采煤機記憶截割控制系統研究

毛志冬

摘 要：采煤機是綜合機械化采煤的核心設備，其中，采煤機滾筒的自動記憶調高是自動化采煤工藝的重要環節，其能夠保證煤炭的質量和設備的可靠性。通過系統研究采煤機記憶截割控制系統，分析其工作原理和系統設計，為煤炭產業的有序發展提供支持。

關鍵詞：采煤機；記憶截割；控制系統；采煤工藝

中圖分類號：TD421.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.119

在傳統的采煤機工作中，滾筒高度需要人工控制，并通過采煤機司機目視和聽噪聲的方式實現對采煤機滾筒是否需要割頂和對底板巖層的判斷，然后有效調節截割滾筒的垂直位置。但由于采煤工作環境能見度低、煤塵大、噪聲大，因此會影響司機準確判斷采煤機的截割狀態，容易造成截割頂底板巖石機器損壞等安全事故。對此，需要設計、安裝符合采煤機工作環境的自動控制系統，為采煤機的安全、可靠運行提供保障。

1 采煤機記憶截割的工作原理

采煤機的記憶截割是傳感器技術和計算機技術發展的產物，是基于智能化操控系統的控制策略。其工作原理是在示范模式下，采煤機在司機的控制下根據采煤工作面煤層的高低起伏條件截割一刀的操作。智能化控制系統實現了對采煤機運行工作的行程位置、滾筒的高度位置、采煤機的運行姿態和牽引方向速度等信息數據的記錄和分析，能找出最優的截割路徑，然后啟動記憶截割模式。采煤機的工作系統在智能系統的控制下自動跟蹤第一刀的截割路徑，實現了截割過程的自動化。但在煤層條件出現較大變化時，自動控制系統會發出告知信息，需要采煤機司機手動控制采煤。在這種情況下，控制系統會自動記憶調整過的工作參數，替換之前存儲的數據，為以后切割時滾筒的調高提供數據依據。這種工作方法是可以采取人工干預的自動化操作方式，司機可以及時調整滾筒的位置，并不受采煤機記憶數據和運行狀態的限制。

2 采煤機記憶截割控制的實現

2.1 采煤機的工作流程

采煤機在正常工作中，需要沿著托板運輸機導軌既定的方向行進，機械設備的左右搖臂只能在機身平面的相對范圍內轉動。采煤機在行進時，由于自身的速度會產生一定的加速度，所以需要準確掌握采煤機的精確位置、左右搖臂與機身的夾角角度、采煤機的行走速度和加速度的數值。這樣就可以復現采煤機工作運行的過程和司機的截割操作等，為記憶截割控制系統的有效工作提供保障。

2.2 采煤機記憶截割控制策略

采煤機的滾筒在實際的切割工作中由于牽引速度、煤層品質和切割深度的不同，導致對象模型參數出現較大的非線性即時變性，不能依靠簡單的幾何計算和數學解析模型實現對采煤機的精確控制，但經驗豐富的司機可以利用機械的操作記憶曲線采取適當的調高控制措施。因此，采煤機記憶截割技術的重要控制策略是將人工熟練的技術應用到自動截割流程中去。

2.3 記憶截割控制系統的硬件設計

采煤記憶截割試驗臺由檢測系統、控制系統和執行機構三部分構成。其中，系統的檢測模塊由三軸加速度傳感器、旋轉編碼器、單周陀螺儀、左右搖臂角度傳感器和采集卡組成，其有效運行依靠傳感器捕捉的信號實現對采煤機空間姿態的有效判斷，數據信息在控制器的分析、比對后被發送至執行機構，從而實現對操作行為的有效控制。根據采煤機的工作原理，我們為試驗臺設置了自動控制和手動控制操作功能。手動控制是自動控制的配合和補充，由司機利用鍵盤或按鈕實現對采煤機試驗臺的左右牽引和滾筒上下調高的控制。手動控制中，不同功能的控制按鈕可以控制系統不同的執行部件。通過采集卡的數字口，輸出經放大器放大后的驅動繼電器，實現機械設備的左右搖臂升降、左右牽引和停止等操作。

PLC作為可編程邏輯控制器，是采用可編程的存儲器對邏輯運算、順序控制、定時等指令進行存儲和分析，并通過模擬式輸入和輸出或數字控制方式指揮機械設備行進的生產過程。PLC控制器是大型機械設備常用的執行控制器，但由于其體系結構的封閉性，各廠家的硬件體系互不兼容，需要在采煤機機械中安裝與其對應的元件。

2.4 控制系統中記憶數據的存儲

在記憶截割的設計過程中，最關鍵的問題是存儲記憶數據。首先要確保數據的及時性和準確性，為后期的處理提供真實、可靠的信息源。在存儲記憶數據時，既可以利用文件或文檔類存儲的方式將需要保存的數據按順序存儲在文件中，在需要時調用該文件，還可以在硬件資源配置完備的情況下，在程序中建立一個靜態存儲表，當程序運行時，直接讀寫數據，而操作結束后，數據可以重新發送回 Flash 中，防止掉電或系統誤操作等造成的數據丟失。

2.5 記憶截割中采煤機位置的確定

在采煤機的記憶截割過程中，要基于機械設備的位置和工作過程設計程序，利用可靠的傳感器、定位器等檢測和記錄位置信息。由于采煤機本身有一定的長度，且自身的長度比行走距離的精度要求值要大很多，因此不能將機械設備作為一個質點來確定采煤機的位置，而要選擇采煤機中的左牽引電機作為測量點。采煤機的位置通過多種軟硬件協助檢測的方式實現精準測定，通過牽引電機同軸編碼器測得的實時轉速或變頻器控制單元測量的牽引電機的轉速來計算當前位置，保證在一種檢測方式失效時采煤機能繼續正常工作。在采煤機牽引中，由于機械原因會形成累積誤差，因此要在支架上安裝具有位置修正功能的位置同步器，以保證測量位置的可信度。

3 結束語

經過大量的常規工作實驗和智能系統的分析，采煤機記憶截割控制實現了系統的宏觀設計和逐層功能的搭建，形成了簡單易行的記憶截割策略，對采煤系統的優化設計和多余功能模塊的刪減等具有重要作用，充分保障了系統性能的穩定、可靠，有助于提高礦山作業的安全性，降低生產成本和勞動強度，推動我國煤炭機械朝著自動化、智能化的方向發展，為安全、高效的采煤機綜采面的設計打下了良好的基礎。

參考文獻

[1]張福建.電牽引采煤機記憶截割控制策略的研究[D].北京：煤炭科學研究總院，2007.

[2]曾志強，吳艷，張侃諭.基于恒功率控制的采煤機記憶截割實現[J].儀表技術，2013（05）.

〔編輯：王霞〕