李世展

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同家梁礦，山西 大同 037003）

引言

采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息傳遞通過(guò)電纜進(jìn)行，電纜需要能夠隨著采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)而不斷移動(dòng)，以滿足數(shù)據(jù)通信連續(xù)性的需求。由于采煤機(jī)在綜采作業(yè)的過(guò)程中需要根據(jù)井下情況不斷進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此導(dǎo)致采煤機(jī)電纜會(huì)發(fā)生多次的擠壓和折疊問(wèn)題，使電纜受到反復(fù)的折彎應(yīng)力作用，加速了電纜的老化，從而導(dǎo)致通信不良，給采煤機(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)了極大的隱患。結(jié)合采煤機(jī)井下綜采作業(yè)的需求和電纜運(yùn)行情況，提出了一種新的采煤機(jī)自動(dòng)化拖纜控制系統(tǒng)。

1 拖纜控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)合采煤機(jī)和拖纜裝置的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，本文提出了一種新的采煤機(jī)拖纜智能控制系統(tǒng)，其整體布局結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 拖纜控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，該拖纜控制系統(tǒng)的核心為PLC控制裝置，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了2組異步電機(jī)，其中一個(gè)設(shè)置在鏈傳動(dòng)系統(tǒng)減速器之前，主要作用是為鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供驅(qū)動(dòng)力。在電機(jī)1和鏈傳動(dòng)系統(tǒng)間設(shè)置了一個(gè)減速器，用于在系統(tǒng)內(nèi)傳遞轉(zhuǎn)矩并進(jìn)行轉(zhuǎn)速匹配。另一個(gè)電機(jī)則主要是作為采煤機(jī)運(yùn)行的動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)的運(yùn)行。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了兩個(gè)變頻器，一個(gè)變頻主要用于控制異步電機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài)，滿足不同傳動(dòng)需求，另一個(gè)變頻器主要用于控制采煤機(jī)的運(yùn)行，使其滿足系統(tǒng)綜合調(diào)控的運(yùn)行需求。PLC控制系統(tǒng)主要用于接收系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定調(diào)整方案并向鏈傳動(dòng)系統(tǒng)和采煤機(jī)發(fā)出調(diào)控指令，滿足拖纜裝置運(yùn)行可靠性的需求。

2 自動(dòng)拖纜控制原理

該拖纜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則在于要控制脫硫裝置，保證采煤機(jī)在任何狀態(tài)下均能夠控制拖纜裝置進(jìn)行隨機(jī)運(yùn)行，避免電纜發(fā)生二次彎曲。在對(duì)多種控制模式進(jìn)行分析后，本文選擇一種新的恒扭矩控制模式，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的扭矩為定值控制，則在采煤機(jī)上行和下行情況下脫纜裝置的運(yùn)行狀態(tài)如圖2所示[2]。

圖2 采煤機(jī)不同運(yùn)行模式下的控制結(jié)構(gòu)示意圖

通過(guò)對(duì)拖纜裝置的運(yùn)行情況分析，在其運(yùn)行時(shí)需要克服多種摩擦阻力，將這些綜合阻力作用下的電機(jī)輸出扭矩標(biāo)記為M[3]。則當(dāng)采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由PLC控制系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，確定采煤機(jī)的運(yùn)行方向，然后將控制指令傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的變頻控制器，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)保持恒定的輸出扭矩。

若采煤機(jī)為上行狀態(tài)，則電機(jī)的輸出扭矩為逆時(shí)針?lè)较颍谳敵雠ぞ刈饔孟虏擅簷C(jī)的拖纜裝置電機(jī)軸處于受力不平衡的狀態(tài)，采煤機(jī)的電纜夾將在拖纜裝置的帶動(dòng)下沿著采煤機(jī)的運(yùn)行方向而運(yùn)動(dòng)，此時(shí)拖纜裝置內(nèi)的電纜夾處于受力伸長(zhǎng)狀態(tài)，當(dāng)采煤機(jī)的運(yùn)行停止后，拖纜夾在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下繼續(xù)運(yùn)行，直到受到拖纜夾的反作用力和電機(jī)的輸出扭矩平衡后拖纜裝置停止運(yùn)行，并將控制信號(hào)傳輸給PLC控制中心，驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止運(yùn)行。

若采煤機(jī)處于下行狀態(tài)，電纜夾則會(huì)拉動(dòng)拖纜輪同步運(yùn)動(dòng)，其拉動(dòng)力來(lái)自于采煤機(jī)的下行運(yùn)動(dòng)，此時(shí)阻礙拖纜夾運(yùn)行的力主要是拖纜架和鏈傳動(dòng)系統(tǒng)上的摩擦阻力，系統(tǒng)根據(jù)摩擦阻力的大小控制變頻器的輸出信號(hào)，使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和摩擦阻力保持一致，其轉(zhuǎn)矩方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，在采煤機(jī)的帶動(dòng)下拖纜夾順著采煤機(jī)的方向運(yùn)行，采煤機(jī)停止運(yùn)行時(shí)拖纜裝置同步停止運(yùn)行，從而避免了電纜的堆疊。

該拖纜控制模式具有控制流程簡(jiǎn)單、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠最大限度地利用采煤機(jī)自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶動(dòng)拖纜夾的運(yùn)行，提高其使用經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

3 拖纜裝置控制流程

拖纜裝置控制流程如圖3所示[4]。

由圖3可知，該控制核心均在于對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的判斷，然后根據(jù)判斷結(jié)果選擇合適的控制邏輯。當(dāng)采煤機(jī)工作時(shí)，系統(tǒng)首先對(duì)采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行判斷，若采煤機(jī)靜止則系統(tǒng)不發(fā)出控制信號(hào)，若采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)，則系統(tǒng)根據(jù)采集的采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)發(fā)出相關(guān)的控制指令，控制拖纜裝置的自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還具有故障自檢功能，若判斷系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，則發(fā)出停機(jī)信號(hào)并進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)將故障位置和原因顯示在屏幕上，便于相關(guān)人員及時(shí)跟進(jìn)維護(hù)，滿足運(yùn)行穩(wěn)定性的需求。該控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)拖纜裝置運(yùn)行狀態(tài)的智能調(diào)控，有效避免了電纜在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的二次折疊問(wèn)題，提升了電纜的使用壽命和可靠性。

圖3 拖纜裝置控制流程圖

4 結(jié)論

1）該系統(tǒng)具有恒扭矩控制模式，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的扭矩為定值控制，具有控制流程簡(jiǎn)單、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠最大限度地利用采煤機(jī)自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶動(dòng)拖纜夾的運(yùn)行，提高其使用經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

2）該控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)拖纜裝置運(yùn)行狀態(tài)的智能調(diào)控，有效避免了電纜在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的二次折疊問(wèn)題，提升了電纜的使用壽命和可靠性。