采煤机自动化拖缆控制系统的优化

李世展

（晋能控股煤业集团同家梁矿，山西 大同 037003）

引言

采煤机运行过程中的数据信息传递通过电缆进行，电缆需要能够随着采煤机的运动而不断移动，以满足数据通信连续性的需求。由于采煤机在综采作业的过程中需要根据井下情况不断进行往复运动，因此导致采煤机电缆会发生多次的挤压和折叠问题，使电缆受到反复的折弯应力作用，加速了电缆的老化，从而导致通信不良，给采煤机的安全运行带来了极大的隐患。结合采煤机井下综采作业的需求和电缆运行情况，提出了一种新的采煤机自动化拖缆控制系统。

1 拖缆控制系统结构

结合采煤机和拖缆装置的运动关系，本文提出了一种新的采煤机拖缆智能控制系统，其整体布局结构如图1所示[1]。

图1 拖缆控制系统结构示意图

由图1可知，该拖缆控制系统的核心为PLC控制装置，在系统内设置了2组异步电机，其中一个设置在链传动系统减速器之前，主要作用是为链传动系统的运转提供驱动力。在电机1和链传动系统间设置了一个减速器，用于在系统内传递转矩并进行转速匹配。另一个电机则主要是作为采煤机运行的动力源，驱动采煤机的运行。系统内设置了两个变频器，一个变频主要用于控制异步电机1的运行状态，满足不同传动需求，另一个变频器主要用于控制采煤机的运行，使其满足系统综合调控的运行需求。PLC控制系统主要用于接收系统的监测信息，对数据进行分析，确定调整方案并向链传动系统和采煤机发出调控指令，满足拖缆装置运行可靠性的需求。

2 自动拖缆控制原理

该拖缆控制系统的设计原则在于要控制脱硫装置，保证采煤机在任何状态下均能够控制拖缆装置进行随机运行，避免电缆发生二次弯曲。在对多种控制模式进行分析后，本文选择一种新的恒扭矩控制模式，以驱动电机输出的扭矩为定值控制，则在采煤机上行和下行情况下脱缆装置的运行状态如图2所示[2]。

图2 采煤机不同运行模式下的控制结构示意图

通过对拖缆装置的运行情况分析，在其运行时需要克服多种摩擦阻力，将这些综合阻力作用下的电机输出扭矩标记为M[3]。则当采煤机在运行时，由PLC控制系统对采煤机的运行状态进行分析，确定采煤机的运行方向，然后将控制指令传输到对应的变频控制器，使驱动电机保持恒定的输出扭矩。

若采煤机为上行状态，则电机的输出扭矩为逆时针方向，在输出扭矩作用下采煤机的拖缆装置电机轴处于受力不平衡的状态，采煤机的电缆夹将在拖缆装置的带动下沿着采煤机的运行方向而运动，此时拖缆装置内的电缆夹处于受力伸长状态，当采煤机的运行停止后，拖缆夹在驱动电机的作用下继续运行，直到受到拖缆夹的反作用力和电机的输出扭矩平衡后拖缆装置停止运行，并将控制信号传输给PLC控制中心，驱动电机停止运行。

若采煤机处于下行状态，电缆夹则会拉动拖缆轮同步运动，其拉动力来自于采煤机的下行运动，此时阻碍拖缆夹运行的力主要是拖缆架和链传动系统上的摩擦阻力，系统根据摩擦阻力的大小控制变频器的输出信号，使电机输出转矩和摩擦阻力保持一致，其转矩方向为顺时针方向，在采煤机的带动下拖缆夹顺着采煤机的方向运行，采煤机停止运行时拖缆装置同步停止运行，从而避免了电缆的堆叠。

该拖缆控制模式具有控制流程简单、可靠性好的优点，能够最大限度地利用采煤机自身的运动状态带动拖缆夹的运行，提高其使用经济性和稳定性。

3 拖缆装置控制流程

拖缆装置控制流程如图3所示[4]。

由图3可知，该控制核心均在于对采煤机运行状态的判断，然后根据判断结果选择合适的控制逻辑。当采煤机工作时，系统首先对采煤机运动进行判断，若采煤机静止则系统不发出控制信号，若采煤机运动，则系统根据采集的采煤机运行状态信号发出相关的控制指令，控制拖缆装置的自动运行。系统在运行过程中还具有故障自检功能，若判断系统出现运行故障，则发出停机信号并进行声光报警，同时将故障位置和原因显示在屏幕上，便于相关人员及时跟进维护，满足运行稳定性的需求。该控制系统能实现对采煤机拖缆装置运行状态的智能调控，有效避免了电缆在运动过程中的二次折叠问题，提升了电缆的使用寿命和可靠性。

图3 拖缆装置控制流程图

4 结论

1）该系统具有恒扭矩控制模式，以驱动电机输出的扭矩为定值控制，具有控制流程简单、可靠性好的优点，能够最大限度地利用采煤机自身的运动状态带动拖缆夹的运行，提高其使用经济性和稳定性。

2）该控制系统能实现对采煤机拖缆装置运行状态的智能调控，有效避免了电缆在运动过程中的二次折叠问题，提升了电缆的使用寿命和可靠性。