李鴻巖+蘇宏彪++楊林

摘 要：文章介紹了一種新式掘進機電控系統(tǒng)，它主要采用礦用本安型角度傳感器、礦用壓力傳感器、礦用位移傳感器等采集信號，并控制掘進機動作?？梢员O(jiān)控掘進機綜合參數(shù)、防止切割頭和鏟板相互碰撞、實現(xiàn)數(shù)字化切割。

關(guān)鍵詞：掘進機；電控系統(tǒng)；位移傳感器；數(shù)字化切割

1 概述

數(shù)字化掘進機電控技術(shù)在國外比較成熟，但在國內(nèi)仍屬于起步階段，目前國內(nèi)掘進機的監(jiān)控方面只有過載、過溫、斷相、漏電、缺項等幾個基本的參數(shù)，而切割和控制方面只是建立在司機的經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，這并不能滿足煤礦對安全與精確度的要求。因此，結(jié)合國內(nèi)煤礦的實際情況提出一種先進、可靠、實用性強的新電控方案。

2 電控系統(tǒng)原理

圖1 電控系統(tǒng)原理框

2.1 傳感器

傳感器（除漏電流傳感器外）均系本質(zhì)安全型且全部通過安全柵光電隔離后與PLC進行通訊，以提高抗干擾能力以及保護安全側(cè)電路。

油位、油溫、流量、壓力、位移、角度傳感器均采用本安電源供電，將采集到的油位、油溫、油壓、水流量、水壓、位移、角度信號傳輸?shù)絇LC的模擬量模塊，經(jīng)過PLC處理后再傳輸給液晶屏。

在PLC程序中對油位的下限、油溫的上限、油壓異常、水流量下限、水壓力異常等都設置了保護措施，當油位低于下限，油溫高于上限、油壓出現(xiàn)異常、水流量低于下限、水壓力異常時，切斷油泵電機的供電電源，從而停止整機的工作以避免造成油泵損壞、電機繞組溫度過高。

位移傳感器采用礦用本安型位移傳感器，由本安電源供電，固定在掘進機回轉(zhuǎn)臺和鏟板的油缸內(nèi)，可以實時采集切割頭以及鏟板的位移信號并傳輸?shù)絇LC中。

角度傳感器采用礦用本安型傳感器，有本安電源供電，固定在切割臂和回轉(zhuǎn)臺的連接處，可以測量出切割頭與水平面（即掘進機所在地面）的夾角，并傳輸給PLC。

2.2 執(zhí)行機構(gòu)

電磁閥箱主要由礦用隔爆型電磁閥、電液比例閥組成，它是一個執(zhí)行機構(gòu)。PLC可以通過數(shù)字量控制電磁閥的通斷、通過模擬量控制電液比例閥的開關(guān)時間和閥芯的位置，從而達到控制切割頭和鏟板的要求。

2.3 切割頭、鏟板防撞

由于切割頭下移和鏟板抬升的過程中有重合的區(qū)域，如果切割頭與鏟板碰撞將發(fā)生嚴重的事故，因此把該重合的區(qū)域稱作危險區(qū)域。本系統(tǒng)通過礦用角度傳感器和位移傳感器可以實時掌握切割頭和鏟板的位置。PLC將傳感器采集到的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號把切割頭和鏟板的位移數(shù)字化。

當切割頭或鏟板單獨動作時可以滿行程動作，但當系統(tǒng)檢測到它們中有一方進入危險區(qū)域后，那么將鎖定另一方的行程范圍，即：控制電磁閥使得另一方無法超出系統(tǒng)已鎖定的范圍，這樣就從根本上解決了切割頭和鏟板碰撞的問題。

2.4 顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)為掘進機電控系統(tǒng)一個重要的組成部分，安裝在操作箱內(nèi)。它可以實時地把系統(tǒng)參數(shù)和切割軌跡反映給操作者，同時也可以記錄系統(tǒng)運行中的各種參數(shù)、故障信息并向操作者提供故障解決的方法。

如圖2 所示。門洞型為切割頭運動范圍；實心圓表示切割頭；橫線代表鏟板；四個箭頭代表當前切割頭運動方向；其他實時數(shù)據(jù)顯示如圖所示。

圖2 掘進機綜合切割畫面

3 數(shù)字化切割

掘進機操作過程中前方由于煤層掉落粉塵較大很多時候掘進機操作人員看不清工作面的具體情況，切割斷面形狀很難掌握。因此，根據(jù)現(xiàn)場巷道的實際情況，編寫一套數(shù)字化切割程序，首先根據(jù)巷道的實際尺寸鎖定切割頭和鏟板的運動范圍，再通過位移傳感器和角度傳感器采集信號，顯示系統(tǒng)顯示出切割軌跡，這樣操作人員就可以根據(jù)具體的數(shù)據(jù)來完成整個巷道的切割作業(yè)。

掘進機掘進過程中分為手動控制和自動控制。手動控制時，切割頭在同一時刻只能向一個方向移動，所以在數(shù)字切割程序中添加了切割頭運動軌跡互鎖程序，即切割頭縱向運動時，橫向運動功能將被鎖定，反之亦然。自動控制時，操作人員可輸入斷面參數(shù)坐標，切割頭可自行完成曲線切割軌跡。

4 結(jié)束語

該數(shù)字化電控系統(tǒng)在實際應用中大大地提高了巷道掘進的效率，降低了操作人員的勞動強度，同時也能很好地保證操作人員的安全。

為了保障該系統(tǒng)控制的精確性應盡量減少電控箱的震動，需在安裝電控箱時加裝減震系統(tǒng)，且進入PLC的模擬量信號需經(jīng)安全柵進行隔離處理，電控箱內(nèi)的電氣元件應高低壓分開，并進行良好的接地處理。

參考文獻

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