电磁调速电牵引采煤机遥控改造系统的研究

邱艳海

摘要：MXG-500/4.5H型电磁调速电牵引采煤机机组的启停控制、行走控制、加减速控制等均由本机操作按钮来实现。为了实现采煤机组的遥控功能，必须加装一套遥控操作系统，该系统和原操作系统必须融为一体，均能控制采煤机，同时又要增加摇臂升降的控制，为了实现左右摇臂升降的控制分别由两位司机来完成，遥控系统选用了两套，与其相对应的是两个相互独立的发射装置，互不影响，机组的调高分别由左右发射装置来控制，而机组的启停控制、行走控制、加减速控制等均可由左右发射装置控制，以保证采煤机工作的安全。

关键词：本机操作 遥控操作系统 采煤机工作安全

0 引言

MXG-500/4.5H型电磁调速电牵引采煤机为老型号机组，是在原液压机组基础上改造而成的，其操作方式为就地操作，即由机组本身的按钮来实现，工人必须近距离跟随机组行走操控，而此机组所在工作面具有一定角度的仰采，采煤机割煤时煤块等容易打到司机一面，比较危险而且劳动强度较大，因此有必要对其实施遥控改造，确保操作工人的安全并降低劳动强度。

1 机组调速控制系统概况

滑差电牵引采煤机是以电磁调速电动机（俗称滑差电机）做牵引的，对采煤机速度的控制实际上就是对滑差电机转速的控制，即通过调节其电磁离合器励磁电流来改变其转差从而实现对其输出转速的调节，由于滑差电机的自然特性非常软，必须通过人工调制改变其机械特性，使其适合牵引负载的需要，改变其机械特性的方法就是在控制环节引入速度负反馈，形成速度闭环，使其实现稳速的要求。

1.1 控制系统的结构 ①速度给定：速度给定是以数字的形式实现的，其增减根据操作人员的指令按一定速度递增或递减，有效防止了由于给定值的突变而引起的调节过程的突变导致对机械的冲击，分辨率位0.1米/分，最大设定值为7.0米/分（此值可根据实际情况进行调整，邢煤机组的设定值为5.0米/分）。②速度反馈：此量取自滑差电机内测速轴编码器，测速值准确无误差，且响应快，克服了以往采用测速发电机测速由于其非线性引起的测速误差和低速时测速不稳定所带来的调速误差和低速失调现象。③电流反馈：采用霍尔效应式电流变送器测量励磁电流，响应快，测量精度高，且输出是PLC所能识别的模拟量信号（4-20mA）。④速度调节器：速度调节功能是由软件来实现的，采用了具有优良调节品质的PI调节方法，比例部分能迅速响应输入信号，积分部分最终消除稳态误差。⑤电流调节器：电流调节器的功能也是由软件来实现的，同样采用PI调节方法。⑥触发电路、功率模块：触发电路是根据电流调节器的输出来调节功率模块的导通角，从而调整励磁回路的电流，实现调速的目的。

1.2 闭环调节参数的整定 在PLC软件中需要人为设定或需要随机读取得PID参数有以下9种：过程变量PVn，即经过每次调整后的反馈量值；设定值SPn，对速度环而言此值即为人为设定的采煤机运行的期望值，对电流环而言此值即为速度环的输出值，虽负载等影响采煤机运行速度因素的变化而变化；输出值Mn，各环路调节器的输出值；环路增益Kc，环路中比例项的增益，影响环路调节的灵敏度；采样时间Ts；积分时间Ti，此值越大积分效果越差，此值越小积分效果越强；微分时间Td，此值越大微分效果越强，此值越小微分效果越差；积分项前值MX，即前一次PID运算时的积分项值，此值随计算逐次更新，在进行自动到手动状态的无扰切换时可人为修正；过程变量前值PVn-1，即最近一次的过程变量值，此值不能人为设定。

①速度环调节参数的整定：速度设定值SPn，此值为速度环的输入值，由操作人员根据需要自行调整，此值即为采煤机运行速度的期望值。环路增益Kc，此值影响到控制系统响应的灵敏性，而对采煤机这样一个大惯量负载来说，其响应时间较长，此值不宜过大，否则容易引起超调甚至震荡，邢煤采煤机设为0.9。采样时间Ts，由于采煤机的响应时间较长，采样时间不宜太短，且没有必要，因为采样时间太短会增加系统的运算次数和运算量，而且程序自身的扫描时间也不允许该时间太短，本台采煤机的采样时间为0.2秒。积分时间Ti，此值的大小影响到系统积分效果的强弱，太小，系统将不稳定，振荡次数增多；太大，积分作用对系统的影响减小，不利于消除系统的静态误差，难以获得较高的控制精度。该采煤机控制系统选择的积分时间为0.2分。②电流环调节参数的整定：给定值SPn，此值为速度环调节器的输出值，随调节过程中速度调节器输出的变化而变化，电流环在此系统中是一随动系统。环路增益Kc，本控制系统中取值0.8。采样时间Ts，本控制系统取值0.2秒。积分时间Ti，本控制系统取值0.2分。③动力制动时速度环调节参数的整定：动力制动时速度环和正向牵引时所不同的是该闭环为反作用回路，将其回路增益变为-0.6，其余参数不变。

1.3 正向牵引和动力制动状态间的相互转换

①正向牵引到动力制动状态。判据：当采煤机在正向牵引过程中下滑力不断增加，励磁电流随之减小，当采煤机的下滑力增加到一定程度时，励磁电流趋于零，而采煤机的速度还在不断增加，如其运行速度超过设定值1米/分，则判定采煤机下滑，需转入动力制动状态才能正常运行。动作及参数调整：当判定采煤机下滑后，停牵引电机，将牵引电机转子制动住，然后启动动力制动控制系统，改变速度环的回路增益，将原速度环的积分项前值置为零，以保证制动力从零开始逐渐增加，其余参数不变。②动力制动状态到正向牵引。判据：当采煤机运行在动力制动状态，随着下滑力的不断减小，励磁电流随之减小（制动力减小），当采煤机的下滑力减小到一定程度，励磁电流趋于零（即制动力为零），而采煤机的运行速度却在减小，当运行速度低于设定值0.7米/分实际判定采煤机不再下滑，应解除动力制动状态转为正向牵引。动作及参数调整：当判定采煤机需解除动力制动状态转为正向牵引时，松原动机制动闸，按原运行方向启动牵引电机，改变速度环的回路增益，并将积分项前值置零，其余参数不变。

2 机组遥控改造过程

2.1 液压控制系统改造

①液压系统的现状。该采煤机本身没有液压泵站，调高、制动等的动力来自工作面的乳化液泵站，通过人工控制安装于采煤机液压回路上的手动片阀等来实现。②液压系统改造内容。为了实现对机组调高、制动等的遥控操作，必须将控制阀组由手动变为电动，一般采煤机上的液压系统是由机载液压泵站来提供液压动力的，介质为液压油，控制阀组为油介质电磁阀，该类电磁阀比较普遍，而我们所改造的机组液压介质为乳化液，一般采煤机上用的油介质电磁阀不能使用，因为如果该类电磁阀用在乳化液回路，其阀芯会很快锈蚀而不能动作，只能使用乳化液介质的电磁阀，因此选用了电控液压支架上使用的电磁阀组。

2.2 电控系统的改造

①电控系统的现状。待改造机组的启停控制、行走控制、加减速控制等均由本机操作按钮来实现。②电控系统的遥控改造。为了实现采煤机组的遥控功能，必须加装一套遥控操作系统，该系统和原操作系统必须融为一体，均能控制采煤机，同时又要增加摇臂升降的控制，为了实现左右摇臂升降的控制分别由两位司机来完成，遥控系统选用了两套，即接收装置为两个（左、右端头站），与其相对应的是两个相互独立的发射装置，互不影响，机组的调高分别由左右发射装置来控制，而机组的启停控制、行走控制、加减速控制等均可由左右发射装置控制，以保证采煤机工作的安全。

2.3 采煤机遥控改造的具体要求

①在采煤机合适位置增加左、右端头站各一个，该端头站既是遥控的接收执行装置，又具备本机就地操作功能，且左右端头站工作频率不同，确保两个司机的操作相互独立；②左右端头站各配两只无线遥控发射器，工作频率和各自对应的端头站匹配；③遥控实现采煤机左右行走及停止控制、加减速控制、左右摇臂升降控制、总停控制等；④改造增加的遥控系统与原来的控制系统完全兼容，不影响原系统的操作模式。

3 结语

采煤机经过遥控改造后，具备了3种操作方式，即本机按钮控制方式、端头站按钮控制方式、遥控方式，增加了系统的可靠性，方便了工人的操作，保证了工人操作的安全性，提高了劳动生产效率，效果显著。

参考文献：

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