擦阻力的大小控制變頻器的輸出信號，使電機輸出轉矩和摩擦阻力保持一致，其轉矩方向為順時針方向，在采煤機的帶動下拖纜夾順著采煤機的方向運行，采煤機停止運行時拖纜裝置同步停止運行，從而避免了電纜的堆疊。

該拖纜控制模式具有控制流程簡單、可靠性好的優點，能夠最大限度地利用采煤機自身的運動狀態帶動拖纜夾的運行，提高其使用經濟性和穩定性。

3 拖纜裝置控制流程

拖纜裝置控制流程如圖3所示[4]。

由圖3可知，該控制核心均在于對采煤機運行狀態的判斷，然后根據判斷結果選擇合適的控制邏輯。當采煤機工作時，系統首先對采煤機運動進行判斷，若采煤機靜止則系統不發出控制信號，若采煤機運動，則系統根據采集的采煤機運行狀態信號發出相關的控制指令，控制拖纜裝置的自動運行。系統在運行過程中還具有故障自檢功能，若判斷系統出現運行故障，則發出停機信號并進行聲光報警，同時將故障位置和原因顯示在屏幕上，便于相關人員及時跟進維護，滿足運行穩定性的需求。該控制系統能實現對采煤機拖纜裝置運行狀態的智能調控，有效避免了電纜在運動過程中的二次折疊問題，提升了電纜的使用壽命和可靠性。

圖3 拖纜裝置控制流程圖

4 結論

1）該系統具有恒扭矩控制模式，以驅動電機輸出的扭矩為定值控制，具有控制流程簡單、可靠性好的優點，能夠最大限度地利用采煤機自身的運動狀態帶動拖纜夾的運行，提高其使用經濟性和穩定性。

2）該控制系統能實現對采煤機拖纜裝置運行狀態的智能調控，有效避免了電纜在運動過程中的二次折疊問題，提升了電纜的使用壽命和可靠性。