基于PLC 控制的采煤机自动割煤技术的研究与设计

齐寅伟

（西山矿业管理有限公司， 山西 太原 030053）

引言

智能化开采对采煤机的要求是可以随着煤层的覆存条件及开采的状态达到自动调节的目的。在采煤机智能开采的技术中，状态感知及智能控制是其核心的技术。此前众多学者对采煤机的智能化开采做出过一定的研究。何广东[1]基于PLC 控制系统设计了采煤机的自动化、智能化割煤控制系统，实现了综采工作面无人、少人模式下采煤机记忆割煤功能。郭卫[2]针对目前基于组态软件设计的采煤机监控系统存在的不足，设计了采煤机智能化控制系统，环境参数信号能够对采煤机进行自适应调速、调高以及停机等功能。路染妮[3]研究了采煤机的煤岩体识别技术和割煤技术等，实现了采煤机自动化和远程操控，为系统监测工作及时提供科学准确的参考数据。本文结合采煤机在煤矿井下的实际工况，对采煤机的自动化、智能化割煤控制系统进行了深入研究，实现了煤矿综采工作面的无人化、自动化开采。

1 滚筒采煤机的自动割煤控制系统的设计

滚筒采煤机的自动割煤控制系统主要由主控单元、自动控制单元、执行单元、信号采集单元和手动控制单元组成。传感器作为采煤机的主要监测设备主要体现在机械传动、采煤机运行状态及环境等方面，对相关的数据进行监测，将监测的数据进行对采煤机主板的汇总，为采煤机主板对采煤机的运行进行及时有效的监测。采煤机的主板一般包括的技术参数有采煤机的开关信号、频率信号、拟量输入信号及继电器信号灯。根据其工作参数将其分为了电气控制板、液压水路控制板、机械传动控制板及姿态监控控制板。

滚筒采煤机的电气主控板的技术参数主要包含：电压等级、输出电流、电压变送器等。通过在采煤机的牵引电机部位安装两个电流传感器，电流传感器量程为0～500 A；同时在滚筒两侧的滚筒及牵引电机上安装2 个C 型温度传感器，量程小于200 ℃，可通过电机的扭矩来监测和判断滚筒的负载情况。液压水路主控板主要有液压油箱液位传感器、压力传感器及温度传感器。通过压力传感器记录进出口的压力，当进出口出现压力过大的情况时，考虑进出口堵塞，当进出口压力较低时，考虑出现漏液及泄露问题。在冷却水进出口的位置布置温度传感器，温度传感器的型号选择为WS9050，用于监控冷却口的温度。在滚筒的油缸两侧分别安装J120-192 压力传感器，数字采集量口5 个，模拟采集量为18 个，线路接口1 个。

传动监控系统在油箱的内部安装轴承温度传感器，以此来反应油箱内部的温度，型号为WS9050，供电电压设定为DC24 V。同时在机组的箱体内部安装瓦斯浓度传感器，瓦斯浓度传感器的型号为DJ4G，额定的供电电压为660 V/380 V/36 V，瓦斯浓度传感器具备异常信息的输出性能，以达到报警的作用。同时布置2 路电源，均为18 V。

采煤机运行姿态监控板主要包括了滚筒的高度及采煤机工作的倾角。在滚筒的摇臂位置布置位置监控板，位置监控板可以根据左右摇臂的角度来计算采煤机的滚筒工作高度。采煤机的倾角计算主要依靠双轴的倾斜角度及电子的倾角。在采煤机滚筒的齿轮部位安装旋转编码器，系统还具有采集器6个及上下联接口各一个[4]。

滚筒采煤机的智能化运行控制主要依靠运行控制器及主控板完成，可以实现对各个电动机的断电、送电等指令。同时可以控制电动机的启动和停止、滚筒的截割高度、牵引力换向等命令。智能控制系统不需要逻辑语言运算，依靠于工作人员的手动操作命令。采煤机手柄控制单元用于收集人工的命令并将其传输至采煤机控制板，以达到工作的合理有序。采煤机的智能化算法是采煤机自动割煤的重要依据，其核心为中央控制器。中央控制板通过对收集的数据进行处理利用煤岩识别技术或采煤机记忆割煤进行命令处理，并将命令发于采煤机的运行控制板。滚筒采煤机远程控制系统示意图如图1 所示。

图1 滚筒采煤机远程控制系统设计示意图

2 自动割煤控制系统的煤岩体识别功能

煤岩识别技术作为自动割煤控制系统的核心，主要依靠安装在煤岩的接触面上的传感器，监测和记录采煤机滚筒的油缸压力和电机的电流。滚筒采煤机在截割作业的过程中由于滚筒油缸压力及电机电流作用产生一定的波动，由于煤层与岩层的硬度不同采煤机的波动幅度也是不同的，当采煤机进行割煤时由于煤层的硬度较低，采煤机的波动幅度较低，当采煤机进行割煤时，由于岩层的硬度较大，电动机的电流及滚筒的油缸压力均升高，所以采煤机的振动幅度也就较大，通过这些途径来实现煤岩体的识别。在割煤作业时，采煤机的滚筒转速、牵引电机的电流、滚筒的油缸压力等均处于稳定状态，此时的采煤机在作业时只会自上向下运动，不会水平移动。与此同时，通过预先设定的数值，当采煤机滚筒上方的油缸压力会在滚筒升至设定高度时停止，避免截齿截割岩层[5]。

当智能化监测系统根据传输的数据得出滚筒电机的载荷电流增大，滚筒的油缸压力也呈现出增大的趋势，此时滚筒接触到了岩层，此时在滚筒的转速一定的前提下，对油缸的上腔部位进行注油，此时采煤机的滚筒在共同作用下会出现降低的情况，避免继续出现割岩的现象。当采煤机的滚筒在接触到岩层后出现降低后，此时随着降低的幅度逐步增大，采煤机滚筒油缸内部的油液恢复到正常的压力，此时采煤机的滚筒停止降低，开始正常割煤。当顶板的岩层截割角度大于综采面顶板的极限倾角时，此时采煤机的控制系统会发出异常信号，此时采煤机根据指令会降低牵引速度和采煤机的滚筒转速，保证采煤机的正常运行。在通过滚筒控制算法对其进行有效控制的前提下还需根据电动机的电流、采煤机的滚筒转速、采煤机运行速度等进行控制，达到滚筒采煤机的自动化割煤。

3 结语

采煤机的智能化割煤在实际生产中不仅截割效率高，同时可以有效地减小矿山工作人员的劳动强度，提升矿山的安全性。现阶段的煤岩识别技术可以有效地识别煤层与岩层且准确率高，所以采煤机的智能控制已经成为了矿山的热门课题，本文根据已有的资料对采煤机的智能控制系统进行一定的设计，为建设智慧化高产、高效矿井奠定基础。