采煤机记忆截割控制系统研究

毛志冬

摘 要：采煤机是综合机械化采煤的核心设备，其中，采煤机滚筒的自动记忆调高是自动化采煤工艺的重要环节，其能够保证煤炭的质量和设备的可靠性。通过系统研究采煤机记忆截割控制系统，分析其工作原理和系统设计，为煤炭产业的有序发展提供支持。

关键词：采煤机；记忆截割；控制系统；采煤工艺

中图分类号：TD421.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.119

在传统的采煤机工作中，滚筒高度需要人工控制，并通过采煤机司机目视和听噪声的方式实现对采煤机滚筒是否需要割顶和对底板岩层的判断，然后有效调节截割滚筒的垂直位置。但由于采煤工作环境能见度低、煤尘大、噪声大，因此会影响司机准确判断采煤机的截割状态，容易造成截割顶底板岩石机器损坏等安全事故。对此，需要设计、安装符合采煤机工作环境的自动控制系统，为采煤机的安全、可靠运行提供保障。

1 采煤机记忆截割的工作原理

采煤机的记忆截割是传感器技术和计算机技术发展的产物，是基于智能化操控系统的控制策略。其工作原理是在示范模式下，采煤机在司机的控制下根据采煤工作面煤层的高低起伏条件截割一刀的操作。智能化控制系统实现了对采煤机运行工作的行程位置、滚筒的高度位置、采煤机的运行姿态和牵引方向速度等信息数据的记录和分析，能找出最优的截割路径，然后启动记忆截割模式。采煤机的工作系统在智能系统的控制下自动跟踪第一刀的截割路径，实现了截割过程的自动化。但在煤层条件出现较大变化时，自动控制系统会发出告知信息，需要采煤机司机手动控制采煤。在这种情况下，控制系统会自动记忆调整过的工作参数，替换之前存储的数据，为以后切割时滚筒的调高提供数据依据。这种工作方法是可以采取人工干预的自动化操作方式，司机可以及时调整滚筒的位置，并不受采煤机记忆数据和运行状态的限制。

2 采煤机记忆截割控制的实现

2.1 采煤机的工作流程

采煤机在正常工作中，需要沿着托板运输机导轨既定的方向行进，机械设备的左右摇臂只能在机身平面的相对范围内转动。采煤机在行进时，由于自身的速度会产生一定的加速度，所以需要准确掌握采煤机的精确位置、左右摇臂与机身的夹角角度、采煤机的行走速度和加速度的数值。这样就可以复现采煤机工作运行的过程和司机的截割操作等，为记忆截割控制系统的有效工作提供保障。

2.2 采煤机记忆截割控制策略

采煤机的滚筒在实际的切割工作中由于牵引速度、煤层品质和切割深度的不同，导致对象模型参数出现较大的非线性即时变性，不能依靠简单的几何计算和数学解析模型实现对采煤机的精确控制，但经验丰富的司机可以利用机械的操作记忆曲线采取适当的调高控制措施。因此，采煤机记忆截割技术的重要控制策略是将人工熟练的技术应用到自动截割流程中去。

2.3 记忆截割控制系统的硬件设计

采煤记忆截割试验台由检测系统、控制系统和执行机构三部分构成。其中，系统的检测模块由三轴加速度传感器、旋转编码器、单周陀螺仪、左右摇臂角度传感器和采集卡组成，其有效运行依靠传感器捕捉的信号实现对采煤机空间姿态的有效判断，数据信息在控制器的分析、比对后被发送至执行机构，从而实现对操作行为的有效控制。根据采煤机的工作原理，我们为试验台设置了自动控制和手动控制操作功能。手动控制是自动控制的配合和补充，由司机利用键盘或按钮实现对采煤机试验台的左右牵引和滚筒上下调高的控制。手动控制中，不同功能的控制按钮可以控制系统不同的执行部件。通过采集卡的数字口，输出经放大器放大后的驱动继电器，实现机械设备的左右摇臂升降、左右牵引和停止等操作。

PLC作为可编程逻辑控制器，是采用可编程的存储器对逻辑运算、顺序控制、定时等指令进行存储和分析，并通过模拟式输入和输出或数字控制方式指挥机械设备行进的生产过程。PLC控制器是大型机械设备常用的执行控制器，但由于其体系结构的封闭性，各厂家的硬件体系互不兼容，需要在采煤机机械中安装与其对应的元件。

2.4 控制系统中记忆数据的存储

在记忆截割的设计过程中，最关键的问题是存储记忆数据。首先要确保数据的及时性和准确性，为后期的处理提供真实、可靠的信息源。在存储记忆数据时，既可以利用文件或文档类存储的方式将需要保存的数据按顺序存储在文件中，在需要时调用该文件，还可以在硬件资源配置完备的情况下，在程序中建立一个静态存储表，当程序运行时，直接读写数据，而操作结束后，数据可以重新发送回 Flash 中，防止掉电或系统误操作等造成的数据丢失。

2.5 记忆截割中采煤机位置的确定

在采煤机的记忆截割过程中，要基于机械设备的位置和工作过程设计程序，利用可靠的传感器、定位器等检测和记录位置信息。由于采煤机本身有一定的长度，且自身的长度比行走距离的精度要求值要大很多，因此不能将机械设备作为一个质点来确定采煤机的位置，而要选择采煤机中的左牵引电机作为测量点。采煤机的位置通过多种软硬件协助检测的方式实现精准测定，通过牵引电机同轴编码器测得的实时转速或变频器控制单元测量的牵引电机的转速来计算当前位置，保证在一种检测方式失效时采煤机能继续正常工作。在采煤机牵引中，由于机械原因会形成累积误差，因此要在支架上安装具有位置修正功能的位置同步器，以保证测量位置的可信度。

3 结束语

经过大量的常规工作实验和智能系统的分析，采煤机记忆截割控制实现了系统的宏观设计和逐层功能的搭建，形成了简单易行的记忆截割策略，对采煤系统的优化设计和多余功能模块的删减等具有重要作用，充分保障了系统性能的稳定、可靠，有助于提高矿山作业的安全性，降低生产成本和劳动强度，推动我国煤炭机械朝着自动化、智能化的方向发展，为安全、高效的采煤机综采面的设计打下了良好的基础。

参考文献

[1]张福建.电牵引采煤机记忆截割控制策略的研究[D].北京：煤炭科学研究总院，2007.

[2]曾志强，吴艳，张侃谕.基于恒功率控制的采煤机记忆截割实现[J].仪表技术，2013（05）.

〔编辑：王霞〕