導(dǎo)語(yǔ)：采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)優(yōu)化研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對(duì)目前采煤機(jī)控制系統(tǒng)落后，無法實(shí)現(xiàn)智能綜采作業(yè)的現(xiàn)狀，提出了一種新的采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PLC控制模塊為核心，以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動(dòng)截割作業(yè)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)的無人化綜采作業(yè)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，優(yōu)化后采煤機(jī)的截割效率比優(yōu)化前提升17.8%，截割作業(yè)過程中的故障率降低了54.6%，對(duì)提升綜采作業(yè)效率和綜采作業(yè)安全具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；智能控制；截割效率

煤炭開采作為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，在綜采掘進(jìn)過程中存在著綜采效率低、安全性差的不足，嚴(yán)重影響了煤礦的產(chǎn)業(yè)升級(jí)[1]。采煤機(jī)是煤礦井下綜采作業(yè)的核心，但目前國(guó)內(nèi)多數(shù)采煤機(jī)均采用了人工控制模式，在截割作業(yè)過程中受操作人員的經(jīng)驗(yàn)影響無法實(shí)現(xiàn)對(duì)截割作業(yè)過程的監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致采煤機(jī)截割作業(yè)穩(wěn)定性差、故障率高，制約了井下綜采作業(yè)效率的進(jìn)一步提高。因此，提出了一種優(yōu)化的采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)并展開分析。

1采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)

采煤機(jī)主要包括機(jī)身、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、截割驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、截割滾筒等部分，在截割作業(yè)過程中由控制系統(tǒng)輸出控制信號(hào)，控制搖臂上下擺動(dòng)完成截割作業(yè)。截割滾筒在截割到不同的煤層時(shí)因煤層硬度不同會(huì)導(dǎo)致截割載荷突變，若不及時(shí)調(diào)整截割狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致截割電機(jī)燒毀等。因此該智能控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截割作業(yè)自動(dòng)化的過程中加入了截割經(jīng)濟(jì)性判斷邏輯，在截割載荷突變后自動(dòng)對(duì)截割轉(zhuǎn)速、采煤機(jī)進(jìn)給速度等進(jìn)行分析，獲取最佳的截割參數(shù)，在確保截割安全性的前提下有效提升截割作業(yè)效率，該采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。由于采煤機(jī)長(zhǎng)期在煤礦井下高濕、高塵的環(huán)境中工作，因此要求控制系統(tǒng)和各類傳感器設(shè)備具有較高的穩(wěn)定性，同時(shí)還要考慮到對(duì)掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)改造的經(jīng)濟(jì)性和可行性。通過對(duì)多種控制方案的對(duì)比，最終選擇了以PLC作為該智能控制系統(tǒng)的“大腦”，以數(shù)字通信模塊來對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過程中的各類數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和分析。同時(shí)該控制模塊還要滿足高擴(kuò)展性的需求，便于后續(xù)的升級(jí)和更新，PLC采用S7-300型，不僅具有多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口，而且還具有高可靠性。各類傳感器設(shè)備在布置時(shí)需要考慮防止落石沖擊的影響，在上側(cè)需要設(shè)置防落石擋板。

2截割及牽引控制系統(tǒng)

采煤機(jī)的牽引系統(tǒng)和截割系統(tǒng)雖然分離，但實(shí)際工作過程中截割阻力的大小和截割速度、牽引速度均密切相關(guān)，因此需要對(duì)截割系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合控制，滿足聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制需求。由于煤礦井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，采煤機(jī)的作牽引電機(jī)和右牽引電機(jī)在工作過程中極易出現(xiàn)牽引負(fù)荷不平衡而導(dǎo)致的電機(jī)損壞情況，因此在該控制系統(tǒng)中，提出了一種新的以電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩平衡為核心的牽引負(fù)載調(diào)節(jié)系統(tǒng)[3]，將左牽引電機(jī)和右牽引電機(jī)的控制變頻器之間采用modbus通信協(xié)議連接，將左、右電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩作為控制輸入量，根據(jù)兩者之間的差值實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)牽引電機(jī)的變頻器，滿足功率平衡的控制需求。對(duì)采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)的控制，主要是利用截割負(fù)載反饋理論，作用在截割機(jī)構(gòu)上的載荷變化會(huì)導(dǎo)致截割電機(jī)截割電流的變化和執(zhí)行油缸的壓力變化，因此通過對(duì)截割電流和油缸壓力的監(jiān)測(cè)即可獲取截割負(fù)載變化情況，通過提前對(duì)不同截割載荷下截割轉(zhuǎn)速、牽引速度的相互關(guān)系進(jìn)行分析，獲取不同截割載荷下的最佳匹配速度，將其輸入到控制系統(tǒng)中，在截割作業(yè)過程中即可實(shí)現(xiàn)最佳控制。

3采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)

對(duì)采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的控制主要通過記憶截割邏輯來實(shí)現(xiàn)，但由于煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，為了避免采煤機(jī)在截割作業(yè)過程中出現(xiàn)觸頂事故，在記憶截割控制邏輯的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)防錯(cuò)系統(tǒng)。當(dāng)采煤機(jī)的截割滾筒接觸到頂板時(shí)會(huì)導(dǎo)致截割壓力瞬間增加，執(zhí)行油缸的工作壓力會(huì)同步增大，因此以油缸壓力為輸入控制信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換，傳遞給控制中心，控制中心對(duì)壓力變化情況和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行分析，若油缸壓超過正常截割范圍且持續(xù)時(shí)間超過10s，則系統(tǒng)就標(biāo)定截割滾筒已經(jīng)觸頂，此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)尚不能調(diào)整搖臂高度，系統(tǒng)再對(duì)此時(shí)執(zhí)行油缸的伸出長(zhǎng)度進(jìn)行分析，若判定油缸已經(jīng)伸出大部分，則判定滾筒已觸頂，系統(tǒng)發(fā)出高度調(diào)節(jié)信號(hào)，調(diào)整搖臂的高度。該調(diào)高系統(tǒng)還具備記憶學(xué)習(xí)能力，對(duì)每次調(diào)節(jié)時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行記錄，當(dāng)下次出現(xiàn)類似情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行匹配，若匹配合格則立刻判斷為觸頂并發(fā)出調(diào)節(jié)指令，從而加快調(diào)整速度，確保截割作業(yè)的安全性，該調(diào)高控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示[4]。

4應(yīng)用效果

對(duì)采煤機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，投入使用后對(duì)前后的使用情況進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明優(yōu)化后采煤機(jī)的日進(jìn)尺由45m提升到了53m，比優(yōu)化前提升了17.8%，投入使用以來僅發(fā)生過2次調(diào)高偏位情況，未出現(xiàn)過觸頂、電機(jī)損壞等異常，截割作業(yè)過程中的故障率降低了54.6%，顯著提升了煤礦井下綜采作業(yè)的效率和安全性。

5結(jié)論

1）該智能控制系統(tǒng)以PLC為“大腦”，以數(shù)字通信模塊來對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過程中的各類數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采煤機(jī)作業(yè)過程的智能調(diào)節(jié)和控制。2）以電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩平衡為核心的牽引負(fù)載調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠根據(jù)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的差值實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)牽引電機(jī)的變頻器，滿足功率平衡的控制需求，避免出現(xiàn)電機(jī)損壞。3）采煤機(jī)調(diào)高控制采用了雙重防錯(cuò)系統(tǒng)，通過對(duì)油缸壓力、電機(jī)電流和油缸伸出量的分析，確定是否觸頂，安全性高，判斷精度好，同時(shí)兼有記憶學(xué)習(xí)功能，能夠顯著提升觸頂判斷的速度和準(zhǔn)確性。4）優(yōu)化后采煤機(jī)的截割效率比優(yōu)化前提升17.8%，截割作業(yè)過程中的故障率降低了54.6%。

參考文獻(xiàn)

[1]李駿，林福嚴(yán).跟機(jī)自動(dòng)化中采煤機(jī)自動(dòng)控制方法研究[J].工礦自動(dòng)化，2014，40（2）：1-4.

[2]張旭輝，姚闖，劉志明，等.面向自動(dòng)化工作面的電牽引采煤機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2017，43（4）：1-5.

[3]楊達(dá)飛.基于PLC采煤機(jī)恒功率模糊控制方法[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，24（1）：80-83.

[4]何廣東.基于PLC控制的采煤機(jī)自動(dòng)割煤技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015，43（Suppl2）：100-103.

作者：王振東 單位：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)燕子山礦