宋濤

(1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤機(jī)裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

隨著工作面自動(dòng)化技術(shù)的提升，與綜掘綜采等自動(dòng)化控制系統(tǒng)及裝備相比，煤礦順槽巷道輔助運(yùn)輸設(shè)備仍采用傳統(tǒng)人工就地控制，工作效率低；設(shè)備自動(dòng)化控制水平低，設(shè)備穩(wěn)定性差，故障率高，嚴(yán)重威脅著人員安全。例如，在使用頂板單軌吊設(shè)備拖動(dòng)電纜過程中，存在動(dòng)作時(shí)序不匹配，人工操作復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行效率低等問題；設(shè)備列車仍采用傳統(tǒng)回柱絞車牽引方式，安全效率低，同時(shí)存在跑車、掉道等隱患。

因此，有必要對(duì)順槽巷道單軌吊及設(shè)備列車運(yùn)輸控制技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造，提升自動(dòng)化控制能力，從而實(shí)現(xiàn)減人增效。

1 自移設(shè)備列車組成

針對(duì)傳統(tǒng)絞車牽引的設(shè)備列車移動(dòng)方式，太原院自主開發(fā)了自帶軌道的長(zhǎng)距離自動(dòng)化自移設(shè)備組，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)備總長(zhǎng)度約280 m，總噸位約300 t。該設(shè)備由替代絞車牽引的錨固牽引裝置、重軌、提升平板車、管纜伸縮裝置(替代傳統(tǒng)單軌吊牽引)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。

圖1 長(zhǎng)距離自動(dòng)化自移設(shè)備組結(jié)構(gòu)

該設(shè)備列車以工作面的乳化液為動(dòng)力，隨著工作面三機(jī)設(shè)備的移動(dòng)同步移動(dòng)。自移設(shè)備列車組高度集成列車軌道列車自移、行走調(diào)偏、管纜隨動(dòng)等功能，實(shí)現(xiàn)平板車組與錨固牽引牽引裝置互為支點(diǎn)交替前移，并采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)約280 m的設(shè)備列車的自動(dòng)化及遠(yuǎn)程遙控。

2 自移設(shè)備列車組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)原理

自移設(shè)備組總長(zhǎng)度約280 m，共控制45臺(tái)平板車，160個(gè)提升油缸，1套錨固牽引裝置及后部的管纜伸縮系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)原理如圖2所示，系統(tǒng)采用環(huán)形供液方式，為保證45臺(tái)提升式平板車的同步升降，將其劃分為8～10各單元子系統(tǒng)聯(lián)合控制，每個(gè)子系統(tǒng)采用1個(gè)4功能主閥并聯(lián)控制同時(shí)供液，錨固牽引裝置用26功能控制器的控制設(shè)備列車立柱、平衡千斤頂、推移千斤頂、抬底油缸的動(dòng)作，26功能控制器通過電纜信號(hào)的傳遞控制所有子系統(tǒng)4功能主閥的動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)45臺(tái)提升平板車的同步升降、牽引的要求。

圖2 自移設(shè)備列車液壓控制系統(tǒng)原理

自移設(shè)備列車組控制系統(tǒng)由視頻監(jiān)控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩部分組成，如圖3所示。系統(tǒng)主要部件為：控制器、電磁先導(dǎo)閥、傳感器、無線接收器、遙控器、耦合器、礦用隔爆本安電源、監(jiān)控主機(jī)等。

圖3 自移設(shè)備列車組控制系統(tǒng)

2.2 控制功能

1) 錨固裝置控制。錨固裝置通過一個(gè)26功能控制器實(shí)施所有功能，該控制器與平板車組其它控制器連接構(gòu)成大系統(tǒng)，錨固裝置控制器通過安裝的傳感器，可顯示立柱下腔壓力及推移行程。

2) 平板車組的控制。通過26功能控制器控制所有平板車的升降動(dòng)作，既能順序控制，又可分組控制，每組平板車控制器通過驅(qū)動(dòng)器控制5對(duì)電磁閥，每個(gè)閥對(duì)應(yīng)一組車，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)5組車功能控制?？刂破魍ㄟ^傾角、壓力傳感器對(duì)平板車進(jìn)行升降動(dòng)作及車體監(jiān)測(cè)， CAN總線可實(shí)現(xiàn)不同平板車控制器之間時(shí)序分組與數(shù)據(jù)交互。

3) 遙控控制。通過接收器接受信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)自移列車組的全功能遙控，遙控范圍覆蓋全設(shè)備范圍，操作者可以站在任意一節(jié)平板車前使用手持遙控器操作列車自移，操作的同時(shí)觀察設(shè)備是否按照設(shè)定程序動(dòng)作。

4) 平板車油缸動(dòng)作異常識(shí)別。通過安裝的傾角傳感器監(jiān)控平板車姿態(tài)，通過安裝的壓力傳感器監(jiān)控油缸工作狀態(tài)；當(dāng)某臺(tái)車4根油缸未動(dòng)作,壓力不產(chǎn)生變化，系統(tǒng)可識(shí)別；當(dāng)任意3根油缸動(dòng)作時(shí)，車體發(fā)生傾斜，系統(tǒng)通過傾角數(shù)據(jù)可以定位該故障并及時(shí)閉鎖系統(tǒng)，避免強(qiáng)行推移導(dǎo)致設(shè)備損壞。

5) 管纜伸縮承載系統(tǒng)可感知自身系統(tǒng)與刮板機(jī)機(jī)尾距離。可保證工作面設(shè)備推進(jìn)和設(shè)備列車自移的整個(gè)作業(yè)循環(huán)過程中電纜留有余量,并在錨固系統(tǒng)與設(shè)備列車間交替動(dòng)作時(shí)，實(shí)現(xiàn)二者互鎖。

2.3 關(guān)鍵元部件選型

1) 26功能控制器。 26功能控制器是一種專用控制器，它存儲(chǔ)并運(yùn)行程序，執(zhí)行相應(yīng)控制動(dòng)作，具有獨(dú)特的兩類通信接口，執(zhí)行與其他控制器及主控制計(jì)算機(jī)互傳信息進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)的功能。主要技術(shù)參數(shù)為：

額定工作電壓/V DC12

工作電流/mA 不大于640

通信端口的傳輸方式 單線CAN(2路)

輸入信號(hào) 8通道輸入,4路串口通訊

外殼防護(hù)等級(jí) IP68(下端)

屏幕顯示 中文

2) 礦用壓力傳感器。用于檢測(cè)油缸下腔壓力，安裝在油缸單向閥的測(cè)壓孔。

有效測(cè)量范圍/MPa 0～60

輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)/V DC0.78～4.94

工作電壓/V DC12

3) 礦用本質(zhì)安全型遙控發(fā)射器。遙控器采用便攜式設(shè)計(jì)，可通過接收器接入電液控制系統(tǒng)并實(shí)施控制，同時(shí)顯示控制系統(tǒng)狀態(tài)。

最大有效遙控范圍/m 不小于5

工作電壓/V DC3.7

工作電流/mA 150

4) 無線接收器。通過RS-232接口接入控制器，遙控器通過無線接收器與控制器交互信息。

最大有效通信范圍/m 不小于5

通信接口 RS-232，Zigbee

工作電壓/V DC12

電流/mA 40

5) 對(duì)射式超聲波傳感器。發(fā)射器與接收器分體安裝，用于測(cè)量推移行程。

最大量程/m 3

輸出信號(hào)/V DC0.71～3.55(可調(diào))

最小誤差/cm ±3

6) 礦用傾角傳感器。安裝于平板車車底，通過RS-232接口接入控制器。

輸出接口 RS-232

工作電壓/V DC12

電流/mA 80

精度/(°) 0～30：0.1

7) 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源。電源箱內(nèi)含2個(gè)獨(dú)立的AC/DC膠封模塊，形成二路獨(dú)立的直流電源，為電液控制系統(tǒng)供電。

輸入電壓/V AC100～250

輸出電壓/V DC12

輸出電流/A 2.0×2路

8) 本質(zhì)安全型綜合接入器。用于礦井綜合信息接入，包括工業(yè)以太網(wǎng)接入、網(wǎng)絡(luò)攝像儀接入、無線Wi-Fi接入、數(shù)據(jù)接入等功能。

工作電壓/V DC12

工作電流/mA 1 000

輸出接口 2路10/100M自適應(yīng)接口

3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)有煤礦順槽巷道支護(hù)及輔助運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，通過技術(shù)配套、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，將電液控制系統(tǒng)引入到自移設(shè)備列車中，可實(shí)現(xiàn)電液控制系統(tǒng)在自移設(shè)備列車的推廣應(yīng)用,操作人員由適當(dāng)?shù)?5人降至2人，提升了煤礦生產(chǎn)效率和人員的安全性。