基于PLC 采煤機與刮板輸送機聯動控制技術研究

張文靜

（晉能控股煤業集團鐵峰煤業公司，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，其運行的穩定性和可靠性直接決定了井下綜采作業的效率和安全性。由于井下“三機”配套控制邏輯是后級設備的運載能力大于前級設備，因此為了滿足采煤機綜采作業效率和安全性的需求，刮板輸送機通常按最大負載運行能力進行工作。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[1]，極大地影響了刮板輸送機的運行經濟性。

為了優化井下刮板輸送機運行狀態，本文以提高刮板輸送機運行經濟性和安全性為目標，在對采煤機、刮板輸送機協同運行方式進行分析的基礎上，提出了一種基于PLC 的采煤機與刮板輸送機聯動控制技術，利用煤量預測和負載電流的動態監測分析，實現了對采煤機煤量變化情況的精確判斷。以此為基礎，實現對刮板輸送機運行速度的快速、平穩調整。根據實際應用，該技術能夠將井下刮板輸送機運行能耗降低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定性和可靠性。

1 采煤機、刮板輸送機聯動控制原理

采煤機在進行工作時，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行嚙合，實現沿著綜采面的往復運動。根據井下煤層的厚度不斷調整采煤機截割高度，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運動，將其傳輸到轉載機中，進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速、進給速度的分析，對其下一階段的采煤量情況進行判斷，進而快速對刮板輸送機的運行速度進行調整，滿足刮板輸送機靈活、穩定運輸的需求。

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

圖1 采煤機、刮板輸送機聯動控制邏輯示意圖

由圖1 可知，該控制系統主要包括了順槽遠程協同調速系統、刮板輸送機機載調速系統、采煤機機載調速系統、無線以太網絡四個部分[3]。系統采用了模塊化的結構設計模式，能夠實現快速更換及完善，提高系統的應用靈活性和可靠性。

輸送機、刮板輸送機均是一種集機電液于一體的大型設備，結構龐大，因此對速度的調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為基礎信號對刮板輸送機的運行狀態進行調節，就需要提前對采煤機的運行控制信號進行分析，給刮板輸送機的控制信號一個提前量，滿足調控精確性的需求[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載電流為調控信號，系統首先對采煤機的負載電流和運行控制信號進行分析，確定采煤機下一階段的運行狀態信息，對其采煤量變化情況進行預測，然后將預測值傳輸到刮板輸送機機載調速系統內，實現對刮板輸送運行狀態的調整。

2 刮板輸送機、采煤機機載調速系統

刮板輸送機機載調速系統主要包括了刮板輸送機控制器及相關傳感器，主要用于對刮板輸送機的運行速度及電機信息進行監測，然后將監測結果通過無線以太網傳輸給順槽控制中心，由順槽控制中心對采煤機運行狀態和刮板輸送機運行狀態進行分析后，輸出對刮板輸送機的調整控制信號，實現對刮板輸送機運行狀態的靈活調節。

采煤機機載調速系統主要是對采煤機的截割轉速、牽引速度、運行安全等進行實時監測，然后將監測數據傳輸到順槽控制中心，作為順槽中心進行采煤機-刮板輸送機聯動調節的依據。

為了滿足數據傳輸效率和可靠性的需求，系統內的數據傳輸均通過KJJ12 7000 型礦用本安無線數據交換機[5]進行。結合采煤機、刮板輸送機的工作調節，可以將無線數據交換機分布設置到采煤機采空側的機身上、刮板輸送機頭部和尾部的端頭支架上，其設置原則是要保證無線數據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 順槽遠程協同調速系統

順槽遠程協同調速系統是該聯動控制系統的核心，主要設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、采煤機的運行狀態信息進行集中分析和處理[7]，從而完成對采煤機運行狀態信息的提前判斷，生成協同調速策略和調控信號，并將數據信息分別傳輸到采煤機和刮板輸送機，實現刮板輸送機根據采煤機的截割作業狀態自動調整本機運行狀態。

系統還具有數據顯示和預警功能，能夠將采煤機、刮板輸送機的運行狀態信息顯示在監測界面上，操作人員能夠及時掌握采煤機和刮板輸送機的運行狀態信息。當出現參數異常后系統自動進行報警，提醒工作人員及時進行調節，確保采煤機、刮板輸送機聯動運行的安全性。

4 應用情況分析

目前該基于PLC 的采煤機與刮板輸送機聯動控制系統已經在煤礦井下進行了應用，根據應用情況分析，優化后該技術能夠將井下刮板輸送機運行能耗降低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 結論

（1）該聯動控制系統采用了模塊化的結構設計模式，能夠實現快速更換及完善，提高系統的應用靈活性和可靠性。

（2）系統以KJJ12 7000 型礦用本安無線數據交換機為核心實現數據的無線傳輸，提高了采煤機、刮板輸送機的應用靈活性和系統的工作可靠性。

（3）該技術能夠將井下刮板輸送機運行能耗降低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的經濟性和可靠性。