基于PLC 采煤機與刮板輸送機聯(lián)動控制技術(shù)研究

張文靜

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)鐵峰煤業(yè)公司，山西 朔州 037200）

采煤機、刮板輸送機是煤礦井下“三機”的核心裝備，其運行的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井下綜采作業(yè)的效率和安全性。由于井下“三機”配套控制邏輯是后級設(shè)備的運載能力大于前級設(shè)備，因此為了滿足采煤機綜采作業(yè)效率和安全性的需求，刮板輸送機通常按最大負(fù)載運行能力進(jìn)行工作。運行速度高，刮板輸送機磨損量大。但通過實際分析，由于井下各類因素的限制，采煤機通常無法按最高速度進(jìn)行采煤，因此煤量變化較大，刮板輸送機通常處于“大馬拉小車”的運行狀態(tài)[1]，極大地影響了刮板輸送機的運行經(jīng)濟性。

為了優(yōu)化井下刮板輸送機運行狀態(tài)，本文以提高刮板輸送機運行經(jīng)濟性和安全性為目標(biāo)，在對采煤機、刮板輸送機協(xié)同運行方式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于PLC 的采煤機與刮板輸送機聯(lián)動控制技術(shù)，利用煤量預(yù)測和負(fù)載電流的動態(tài)監(jiān)測分析，實現(xiàn)了對采煤機煤量變化情況的精確判斷。以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對刮板輸送機運行速度的快速、平穩(wěn)調(diào)整。根據(jù)實際應(yīng)用，該技術(shù)能夠?qū)⒕鹿伟遢斔蜋C運行能耗降低24.2%，將刮板輸送機運行速度降低19.6%，極大地提升了刮板輸送機的運行穩(wěn)定性和可靠性。

1 采煤機、刮板輸送機聯(lián)動控制原理

采煤機在進(jìn)行工作時，其滑靴在刮板輸送機上滑動，而行走輪則和刮板輸送機上的銷排進(jìn)行嚙合，實現(xiàn)沿著綜采面的往復(fù)運動。根據(jù)井下煤層的厚度不斷調(diào)整采煤機截割高度，截割下來的煤炭落入刮板輸送機中，刮板輸送機再通過中部槽刮板鏈的循環(huán)運動，將其傳輸?shù)睫D(zhuǎn)載機中，進(jìn)而完成煤炭在井下的輸送。由此可知，刮板輸送機的運輸量是由采煤機的采煤量決定的，因此可以通過對采煤機截割轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度的分析，對其下一階段的采煤量情況進(jìn)行判斷，進(jìn)而快速對刮板輸送機的運行速度進(jìn)行調(diào)整，滿足刮板輸送機靈活、穩(wěn)定運輸?shù)男枨蟆?/p>

在對采煤機、刮板輸送機的協(xié)同運行流程進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的采煤機、刮板輸送機聯(lián)動控制系統(tǒng)，其整體控制模式如圖1[2]。

圖1 采煤機、刮板輸送機聯(lián)動控制邏輯示意圖

由圖1 可知，該控制系統(tǒng)主要包括了順槽遠(yuǎn)程協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)、刮板輸送機機載調(diào)速系統(tǒng)、采煤機機載調(diào)速系統(tǒng)、無線以太網(wǎng)絡(luò)四個部分[3]。系統(tǒng)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，能夠?qū)崿F(xiàn)快速更換及完善，提高系統(tǒng)的應(yīng)用靈活性和可靠性。

輸送機、刮板輸送機均是一種集機電液于一體的大型設(shè)備，結(jié)構(gòu)龐大，因此對速度的調(diào)整具有一定的滯后性。而且刮板輸送機上的煤量是具有累積性的，因此以采煤機的運行狀態(tài)為基礎(chǔ)信號對刮板輸送機的運行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，就需要提前對采煤機的運行控制信號進(jìn)行分析，給刮板輸送機的控制信號一個提前量，滿足調(diào)控精確性的需求[4]。在對多種控制方案分析后，最終確定利用刮板輸送機的負(fù)載電流為調(diào)控信號，系統(tǒng)首先對采煤機的負(fù)載電流和運行控制信號進(jìn)行分析，確定采煤機下一階段的運行狀態(tài)信息，對其采煤量變化情況進(jìn)行預(yù)測，然后將預(yù)測值傳輸?shù)焦伟遢斔蜋C機載調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)對刮板輸送運行狀態(tài)的調(diào)整。

2 刮板輸送機、采煤機機載調(diào)速系統(tǒng)

刮板輸送機機載調(diào)速系統(tǒng)主要包括了刮板輸送機控制器及相關(guān)傳感器，主要用于對刮板輸送機的運行速度及電機信息進(jìn)行監(jiān)測，然后將監(jiān)測結(jié)果通過無線以太網(wǎng)傳輸給順槽控制中心，由順槽控制中心對采煤機運行狀態(tài)和刮板輸送機運行狀態(tài)進(jìn)行分析后，輸出對刮板輸送機的調(diào)整控制信號，實現(xiàn)對刮板輸送機運行狀態(tài)的靈活調(diào)節(jié)。

采煤機機載調(diào)速系統(tǒng)主要是對采煤機的截割轉(zhuǎn)速、牽引速度、運行安全等進(jìn)行實時監(jiān)測，然后將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)巾槻劭刂浦行?，作為順槽中心進(jìn)行采煤機-刮板輸送機聯(lián)動調(diào)節(jié)的依據(jù)。

為了滿足數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性的需求，系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸均通過KJJ12 7000 型礦用本安無線數(shù)據(jù)交換機[5]進(jìn)行。結(jié)合采煤機、刮板輸送機的工作調(diào)節(jié)，可以將無線數(shù)據(jù)交換機分布設(shè)置到采煤機采空側(cè)的機身上、刮板輸送機頭部和尾部的端頭支架上，其設(shè)置原則是要保證無線數(shù)據(jù)信息覆蓋的完整性和交換機的安全性，避免受到落石沖擊等[6]。

3 順槽遠(yuǎn)程協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)

順槽遠(yuǎn)程協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)是該聯(lián)動控制系統(tǒng)的核心，主要設(shè)置在運輸巷的順槽集控中心處，通過PLC 控制器來對刮板輸送機、采煤機的運行狀態(tài)信息進(jìn)行集中分析和處理[7]，從而完成對采煤機運行狀態(tài)信息的提前判斷，生成協(xié)同調(diào)速策略和調(diào)控信號，并將數(shù)據(jù)信息分別傳輸?shù)讲擅簷C和刮板輸送機，實現(xiàn)刮板輸送機根據(jù)采煤機的截割作業(yè)狀態(tài)自動調(diào)整本機運行狀態(tài)。

系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)顯示和預(yù)警功能，能夠?qū)⒉擅簷C、刮板輸送機的運行狀態(tài)信息顯示在監(jiān)測界面上，操作人員能夠及時掌握采煤機和刮板輸送機的運行狀態(tài)信息。當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)異常后系統(tǒng)自動進(jìn)行報警，提醒工作人員及時進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保采煤機、刮板輸送機聯(lián)動運行的安全性。

4 應(yīng)用情況分析

目前該基于PLC 的采煤機與刮板輸送機聯(lián)動控制系統(tǒng)已經(jīng)在煤礦井下進(jìn)行了應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用情況分析，優(yōu)化后該技術(shù)能夠?qū)⒕鹿伟遢斔蜋C運行能耗降低24.2%，將刮板輸送機運行速度由3.7 m/s 降低到2.97 m/s，運行速度降低了19.6%。運行速度的降低意味著刮板輸送機運行時各個零部件之間的磨損情況降低，因此能夠有效地提升刮板輸送機的運行磨損，提高刮板輸送機的運行壽命。

5 結(jié)論

（1）該聯(lián)動控制系統(tǒng)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，能夠?qū)崿F(xiàn)快速更換及完善，提高系統(tǒng)的應(yīng)用靈活性和可靠性。

（2）系統(tǒng)以KJJ12 7000 型礦用本安無線數(shù)據(jù)交換機為核心實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，提高了采煤機、刮板輸送機的應(yīng)用靈活性和系統(tǒng)的工作可靠性。

（3）該技術(shù)能夠?qū)⒕鹿伟遢斔蜋C運行能耗降低24.2%，將刮板輸送機運行速度降低19.6%，有效解決了“大馬拉小車”的困境，提高了井下物料運輸?shù)慕?jīng)濟性和可靠性。