吉嘉楠

（同煤集團(tuán)四臺礦綜采四隊，山西 大同037000）

引言

采煤機(jī)是進(jìn)行煤炭自動化開采的重要設(shè)備，在進(jìn)行采煤的過程中，主要依靠采煤機(jī)操作人員觀察滾筒所處的位置及搖臂的擺動情況，現(xiàn)場煤石的拋落情況來判斷采煤機(jī)的工作狀態(tài)。但由于采煤現(xiàn)場的灰塵導(dǎo)致能見度低，難以應(yīng)用這種方式進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，并且要求操作人員有豐富的調(diào)高經(jīng)驗，這使得采煤機(jī)滾筒的高度難以實現(xiàn)及時有效的調(diào)整[1-2]，易出現(xiàn)采煤機(jī)操作失誤，甚至容易造成井下的安全事故，對煤礦的安全造成威脅。要實現(xiàn)采煤機(jī)依據(jù)煤層的變化進(jìn)行自動化的截割采煤，自動調(diào)高系統(tǒng)的控制是其中的關(guān)鍵技術(shù)。

1 自動調(diào)高系統(tǒng)的方式及控制原理

采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)采用液壓的形式實現(xiàn)，調(diào)高油缸作為動力裝置對搖臂的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)煤層的不同變化。采用液壓方式使得油缸的布置簡單，可以實現(xiàn)較大的推力，并且油缸的調(diào)節(jié)范圍大，便于系統(tǒng)的維護(hù)。

調(diào)高油缸采用數(shù)字化伺服油缸，對于油缸的控制如圖1所示。在采煤機(jī)正常截割的過程中，根據(jù)搖臂上安裝的傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)需要進(jìn)行調(diào)高時，控制器發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號，伺服控制器以此驅(qū)動伺服電機(jī)動作[3]，使得調(diào)高油缸動作實現(xiàn)搖臂的擺動，通過位移傳感器或者伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器來判斷滾筒的位置是否達(dá)到設(shè)定的高度位置，從而實現(xiàn)滾筒的自動化調(diào)整。

圖1 自動調(diào)高系統(tǒng)控制原理圖

2 自動調(diào)高電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

采煤機(jī)的自動調(diào)高控制系統(tǒng)以控制器為核心，結(jié)合壓力傳感器、傾角傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器等傳感器數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)字油缸、伺服電機(jī)等執(zhí)行元件來實現(xiàn)采煤機(jī)滾筒的自動調(diào)高，系統(tǒng)的控制整體框圖如圖2所示。當(dāng)需要采煤時，采煤機(jī)起動后，截割電機(jī)在控制指令下起動，采煤機(jī)在牽引電機(jī)的帶動下沿著工作面行走進(jìn)行采煤作業(yè)。截割滾筒進(jìn)行第一刀采煤時，依據(jù)控制器中記錄的高度進(jìn)行截割[4]，之后進(jìn)行截割時，控制器通過傳感器采集來的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行截割路線的重新規(guī)劃，對下一刀的路線進(jìn)行優(yōu)化，依據(jù)優(yōu)化后的軌跡進(jìn)行截割滾筒的自動升降控制。

圖2 自動調(diào)高系統(tǒng)整體框圖

3 自動調(diào)高電氣控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

控制器是自動調(diào)高電氣控制系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)對信號的采集處理、邏輯控制及數(shù)據(jù)的傳輸。由于井下工作環(huán)境惡劣，控制器必須要具有一定的抗震性能，并具有強(qiáng)大的擴(kuò)展性，以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的需求?？刂破鞑捎肈CF-I型控制器，具有良好的抗震性及抗電磁干擾的性能，能夠適應(yīng)井下作業(yè)的需求[5]?？刂破髦С諧AN總線接口技術(shù)，自動調(diào)高電氣控制采用CAN總線結(jié)構(gòu)，可以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，提高系統(tǒng)的控制率。系統(tǒng)的總線控制如下頁圖3所示，系統(tǒng)以控制器為主節(jié)點，其他元件通過CAN總線進(jìn)行通訊，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制。工業(yè)顯示屏對采煤機(jī)在運行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，模擬量采集模塊對電流、瓦斯傳感器等模擬量信號進(jìn)行采集傳輸，作為系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)[6]；數(shù)字量采集模塊對按鈕、旋轉(zhuǎn)編碼器等數(shù)字量信號進(jìn)行采集傳輸，作為系統(tǒng)操作信號的數(shù)據(jù)；傾角傳感器及旋轉(zhuǎn)編碼器采集采煤機(jī)在工作面上的姿態(tài)數(shù)據(jù)及行走數(shù)據(jù)，作為運動控制的數(shù)據(jù)；變頻器采集牽引電機(jī)的運行數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控箱通過監(jiān)控設(shè)備將采煤機(jī)運行的數(shù)據(jù)顯示到遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)中，實現(xiàn)對采煤機(jī)運行狀態(tài)的實時顯示。

圖3 自動調(diào)高電氣總線控制系統(tǒng)

在采煤機(jī)的電控系統(tǒng)中，還存在著各種干擾，在進(jìn)行總線設(shè)計時，采用多種抗干擾措施，電控箱內(nèi)采用屏蔽雙絞線來減小差模信號的干擾，在布線時，將通訊線與動力線盡量隔離開，在總線接口采用信號保護(hù)器消除過電壓或者浪涌電流的干擾。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的距離較遠(yuǎn)，在線路中增加中繼設(shè)備保證長通訊距離的信號傳輸，保證和總線之間的正常通訊。

自動調(diào)高電氣控制系統(tǒng)的電路控制可以分為啟動回路、運輸閉鎖回路及主供電回路三個部分，啟動回路實現(xiàn)對采煤機(jī)的遠(yuǎn)程送電，通過采煤機(jī)上的按鈕組合對采煤機(jī)供電，同時啟動回路上的急停按鈕，當(dāng)存在緊急情況時，通過急停按鈕來切斷采煤機(jī)的電源，避免采煤機(jī)緊急情況的惡化。運輸閉鎖回路的電氣原理圖如圖4所示，閉鎖回路的作用是在采煤機(jī)存在檢修維護(hù)等情況下，將采煤機(jī)的啟動回路斷開，避免由于誤操作或其他原因引起采煤機(jī)的啟動造成安全事故。主供電回路將系統(tǒng)傳輸?shù)碾娫捶峙浣o采煤機(jī)的各電機(jī)使用，保證采煤機(jī)的正常運行。

圖4 閉鎖回路電氣原理圖

4 結(jié)語

由于煤層分布不均或者地質(zhì)條件的不同，使得采煤機(jī)在采煤過程中需要對截割滾筒的高度進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。自動調(diào)高系統(tǒng)采用數(shù)字化油缸，電氣控制系統(tǒng)采用CAN總線的方式設(shè)計，依據(jù)不同類別的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，通過控制器對信號進(jìn)行處理，發(fā)出相應(yīng)的指令，結(jié)合數(shù)字油缸、伺服電機(jī)等執(zhí)行元件來實現(xiàn)采煤機(jī)滾筒的自動調(diào)高。將自動調(diào)高電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用到采煤機(jī)的開采過程中，可以提高采煤機(jī)的適應(yīng)性及開采效率，提高煤礦開采的安全性。