基于PLC的采煤機(jī)紅外線位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

閆萬(wàn)俊

（山西焦煤集團(tuán)汾西礦務(wù)局中興煤業(yè)， 山西 晉中 030500）

引言

目前井下作業(yè)人員在對(duì)液壓支架的占位進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，普遍依靠作業(yè)人員目測(cè)液壓支架與采煤機(jī)之間的占位進(jìn)行調(diào)整，但井下工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常造成因液壓支架與采煤機(jī)相對(duì)位置不一致導(dǎo)致落石事故，不僅帶來(lái)了極大的安全隱患，而且嚴(yán)重影響了煤礦井下的綜采效率，因此，應(yīng)快速準(zhǔn)確地確定采煤機(jī)在井下的相對(duì)位置。

1 紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

該紅外位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由紅外線發(fā)生系統(tǒng)和接收系統(tǒng)構(gòu)成，將發(fā)射系統(tǒng)固定在采煤機(jī)截割滾筒與機(jī)身結(jié)合的靜止位置，將接收系統(tǒng)設(shè)置在井下巷道內(nèi)的各個(gè)液壓支架上，采煤機(jī)在移動(dòng)過(guò)程中紅外信號(hào)不斷根據(jù)采煤機(jī)的運(yùn)行情況變化，根據(jù)接收系統(tǒng)接收到的紅外信號(hào)所處的液壓支架位置即可判斷出采煤機(jī)相對(duì)液壓支架群的位置，以此來(lái)判斷各液壓支架需要執(zhí)行的動(dòng)作。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在該系統(tǒng)中，間架控制器的主要作用是對(duì)相鄰的液壓支架的動(dòng)作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，在工作時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采煤機(jī)在巷道內(nèi)的空間坐標(biāo)信號(hào)發(fā)送給正對(duì)著采煤機(jī)的間架控制器，以此作為各液壓支架動(dòng)作的基準(zhǔn)，同時(shí)該控制器還可以直接控制液壓支架的動(dòng)作，并記錄液壓支架的狀態(tài)，傳遞給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的PLC控制中心，使地面控制中心的工作人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)液壓支架相對(duì)于采煤機(jī)的位置，人工控制液壓支架的運(yùn)行和調(diào)整[2]。

2 紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理

圖1 紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

圖2 紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理示意圖

該系統(tǒng)紅外監(jiān)測(cè)裝置的工作原理如圖2所示，當(dāng)位于液壓支架上的紅外接收器接收到采煤機(jī)上所發(fā)出的紅外信號(hào)后，經(jīng)過(guò)調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制處理，轉(zhuǎn)換為與PLC裝置所匹配的電流信號(hào)，由于信號(hào)在深入PLC模塊的A/D端口時(shí)其信號(hào)量值較低，而經(jīng)過(guò)A/D端口的轉(zhuǎn)換后其量值增加較大，利用該信息轉(zhuǎn)換的差值可將經(jīng)過(guò)A/D端口轉(zhuǎn)換的數(shù)字量信號(hào)設(shè)定為系統(tǒng)的臨界值，超過(guò)該臨界值則說(shuō)明采煤機(jī)與該液壓支架相對(duì)位置滿足液壓支架的動(dòng)作要求，若低于該臨界值則說(shuō)明該采煤機(jī)與液壓支架的相對(duì)站位不滿足液壓支架的動(dòng)作要求，需進(jìn)一步調(diào)整。

由于采煤機(jī)在實(shí)際工作時(shí)的進(jìn)給速度相對(duì)較慢，約為5 m/min，而相鄰液壓支架的間距約為2 000 mm，紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成一個(gè)檢測(cè)和控制流程所需時(shí)間遠(yuǎn)小于采煤機(jī)經(jīng)過(guò)液壓支架的時(shí)間，因此完全滿足監(jiān)測(cè)和調(diào)整要求[3]。

3 紅外位置監(jiān)測(cè)軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件控制邏輯如圖3所示：

圖3 紅外位置監(jiān)測(cè)控制邏輯示意圖

由圖3可知，該系統(tǒng)的軟件控制邏輯中，首先對(duì)所有的控制端口進(jìn)行檢測(cè)是否進(jìn)入穩(wěn)定工作模式，然后系統(tǒng)以定時(shí)器的溢出為啟動(dòng)PLC模塊的采樣信號(hào)，控制系統(tǒng)每隔10 ms發(fā)出一次采樣中斷信號(hào)。

系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，以每10組的數(shù)據(jù)為一個(gè)基準(zhǔn)，對(duì)其求平均值作為最終的數(shù)據(jù)采樣結(jié)果，以避免井下惡劣的工作環(huán)境所帶來(lái)的數(shù)據(jù)采樣失真。在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行并進(jìn)入到PLC采樣間隔發(fā)送程序后，PLC系統(tǒng)首先對(duì)數(shù)據(jù)的采用次數(shù)進(jìn)行檢查，若采樣次數(shù)小于系統(tǒng)規(guī)定的最小采樣次數(shù)，則PLC系統(tǒng)開(kāi)始重新進(jìn)行一次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，并將采集到的數(shù)據(jù)保存在相應(yīng)的緩存區(qū)，待采樣次數(shù)滿足要求后進(jìn)行求解并傳輸，系統(tǒng)對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行判定，若采樣結(jié)果的平均值大于系統(tǒng)設(shè)定的臨界值則說(shuō)明滿足調(diào)整要求，若小于臨界值則說(shuō)明不滿足位置調(diào)整要求，需進(jìn)一步的調(diào)整。

4 紅外線位置檢測(cè)系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證

本文利用手推車(chē)裝置模擬運(yùn)動(dòng)中的采煤機(jī)，利用設(shè)置在固定位置，間隔2 000 mm的柱腳模擬液壓支架，將手推車(chē)以5 m/min的速度移動(dòng)，其模擬示意圖如圖4所示。

圖4 紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)

PLC系統(tǒng)A/D端口的轉(zhuǎn)換后其量值為4 000，因此設(shè)定該模擬系統(tǒng)的臨界控制數(shù)字量為4 000，當(dāng)系統(tǒng)接收到的轉(zhuǎn)換數(shù)值低于4 000時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，說(shuō)明未調(diào)整到位，當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)值高于4 000時(shí)可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果，該紅外線位置檢測(cè)系統(tǒng)能夠有效地對(duì)采煤機(jī)和液壓支架的相對(duì)位置進(jìn)行判斷，具有檢測(cè)精度高、調(diào)整速度快的優(yōu)點(diǎn)，完全滿足煤礦井下液壓支架和采煤機(jī)位置檢測(cè)要求[4]。

5 結(jié)論

1）該紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次核實(shí)分析，能有效避免井下惡劣環(huán)境導(dǎo)致的誤判情況，提升了對(duì)采煤機(jī)站位判斷的準(zhǔn)確性。

2）該紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工作中能夠及時(shí)捕捉紅外線信號(hào)，并對(duì)采煤機(jī)和液壓支架的相對(duì)位置進(jìn)行判斷，位置監(jiān)測(cè)精度高、速度快。