李博++陳欣

摘 要：該文主要描述掘進(jìn)機(jī)在采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中的應(yīng)用，闡述了系統(tǒng)背景、項(xiàng)目需求、解決方案構(gòu)成等，并給出了系統(tǒng)的計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞：自動修型 新型硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī) 電控裝置

中圖分類號：TD421. 53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0068-01

1 系統(tǒng)概述

該文涉及掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中的一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置。硬巖掘進(jìn)機(jī)是一種新概念采煤機(jī)，較傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)相比，無論是切割硬度還是掘進(jìn)速度還是自動成形方面都有了本質(zhì)變化?？刂乒に囈卜浅?fù)雜，這種新工藝的出現(xiàn)解決了普通掘進(jìn)機(jī)采煤速度慢，切割硬度低，需手動修形等。以前在我們普通的掘進(jìn)機(jī)采煤過程中，各家工藝也都基本一樣，都是人為手動控制，無自動切割修形。這樣就造成了巷道形狀不規(guī)則、效率低、掘進(jìn)速度慢。進(jìn)而我們拓展思維采用了新的控制工藝，改善采煤效率，提高性能參數(shù)從而達(dá)到開掘巷道和采煤面的掘進(jìn)工作。因此，研制開發(fā)一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置一直是急待解決的新課題。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及目的

本發(fā)明的目的在于提供一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，此裝置是將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環(huán)控制。進(jìn)行巷道斷面切割成形時，系統(tǒng)需要采用自動切割程序進(jìn)行控制，根據(jù)切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現(xiàn)故障時對整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)也要求的非常全面和嚴(yán)格。

3 原理概述

（1）一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，由隔離開關(guān)、真空接觸器、阻容吸收器、電流互感器、電壓互感器、PLC、PLVC、工控機(jī)、隔離安全柵、片式繼電器、微型斷路器、動力變壓器、壓力傳感器、油溫傳感器、油位傳感器、水流量傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、位移傳感器、激光測距儀、角度傳感器、行走編碼器、防爆急停按鈕、防爆電鈴、防爆機(jī)車燈、防爆比例電磁閥、驅(qū)動馬達(dá)、液壓傳動機(jī)構(gòu)等硬件組成，其特征在于阻容吸收器、電流互感器串在主回路上，驅(qū)動電機(jī)和真空接觸器連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵連接，此連接目的是達(dá)到本安要求。激光全站儀通過航空插頭和開關(guān)箱連接。

（2）硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置其特征在于：所述裝置的工作原理及操作方法是，兩只內(nèi)切割臂在正視圖中呈180 °；兩臂張開最大直徑5000 mm，每對外切割臂在視圖中呈180 °，兩對外切割臂夾角為120 °；外切割臂張開最大直徑6400 mm，六只切割臂在正視圖中的相對角度是固定值，刀盤由液壓馬達(dá)驅(qū)動做正反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，切割臂由液壓缸驅(qū)動，做伸縮運(yùn)動，得到不同的切割直徑，根據(jù)用戶要求，切割形狀分為正方形和馬蹄形兩種。

（3）硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，其特征在于：所述裝置的控制系統(tǒng)算法是，控制系統(tǒng)連鎖，采礦機(jī)機(jī)身位置坐標(biāo)正確，液壓系統(tǒng)工作正常，其他必要連鎖信號；刀盤旋轉(zhuǎn)速度閉環(huán)控制，用編碼器檢測刀盤旋轉(zhuǎn)速度，通過PID算法控制比例換向閥開度，達(dá)到刀盤旋轉(zhuǎn)速度閉環(huán)控制；

由上述可以知道，推進(jìn)距離l與切割半徑r是一個非線性關(guān)系，可以逐次線性化來近似，獲取一個切割半徑序列和一個推進(jìn)距離序列的一一對應(yīng)關(guān)系，控制程序走完整個序列，即完成相應(yīng)的挖掘斷面成形控制；

（1）切割成型算法：根據(jù)實(shí)際切割形狀和尺寸，按照切割工藝過程，在刀盤旋轉(zhuǎn)過程中，由上面算法實(shí)時計(jì)算和調(diào)整切割臂液壓缸伸縮位移，從而擬合給定切割斷面形狀；

（2）智能切割算法：切割工藝過程優(yōu)化，刀具磨損自動補(bǔ)償（需加刀具檢測），修型切割臂自動輪換算法，切割進(jìn)給自適應(yīng)算法。

其工作原理及操作方法是：通過一次變壓器送電到開關(guān)箱再由開關(guān)箱內(nèi)變壓器變成相應(yīng)的電壓等級，箱內(nèi)電壓等級主要有3300、1140和380驅(qū)動電壓組成。開關(guān)箱送電后系統(tǒng)先自檢測比如甲烷濃度、一氧化碳濃度、驅(qū)動電機(jī)是否漏電、通訊是否正常、油溫油位是否正常等等。開關(guān)箱供電后通過激光全站儀、位移傳感器、行走編碼器等采集的數(shù)據(jù)反饋到PLC，由PLC計(jì)算出相應(yīng)的模擬量輸出在由PLVC信號放大，驅(qū)動電磁比例閥驅(qū)動相應(yīng)的液壓馬達(dá)和相應(yīng)的液壓缸伸出或縮回，再由液壓缸內(nèi)的位移傳感器和角度傳感器來判斷六個截割臂是否行走到預(yù)定角度位置，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過反復(fù)修型達(dá)到預(yù)定的修型畫面。

采用自動修型的新型硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環(huán)控制。進(jìn)行巷道斷面切割成形時，系統(tǒng)需要采用自動切割程序進(jìn)行控制，根據(jù)切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現(xiàn)故障時對整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)也要求的非常全面和嚴(yán)格等優(yōu)點(diǎn)，將廣泛的應(yīng)用于掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)

[1] 金江.我國煤礦掘進(jìn)機(jī)電氣控制的發(fā)展趨勢[C]//2007短臂機(jī)械化開采專業(yè)委員會學(xué)術(shù)研討會論文集.2007.

[2] 黎波.螺旋式微型隧道掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].北京：華北電力大學(xué)，2005.

[3] 陸德民.石油化工自動控制設(shè)計(jì)手冊[M].3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.endprint

摘 要：該文主要描述掘進(jìn)機(jī)在采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中的應(yīng)用，闡述了系統(tǒng)背景、項(xiàng)目需求、解決方案構(gòu)成等，并給出了系統(tǒng)的計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞：自動修型 新型硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī) 電控裝置

中圖分類號：TD421. 53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0068-01

1 系統(tǒng)概述

該文涉及掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中的一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置。硬巖掘進(jìn)機(jī)是一種新概念采煤機(jī)，較傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)相比，無論是切割硬度還是掘進(jìn)速度還是自動成形方面都有了本質(zhì)變化。控制工藝也非常復(fù)雜，這種新工藝的出現(xiàn)解決了普通掘進(jìn)機(jī)采煤速度慢，切割硬度低，需手動修形等。以前在我們普通的掘進(jìn)機(jī)采煤過程中，各家工藝也都基本一樣，都是人為手動控制，無自動切割修形。這樣就造成了巷道形狀不規(guī)則、效率低、掘進(jìn)速度慢。進(jìn)而我們拓展思維采用了新的控制工藝，改善采煤效率，提高性能參數(shù)從而達(dá)到開掘巷道和采煤面的掘進(jìn)工作。因此，研制開發(fā)一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置一直是急待解決的新課題。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及目的

本發(fā)明的目的在于提供一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，此裝置是將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環(huán)控制。進(jìn)行巷道斷面切割成形時，系統(tǒng)需要采用自動切割程序進(jìn)行控制，根據(jù)切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現(xiàn)故障時對整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)也要求的非常全面和嚴(yán)格。

3 原理概述

（1）一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，由隔離開關(guān)、真空接觸器、阻容吸收器、電流互感器、電壓互感器、PLC、PLVC、工控機(jī)、隔離安全柵、片式繼電器、微型斷路器、動力變壓器、壓力傳感器、油溫傳感器、油位傳感器、水流量傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、位移傳感器、激光測距儀、角度傳感器、行走編碼器、防爆急停按鈕、防爆電鈴、防爆機(jī)車燈、防爆比例電磁閥、驅(qū)動馬達(dá)、液壓傳動機(jī)構(gòu)等硬件組成，其特征在于阻容吸收器、電流互感器串在主回路上，驅(qū)動電機(jī)和真空接觸器連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵連接，此連接目的是達(dá)到本安要求。激光全站儀通過航空插頭和開關(guān)箱連接。

（2）硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置其特征在于：所述裝置的工作原理及操作方法是，兩只內(nèi)切割臂在正視圖中呈180 °；兩臂張開最大直徑5000 mm，每對外切割臂在視圖中呈180 °，兩對外切割臂夾角為120 °；外切割臂張開最大直徑6400 mm，六只切割臂在正視圖中的相對角度是固定值，刀盤由液壓馬達(dá)驅(qū)動做正反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，切割臂由液壓缸驅(qū)動，做伸縮運(yùn)動，得到不同的切割直徑，根據(jù)用戶要求，切割形狀分為正方形和馬蹄形兩種。

（3）硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，其特征在于：所述裝置的控制系統(tǒng)算法是，控制系統(tǒng)連鎖，采礦機(jī)機(jī)身位置坐標(biāo)正確，液壓系統(tǒng)工作正常，其他必要連鎖信號；刀盤旋轉(zhuǎn)速度閉環(huán)控制，用編碼器檢測刀盤旋轉(zhuǎn)速度，通過PID算法控制比例換向閥開度，達(dá)到刀盤旋轉(zhuǎn)速度閉環(huán)控制；

由上述可以知道，推進(jìn)距離l與切割半徑r是一個非線性關(guān)系，可以逐次線性化來近似，獲取一個切割半徑序列和一個推進(jìn)距離序列的一一對應(yīng)關(guān)系，控制程序走完整個序列，即完成相應(yīng)的挖掘斷面成形控制；

（1）切割成型算法：根據(jù)實(shí)際切割形狀和尺寸，按照切割工藝過程，在刀盤旋轉(zhuǎn)過程中，由上面算法實(shí)時計(jì)算和調(diào)整切割臂液壓缸伸縮位移，從而擬合給定切割斷面形狀；

（2）智能切割算法：切割工藝過程優(yōu)化，刀具磨損自動補(bǔ)償（需加刀具檢測），修型切割臂自動輪換算法，切割進(jìn)給自適應(yīng)算法。

其工作原理及操作方法是：通過一次變壓器送電到開關(guān)箱再由開關(guān)箱內(nèi)變壓器變成相應(yīng)的電壓等級，箱內(nèi)電壓等級主要有3300、1140和380驅(qū)動電壓組成。開關(guān)箱送電后系統(tǒng)先自檢測比如甲烷濃度、一氧化碳濃度、驅(qū)動電機(jī)是否漏電、通訊是否正常、油溫油位是否正常等等。開關(guān)箱供電后通過激光全站儀、位移傳感器、行走編碼器等采集的數(shù)據(jù)反饋到PLC，由PLC計(jì)算出相應(yīng)的模擬量輸出在由PLVC信號放大，驅(qū)動電磁比例閥驅(qū)動相應(yīng)的液壓馬達(dá)和相應(yīng)的液壓缸伸出或縮回，再由液壓缸內(nèi)的位移傳感器和角度傳感器來判斷六個截割臂是否行走到預(yù)定角度位置，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過反復(fù)修型達(dá)到預(yù)定的修型畫面。

采用自動修型的新型硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環(huán)控制。進(jìn)行巷道斷面切割成形時，系統(tǒng)需要采用自動切割程序進(jìn)行控制，根據(jù)切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現(xiàn)故障時對整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)也要求的非常全面和嚴(yán)格等優(yōu)點(diǎn)，將廣泛的應(yīng)用于掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)

[1] 金江.我國煤礦掘進(jìn)機(jī)電氣控制的發(fā)展趨勢[C]//2007短臂機(jī)械化開采專業(yè)委員會學(xué)術(shù)研討會論文集.2007.

[2] 黎波.螺旋式微型隧道掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].北京：華北電力大學(xué)，2005.

[3] 陸德民.石油化工自動控制設(shè)計(jì)手冊[M].3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.endprint

摘 要：該文主要描述掘進(jìn)機(jī)在采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中的應(yīng)用，闡述了系統(tǒng)背景、項(xiàng)目需求、解決方案構(gòu)成等，并給出了系統(tǒng)的計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞：自動修型 新型硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī) 電控裝置

中圖分類號：TD421. 53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0068-01

1 系統(tǒng)概述

該文涉及掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中的一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置。硬巖掘進(jìn)機(jī)是一種新概念采煤機(jī)，較傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)相比，無論是切割硬度還是掘進(jìn)速度還是自動成形方面都有了本質(zhì)變化?？刂乒に囈卜浅?fù)雜，這種新工藝的出現(xiàn)解決了普通掘進(jìn)機(jī)采煤速度慢，切割硬度低，需手動修形等。以前在我們普通的掘進(jìn)機(jī)采煤過程中，各家工藝也都基本一樣，都是人為手動控制，無自動切割修形。這樣就造成了巷道形狀不規(guī)則、效率低、掘進(jìn)速度慢。進(jìn)而我們拓展思維采用了新的控制工藝，改善采煤效率，提高性能參數(shù)從而達(dá)到開掘巷道和采煤面的掘進(jìn)工作。因此，研制開發(fā)一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置一直是急待解決的新課題。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及目的

本發(fā)明的目的在于提供一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，此裝置是將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環(huán)控制。進(jìn)行巷道斷面切割成形時，系統(tǒng)需要采用自動切割程序進(jìn)行控制，根據(jù)切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現(xiàn)故障時對整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)也要求的非常全面和嚴(yán)格。

3 原理概述

（1）一種采用自動修型的硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，由隔離開關(guān)、真空接觸器、阻容吸收器、電流互感器、電壓互感器、PLC、PLVC、工控機(jī)、隔離安全柵、片式繼電器、微型斷路器、動力變壓器、壓力傳感器、油溫傳感器、油位傳感器、水流量傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、位移傳感器、激光測距儀、角度傳感器、行走編碼器、防爆急停按鈕、防爆電鈴、防爆機(jī)車燈、防爆比例電磁閥、驅(qū)動馬達(dá)、液壓傳動機(jī)構(gòu)等硬件組成，其特征在于阻容吸收器、電流互感器串在主回路上，驅(qū)動電機(jī)和真空接觸器連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵連接，此連接目的是達(dá)到本安要求。激光全站儀通過航空插頭和開關(guān)箱連接。

（2）硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置其特征在于：所述裝置的工作原理及操作方法是，兩只內(nèi)切割臂在正視圖中呈180 °；兩臂張開最大直徑5000 mm，每對外切割臂在視圖中呈180 °，兩對外切割臂夾角為120 °；外切割臂張開最大直徑6400 mm，六只切割臂在正視圖中的相對角度是固定值，刀盤由液壓馬達(dá)驅(qū)動做正反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，切割臂由液壓缸驅(qū)動，做伸縮運(yùn)動，得到不同的切割直徑，根據(jù)用戶要求，切割形狀分為正方形和馬蹄形兩種。

（3）硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置，其特征在于：所述裝置的控制系統(tǒng)算法是，控制系統(tǒng)連鎖，采礦機(jī)機(jī)身位置坐標(biāo)正確，液壓系統(tǒng)工作正常，其他必要連鎖信號；刀盤旋轉(zhuǎn)速度閉環(huán)控制，用編碼器檢測刀盤旋轉(zhuǎn)速度，通過PID算法控制比例換向閥開度，達(dá)到刀盤旋轉(zhuǎn)速度閉環(huán)控制；

由上述可以知道，推進(jìn)距離l與切割半徑r是一個非線性關(guān)系，可以逐次線性化來近似，獲取一個切割半徑序列和一個推進(jìn)距離序列的一一對應(yīng)關(guān)系，控制程序走完整個序列，即完成相應(yīng)的挖掘斷面成形控制；

（1）切割成型算法：根據(jù)實(shí)際切割形狀和尺寸，按照切割工藝過程，在刀盤旋轉(zhuǎn)過程中，由上面算法實(shí)時計(jì)算和調(diào)整切割臂液壓缸伸縮位移，從而擬合給定切割斷面形狀；

（2）智能切割算法：切割工藝過程優(yōu)化，刀具磨損自動補(bǔ)償（需加刀具檢測），修型切割臂自動輪換算法，切割進(jìn)給自適應(yīng)算法。

其工作原理及操作方法是：通過一次變壓器送電到開關(guān)箱再由開關(guān)箱內(nèi)變壓器變成相應(yīng)的電壓等級，箱內(nèi)電壓等級主要有3300、1140和380驅(qū)動電壓組成。開關(guān)箱送電后系統(tǒng)先自檢測比如甲烷濃度、一氧化碳濃度、驅(qū)動電機(jī)是否漏電、通訊是否正常、油溫油位是否正常等等。開關(guān)箱供電后通過激光全站儀、位移傳感器、行走編碼器等采集的數(shù)據(jù)反饋到PLC，由PLC計(jì)算出相應(yīng)的模擬量輸出在由PLVC信號放大，驅(qū)動電磁比例閥驅(qū)動相應(yīng)的液壓馬達(dá)和相應(yīng)的液壓缸伸出或縮回，再由液壓缸內(nèi)的位移傳感器和角度傳感器來判斷六個截割臂是否行走到預(yù)定角度位置，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過反復(fù)修型達(dá)到預(yù)定的修型畫面。

采用自動修型的新型硬巖掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)電控裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環(huán)控制。進(jìn)行巷道斷面切割成形時，系統(tǒng)需要采用自動切割程序進(jìn)行控制，根據(jù)切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現(xiàn)故障時對整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)也要求的非常全面和嚴(yán)格等優(yōu)點(diǎn)，將廣泛的應(yīng)用于掘進(jìn)機(jī)采煤機(jī)械電控領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)

[1] 金江.我國煤礦掘進(jìn)機(jī)電氣控制的發(fā)展趨勢[C]//2007短臂機(jī)械化開采專業(yè)委員會學(xué)術(shù)研討會論文集.2007.

[2] 黎波.螺旋式微型隧道掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].北京：華北電力大學(xué)，2005.

[3] 陸德民.石油化工自動控制設(shè)計(jì)手冊[M].3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.endprint