數(shù)字化掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)

李鴻巖+蘇宏彪++楊林

摘 要：文章介紹了一種新式掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)，它主要采用礦用本安型角度傳感器、礦用壓力傳感器、礦用位移傳感器等采集信號(hào)，并控制掘進(jìn)機(jī)動(dòng)作。可以監(jiān)控掘進(jìn)機(jī)綜合參數(shù)、防止切割頭和鏟板相互碰撞、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化切割。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)；電控系統(tǒng)；位移傳感器；數(shù)字化切割

1 概述

數(shù)字化掘進(jìn)機(jī)電控技術(shù)在國外比較成熟，但在國內(nèi)仍屬于起步階段，目前國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)的監(jiān)控方面只有過載、過溫、斷相、漏電、缺項(xiàng)等幾個(gè)基本的參數(shù)，而切割和控制方面只是建立在司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這并不能滿足煤礦對(duì)安全與精確度的要求。因此，結(jié)合國內(nèi)煤礦的實(shí)際情況提出一種先進(jìn)、可靠、實(shí)用性強(qiáng)的新電控方案。

2 電控系統(tǒng)原理

圖1 電控系統(tǒng)原理框

2.1 傳感器

傳感器（除漏電流傳感器外）均系本質(zhì)安全型且全部通過安全柵光電隔離后與PLC進(jìn)行通訊，以提高抗干擾能力以及保護(hù)安全側(cè)電路。

油位、油溫、流量、壓力、位移、角度傳感器均采用本安電源供電，將采集到的油位、油溫、油壓、水流量、水壓、位移、角度信號(hào)傳輸?shù)絇LC的模擬量模塊，經(jīng)過PLC處理后再傳輸給液晶屏。

在PLC程序中對(duì)油位的下限、油溫的上限、油壓異常、水流量下限、水壓力異常等都設(shè)置了保護(hù)措施，當(dāng)油位低于下限，油溫高于上限、油壓出現(xiàn)異常、水流量低于下限、水壓力異常時(shí)，切斷油泵電機(jī)的供電電源，從而停止整機(jī)的工作以避免造成油泵損壞、電機(jī)繞組溫度過高。

位移傳感器采用礦用本安型位移傳感器，由本安電源供電，固定在掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)和鏟板的油缸內(nèi)，可以實(shí)時(shí)采集切割頭以及鏟板的位移信號(hào)并傳輸?shù)絇LC中。

角度傳感器采用礦用本安型傳感器，有本安電源供電，固定在切割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)的連接處，可以測(cè)量出切割頭與水平面（即掘進(jìn)機(jī)所在地面）的夾角，并傳輸給PLC。

2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電磁閥箱主要由礦用隔爆型電磁閥、電液比例閥組成，它是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC可以通過數(shù)字量控制電磁閥的通斷、通過模擬量控制電液比例閥的開關(guān)時(shí)間和閥芯的位置，從而達(dá)到控制切割頭和鏟板的要求。

2.3 切割頭、鏟板防撞

由于切割頭下移和鏟板抬升的過程中有重合的區(qū)域，如果切割頭與鏟板碰撞將發(fā)生嚴(yán)重的事故，因此把該重合的區(qū)域稱作危險(xiǎn)區(qū)域。本系統(tǒng)通過礦用角度傳感器和位移傳感器可以實(shí)時(shí)掌握切割頭和鏟板的位置。PLC將傳感器采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)把切割頭和鏟板的位移數(shù)字化。

當(dāng)切割頭或鏟板單獨(dú)動(dòng)作時(shí)可以滿行程動(dòng)作，但當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到它們中有一方進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域后，那么將鎖定另一方的行程范圍，即：控制電磁閥使得另一方無法超出系統(tǒng)已鎖定的范圍，這樣就從根本上解決了切割頭和鏟板碰撞的問題。

2.4 顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)為掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)一個(gè)重要的組成部分，安裝在操作箱內(nèi)。它可以實(shí)時(shí)地把系統(tǒng)參數(shù)和切割軌跡反映給操作者，同時(shí)也可以記錄系統(tǒng)運(yùn)行中的各種參數(shù)、故障信息并向操作者提供故障解決的方法。

如圖2 所示。門洞型為切割頭運(yùn)動(dòng)范圍；實(shí)心圓表示切割頭；橫線代表鏟板；四個(gè)箭頭代表當(dāng)前切割頭運(yùn)動(dòng)方向；其他實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示如圖所示。

圖2 掘進(jìn)機(jī)綜合切割畫面

3 數(shù)字化切割

掘進(jìn)機(jī)操作過程中前方由于煤層掉落粉塵較大很多時(shí)候掘進(jìn)機(jī)操作人員看不清工作面的具體情況，切割斷面形狀很難掌握。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巷道的實(shí)際情況，編寫一套數(shù)字化切割程序，首先根據(jù)巷道的實(shí)際尺寸鎖定切割頭和鏟板的運(yùn)動(dòng)范圍，再通過位移傳感器和角度傳感器采集信號(hào)，顯示系統(tǒng)顯示出切割軌跡，這樣操作人員就可以根據(jù)具體的數(shù)據(jù)來完成整個(gè)巷道的切割作業(yè)。

掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程中分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制時(shí)，切割頭在同一時(shí)刻只能向一個(gè)方向移動(dòng)，所以在數(shù)字切割程序中添加了切割頭運(yùn)動(dòng)軌跡互鎖程序，即切割頭縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)，橫向運(yùn)動(dòng)功能將被鎖定，反之亦然。自動(dòng)控制時(shí)，操作人員可輸入斷面參數(shù)坐標(biāo)，切割頭可自行完成曲線切割軌跡。

4 結(jié)束語

該數(shù)字化電控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中大大地提高了巷道掘進(jìn)的效率，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也能很好地保證操作人員的安全。

為了保障該系統(tǒng)控制的精確性應(yīng)盡量減少電控箱的震動(dòng)，需在安裝電控箱時(shí)加裝減震系統(tǒng)，且進(jìn)入PLC的模擬量信號(hào)需經(jīng)安全柵進(jìn)行隔離處理，電控箱內(nèi)的電氣元件應(yīng)高低壓分開，并進(jìn)行良好的接地處理。

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