范紅斌

山西晉煤集團金鼎公司，山西晉城 048000

0 引言

由于采煤機的牽引方向和牽引速度是變化的，若采用常規(guī)的等時間采樣周期不符合實際工作環(huán)境，可能導致滾筒高度采樣點數(shù)據(jù)不均勻，而且上一刀的采樣數(shù)據(jù)作為下一刀的控制依據(jù)不能對應等現(xiàn)象。因此，本課題通過分析采煤機滾筒調高記憶程控的基本原理，采用密采稀存的方式，主要是通過長間隔根據(jù)采煤機移動位移作為采樣尺度，以盡可能小的控制系統(tǒng)及盡可能小的存儲空間達到采煤機位置姿態(tài)檢測存儲的目的，進而通過控制系統(tǒng)提取上次或首次的存儲數(shù)據(jù)，來控制電磁閥通斷的次數(shù)和通斷的時間，最終控制采煤機滾筒的當前姿態(tài)，以達到提高采煤機回采率和生產(chǎn)效率的目的[1，2]。本文主要探討了采煤機記憶程控滾筒調高控制策略相關問題。

1 記憶程控調高的基本原理

采煤機滾筒截割記憶程控調高的基本原理：它是由司機操縱采煤機沿工作面方向的煤層高低起伏條件先割一刀，滾筒調高的控制系統(tǒng)將采煤機的行程位置、滾筒的高度位置，采煤機的工作姿態(tài)、牽引方向和牽引速度等信息存入到計算機中，以后的滾筒截割高度均由計算機根據(jù)存儲器記憶的工作參數(shù)，自動調高滾筒的位置高度。若有煤層條件發(fā)生變化時，則由司機手動操作割煤（作為位置高度的微調），并自動記憶調整過的工作參數(shù)，作為下一刀滾筒調高的工作程序。這種方法是一種還可以人工干預的自動化操縱方式，司機可任意調整滾筒（搖臂）的位置而不受記憶數(shù)據(jù)的限制。

截割記憶程控的特征是預知控制結果的再現(xiàn)控制，控制的精度和可靠性取決于采樣記憶的信息量和準確程度。與截割記憶程控相關的信息有：采煤機的運行狀態(tài)（采煤機的牽引方向、牽引速度和換向、斜切進刀的往復牽引、空行程調動等）；采煤機在工作面方向的運行位置（由行走距離傳感器檢測）；滾筒高度位置的定位采樣（由搖臂擺角傳感器或調高油缸行程位移傳感器檢測）；采煤機的空間姿態(tài)（采煤機沿工作面走向的縱向傾斜角度、沿工作面推進方向的橫向傾斜角度）。工作姿態(tài)的參量同時反映了輸送機推移狀態(tài)，如飄底和啃底的影響，并綜合反映了滾筒位置高度的調整結果。

記憶程控的技術方法具備有限的自動修正功能，是目前優(yōu)先考慮的滾筒調高方法，國外早已經(jīng)把它應用于實際當中，在國內神華集團有限責任公司也正在研究此項自動調高技術，并致力于應用到實際中。但頂、底板發(fā)生變化時，還是得靠人為手動調節(jié)。對井下煤層和圍巖的復雜條件，特別是遇到較復雜的地質條件時，單一的方法難以準確、可靠地判斷煤巖分界，尚需進一步研究采用傳感器和辯識系統(tǒng)取得多參量信號融合，近年來隨著微機能力不斷提高，多數(shù)專家和學者傾向于利用微機軟件和智能算法，進行綜合信息對比處理，再給出調整滾筒高度和臥底量的指令，最優(yōu)的來控制滾筒調高。從現(xiàn)有的實際應用情況來看，基于記憶程控煤巖分界識別及控制系統(tǒng)，在性能參數(shù)、自動化技術上都處于世界領先水平。

采煤機截割記憶程控模式，主要涉及了計算機采樣檢測和存儲、灰色預測理論、液壓控制、計算機仿真等學科，對采煤機的運行位置、牽引方向、牽引速度、搖臂位置或滾筒高度及機身煤層走向和傾向進行多參數(shù)檢測、識別和信息綜合。采樣存儲采煤機先前的采煤數(shù)據(jù)，進行計算機仿真分析，進而控制采煤機滾筒的調高，使采煤機最大效率地采煤。該系統(tǒng)的研制成功，將有助于提高我國采煤機自動化水平，縮短我們與先進國家在采煤行業(yè)的差距。

2 控制策略的確定

2.1 單片機的應用

采煤機滾筒記憶程控控制器由單片機、通訊接口、D/A轉換器、A/D轉換器和輸入接口等組成，通過通訊接口和采煤工作面主控箱保持聯(lián)系，A/D轉換器檢測信號經(jīng)單片機運算后輸出控制信號至D/A轉換器。采煤機滾筒高度自動跟蹤裝置的數(shù)據(jù)采集、處理與輸出這些控制過程，可以由8051單片機最小系統(tǒng)完成。原產(chǎn)品的大部分邏輯控制電路可以簡化或去掉?？刂七壿嫳M可能轉換成軟件邏輯，使外部電路只剩下必不可少的驅動線路。

控制器及所組成系統(tǒng)的設計原則：第一，穩(wěn)定性和可靠性：模擬量輸入級的性能直接影響到整個系統(tǒng)的技術指標，必須從開始就要考慮應用現(xiàn)場的環(huán)境情況，采取相應的抗干擾措施，注意元器件的老化和篩選并選擇恰當?shù)挠布?shù)，防止串擾及誤差的積累與擴展。整個設計充分考慮簡化硬件電路，使用集成度高的元器件，提高器件組裝密度，以增加系統(tǒng)抗干擾性能，達到高的穩(wěn)定性和可靠性。第二，速度與精度：根據(jù)所給的整機誤差限值，按一定的規(guī)則預分配各個部件模塊所允許的誤差。系統(tǒng)設計過程中根據(jù)分配的允許誤差選定電路結構、元器件性能。第三，功耗與大容量數(shù)據(jù)存儲：功耗是硬件設計時必須考慮的問題。元器件的選擇都是在能滿足性能要求的前提下，選擇較好性價比的低功耗元器件。在控制系統(tǒng)的工程應用中，為獲取數(shù)據(jù)的最佳資料信息，采集數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)及現(xiàn)場簡易分析結果都需要保存，1片32MB的NAND Flash作為數(shù)據(jù)存儲區(qū)，以滿足較大容量數(shù)據(jù)存儲的需要。

不同的記憶截割方法采用不同的控制策略，這里采用的是采樣數(shù)據(jù)的完全再現(xiàn)模式。即在記憶截割工作期間，采煤機完全再現(xiàn)滾筒首次截割工作狀態(tài)，包括計算機儲存的相關信息參數(shù)：采煤機在工作面的位置（x=n△x）、采煤機的姿態(tài)（采煤機工作面方向傾角α和工作面推進方向傾角β）、滾筒的截割高度HT（XK）、采煤機的牽引方向、牽引速度Vq。每次截割工作循環(huán)的采樣數(shù)據(jù)都成組存儲到計算機里 ，記為 ：{ XK，Hi（Xk），θi（Xk），αi（Xk），βi（Xk），Vq}，作為下一次或幾次截割循環(huán)的控制量。每當采煤機換向截割時，都需要司機手動操作完成。

2.2 記憶程控數(shù)據(jù)存儲的方法

在采煤機的截割工作過程中，需要記憶存儲工作截割狀態(tài)的各種信息。采煤機滾筒調高記憶截割數(shù)據(jù)的存儲，按照不同的類型，可以分為不同的存儲方法。

比如按采煤機記憶截割的總存儲長度可分為：單向記憶截割存儲方法和雙向記憶截割存儲方法；按記憶截割數(shù)據(jù)的完整性程度可分為：完全記憶再現(xiàn)控制的存儲方法和不完全記憶再現(xiàn)控制的存儲方法。

這里應用各種高精度的位移傳感器，采集雙向工作循環(huán)相關完整截割工作參數(shù)，由采樣間隔確定數(shù)組的個數(shù)，然后以數(shù)組的形式成組存儲到計算機中。因為采煤機的牽引速度是變化的，所以在每一個采樣間隔內，系統(tǒng)采用密集采樣稀疏存儲的方法，達到了節(jié)約存儲空間和提高運算、調用速度的目的。系統(tǒng)以等位移采樣間隔作為采樣周期，使?jié)L筒調高至前次截割記憶高度時，采煤機更準確地到達記憶的采樣間隔點，其誤差控制在一個小的計算機密集采樣周期內，最終實現(xiàn)了采煤機滾筒的記憶程控再現(xiàn)。

3 結論

通過分析采煤機滾筒調高記憶程控的基本原理，系統(tǒng)采用密采稀存的方式，討論了采樣周期的確定，最后采用按位移來進行采樣，本文關于采煤機記憶程控滾筒調高控制策略分析能有效控制采煤機滾筒的當前姿態(tài)，以達到提高采煤機回采率和生產(chǎn)效率的目的，對于今后采煤機相關設計具有一定幫助。

[1]劉春生，楊秋，李春華.采煤機滾筒記憶程控截割的模糊控制系統(tǒng)仿真[J].煤炭學報，2008，33(7).

[2]劉春生，侯清泉.采煤機滾筒自動調高記憶程控再現(xiàn)模式[J].煤礦機電，2004，5.