SGZ800-800 型刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)的協(xié)同調(diào)速控制技術(shù)研究

劉 元

（陽煤集團(tuán)一礦機(jī)電工區(qū)， 山西 陽泉 045008）

引言

在煤礦的自動化生產(chǎn)過程中，刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的協(xié)同配合很重要。刮板輸送機(jī)配合采煤機(jī)的采煤速度和采煤量，即根據(jù)采煤機(jī)的運(yùn)行速度、方向以及位置和工作時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的工作制度調(diào)整，所以刮板輸送機(jī)的運(yùn)行參數(shù)變化會比較大[1]。但是，刮板輸送機(jī)運(yùn)行功率是在考慮各項(xiàng)影響因素條件下的最大功率，富裕度大，會存在功率浪費(fèi)的現(xiàn)象，如果刮板輸送機(jī)的能力不能夠滿足工作參數(shù)變化較大的這種需求，容易造成刮板輸送機(jī)故障，頻繁停機(jī)，不僅會縮短刮板輸送機(jī)的服役壽命，而且嚴(yán)重影響煤礦的生產(chǎn)效率[2]。如果能夠使刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)協(xié)同工作，即根據(jù)采煤機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，對刮板輸送機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的速度控制，實(shí)現(xiàn)自動化要求，將對煤礦生產(chǎn)產(chǎn)生重大意義。

1 SGZ800-800 型刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

刮板輸送機(jī)主要由三部分組成，機(jī)頭、中間部以及機(jī)尾，不僅具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且鋪設(shè)時(shí)可以彎曲，機(jī)身較低[3]。在機(jī)頭以及機(jī)尾部分，都安裝有通過電動機(jī)為刮板鏈輸送動力的傳動裝置。中間部分包括刮板鏈和中部槽，其中中部槽分為上下兩個(gè)部分，上部分主要用于運(yùn)送煤，下部分是回空。中間部分還包括擋煤板和擋煤板附件，主要作用就是在輸送過程中及時(shí)清除一些運(yùn)輸路上的煤和防止煤在輸送過程中掉落。刮板輸送機(jī)的工作原理是，通過電動機(jī)提供運(yùn)轉(zhuǎn)動力，對鏈輪進(jìn)行驅(qū)動，鏈輪被分裝在機(jī)頭和機(jī)尾部分，而刮板鏈和鏈輪之間存在相互嚙合，鏈輪將驅(qū)動力傳遞給刮板鏈，驅(qū)動刮板鏈，將采出的煤從機(jī)尾部分運(yùn)送到機(jī)頭部分。

2 SGZ800-800 型刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)協(xié)同調(diào)速方案的設(shè)計(jì)

刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中可以為采煤機(jī)提供相應(yīng)的運(yùn)行方向和牽引力，使采煤機(jī)沿著既定的方向進(jìn)行割煤，如圖1 所示。

圖1 綜采工作面示意圖

在采煤的過程中，刮板輸送機(jī)的銷排和采煤機(jī)的行走輪相互嚙合，采煤機(jī)的滑靴通過滑動利用刮板輸送機(jī)完成往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)行割煤操作，并通過調(diào)高技術(shù)適應(yīng)煤層的位置變化。采煤機(jī)通過割煤操作將采出的煤放到刮板輸送機(jī)中，刮板輸送機(jī)通過刮板鏈的輸送，將煤從刮板輸送機(jī)的機(jī)頭輸送至機(jī)尾部分。

根據(jù)刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的工作流程，對刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的系統(tǒng)工作調(diào)速方案進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)：需要對采煤機(jī)的運(yùn)行方向以及采煤機(jī)的位置等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便對刮板輸送機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過對采煤機(jī)進(jìn)行割煤的循環(huán)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，匹配相應(yīng)的刮板輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并將這些運(yùn)行參數(shù)作為參考值，根據(jù)后續(xù)的工作狀態(tài)對刮板輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

為了準(zhǔn)確判斷采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的工作狀態(tài)，對刮板輸送機(jī)的負(fù)載電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)電流保持平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行參數(shù)保持不變；當(dāng)電流的數(shù)值發(fā)生變化時(shí)，表明采煤機(jī)的工作狀態(tài)發(fā)生了變化，刮板輸送機(jī)需要進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整。當(dāng)負(fù)載電流的數(shù)值增大時(shí)，需要降低刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的協(xié)同工作速度，使得電流能夠恢復(fù)到參考數(shù)值，以避免刮板輸送機(jī)的負(fù)載太大；當(dāng)負(fù)載電流的數(shù)值變小時(shí)，需要調(diào)大刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的協(xié)同工作速度，以保證運(yùn)行效率，提高產(chǎn)量。

為了保證采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的協(xié)同工作，在開機(jī)時(shí)也需要進(jìn)行設(shè)置，就是要在對采煤機(jī)開機(jī)之前，要先對刮板輸送機(jī)進(jìn)行開機(jī)，在采煤運(yùn)行結(jié)束之后，先進(jìn)行采煤機(jī)的關(guān)機(jī)，刮板輸送機(jī)的關(guān)機(jī)工作需要在輸送工作完成之后進(jìn)行。

3 協(xié)同控制系統(tǒng)平臺的建立

根據(jù)刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的協(xié)同工作的速度調(diào)整方案，對刮板輸送機(jī)的速度進(jìn)行系統(tǒng)控制?？刂葡到y(tǒng)主要利用PLC 控制器，對刮板輸送機(jī)的電流信號和運(yùn)行速度等參數(shù)進(jìn)行控制，如圖2 所示。

圖2 控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)功能主要包括數(shù)據(jù)的采集、通信和處理。數(shù)據(jù)采集部分，主要是利用各類傳感器采集采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，包括采煤機(jī)的位置、速度等，還包括刮板輸送機(jī)的電流和溫度。采用溫度傳感器，對刮板輸送機(jī)的機(jī)頭以及機(jī)尾處的電動機(jī)的軸承進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集；采用電流互感器對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；對于采煤機(jī)位置的數(shù)據(jù)采集，采用的是軸編碼器，可以通過脈沖計(jì)數(shù)得到采煤機(jī)的實(shí)時(shí)位置。

數(shù)據(jù)通信部分，是煤礦實(shí)現(xiàn)自動化的重要部分，利用網(wǎng)絡(luò)搭建相應(yīng)的通信平臺，采用無線交換機(jī)對刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的PLC 以及順槽和開關(guān)的PLC 之間進(jìn)行相互通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的同步及時(shí)，能夠?qū)φ{(diào)速操作作出及時(shí)的反應(yīng)，而且搭建的無線通信，擁有自組織的特點(diǎn)，就是其中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以和其他的多個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接通信，不僅使通信的效果更好，而且一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效不會影響整體通信，可靠性很好。

數(shù)據(jù)處理部分，就是對采集的各項(xiàng)工作運(yùn)行信號進(jìn)行相應(yīng)的處理、判斷，對工況狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，也就是控制刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)達(dá)到協(xié)同工作的步驟。

在對刮板輸送機(jī)進(jìn)行速度控制過程中，控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分，對采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，然后將數(shù)據(jù)傳送到PLC，通過無線交換機(jī)，利用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)對接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理判斷，根據(jù)工作狀態(tài)，判斷是否要對刮板輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)速操作，并將執(zhí)行的指令通過網(wǎng)絡(luò)傳送到刮板輸送機(jī)的PLC，從而實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的協(xié)同工作。

4 協(xié)同控制系統(tǒng)運(yùn)行效果

為進(jìn)一步驗(yàn)證SGZ800-800 型刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)的綜合性能，首先設(shè)計(jì)了監(jiān)控系統(tǒng)，如圖3 所示，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖3 刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)的協(xié)同調(diào)速監(jiān)控平臺

通過這個(gè)監(jiān)控平臺，得到設(shè)備的運(yùn)行信息后，經(jīng)過判斷處理、對比分析（見圖4）后，形成相應(yīng)的操做命令，即需不需要對刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控進(jìn)行判斷。

實(shí)踐運(yùn)行表明，運(yùn)用協(xié)同調(diào)速控制系統(tǒng)后，SGZ800-800 型刮板輸送機(jī)的運(yùn)行效率和電流的預(yù)測精度得到明顯提高，設(shè)備整體的能耗率也有所降低，工作更加平穩(wěn)，達(dá)到了預(yù)期效果。由此，驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的可靠性。

圖4 工作狀態(tài)數(shù)據(jù)對比畫面