基于PLC的采煤机红外线位置监测系统的开发

闫万俊

（山西焦煤集团汾西矿务局中兴煤业， 山西 晋中 030500）

引言

目前井下作业人员在对液压支架的占位进行调节时，普遍依靠作业人员目测液压支架与采煤机之间的占位进行调整，但井下工作环境恶劣，经常造成因液压支架与采煤机相对位置不一致导致落石事故，不仅带来了极大的安全隐患，而且严重影响了煤矿井下的综采效率，因此，应快速准确地确定采煤机在井下的相对位置。

1 红外监测系统的总体结构

该红外位置监测系统主要由红外线发生系统和接收系统构成，将发射系统固定在采煤机截割滚筒与机身结合的静止位置，将接收系统设置在井下巷道内的各个液压支架上，采煤机在移动过程中红外信号不断根据采煤机的运行情况变化，根据接收系统接收到的红外信号所处的液压支架位置即可判断出采煤机相对液压支架群的位置，以此来判断各液压支架需要执行的动作。该监测系统的总体结构如图1所示。

在该系统中，间架控制器的主要作用是对相邻的液压支架的动作进行协调控制，在工作时监测系统将采煤机在巷道内的空间坐标信号发送给正对着采煤机的间架控制器，以此作为各液压支架动作的基准，同时该控制器还可以直接控制液压支架的动作，并记录液压支架的状态，传递给监测系统的PLC控制中心，使地面控制中心的工作人员远程监测液压支架相对于采煤机的位置，人工控制液压支架的运行和调整[2]。

2 红外监测系统的工作原理

图1 红外监测系统的总体结构

图2 红外监测系统的工作原理示意图

该系统红外监测装置的工作原理如图2所示，当位于液压支架上的红外接收器接收到采煤机上所发出的红外信号后，经过调制系统的调制处理，转换为与PLC装置所匹配的电流信号，由于信号在深入PLC模块的A/D端口时其信号量值较低，而经过A/D端口的转换后其量值增加较大，利用该信息转换的差值可将经过A/D端口转换的数字量信号设定为系统的临界值，超过该临界值则说明采煤机与该液压支架相对位置满足液压支架的动作要求，若低于该临界值则说明该采煤机与液压支架的相对站位不满足液压支架的动作要求，需进一步调整。

由于采煤机在实际工作时的进给速度相对较慢，约为5 m/min，而相邻液压支架的间距约为2 000 mm，红外监测系统完成一个检测和控制流程所需时间远小于采煤机经过液压支架的时间，因此完全满足监测和调整要求[3]。

3 红外位置监测软件控制系统设计

该监测系统的软件控制逻辑如图3所示：

图3 红外位置监测控制逻辑示意图

由图3可知，该系统的软件控制逻辑中，首先对所有的控制端口进行检测是否进入稳定工作模式，然后系统以定时器的溢出为启动PLC模块的采样信号，控制系统每隔10 ms发出一次采样中断信号。

系统在进行数据采集时，以每10组的数据为一个基准，对其求平均值作为最终的数据采样结果，以避免井下恶劣的工作环境所带来的数据采样失真。在系统稳定运行并进入到PLC采样间隔发送程序后，PLC系统首先对数据的采用次数进行检查，若采样次数小于系统规定的最小采样次数，则PLC系统开始重新进行一次启动转换，并将采集到的数据保存在相应的缓存区，待采样次数满足要求后进行求解并传输，系统对采样结果进行判定，若采样结果的平均值大于系统设定的临界值则说明满足调整要求，若小于临界值则说明不满足位置调整要求，需进一步的调整。

4 红外线位置检测系统的试验验证

本文利用手推车装置模拟运动中的采煤机，利用设置在固定位置，间隔2 000 mm的柱脚模拟液压支架，将手推车以5 m/min的速度移动，其模拟示意图如图4所示。

图4 红外监测系统的模拟试验

PLC系统A/D端口的转换后其量值为4 000，因此设定该模拟系统的临界控制数字量为4 000，当系统接收到的转换数值低于4 000时发出报警信号，说明未调整到位，当转换数值高于4 000时可进行转换。根据现场验证结果，该红外线位置检测系统能够有效地对采煤机和液压支架的相对位置进行判断，具有检测精度高、调整速度快的优点，完全满足煤矿井下液压支架和采煤机位置检测要求[4]。

5 结论

1）该红外监测系统能够根据实际情况对监测数据进行多次核实分析，能有效避免井下恶劣环境导致的误判情况，提升了对采煤机站位判断的准确性。

2）该红外监测系统在工作中能够及时捕捉红外线信号，并对采煤机和液压支架的相对位置进行判断，位置监测精度高、速度快。