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优化综采工作面机电设备控制的有效策略

2020-06-10 206 上传者：管理员

摘要：如今，我国综合回采机械工作面的设备大部分是集中型控制，相关闭锁控制系统及设备监测和负荷保护等项功能并不完善，很大程度上限制着生产力的进一步提高，本论文设计提出优化提升综合回采机械化工作面系统控制课题，用以提高工作面生产效率和有限资源的开发利用。

关键词：
机电设备控制
液压电液支架
综合回采
综采工作面
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1、综采工作面的控制功能系统策略

由于工作环境及作业强度等原因工作面发生事故的频率和风险较大，研究和开发综合回采“少人技术”受到国内外科研人员的青睐。综采机械化工作面基本配置包括：大功率PLC采煤机、液压式控制支架、刮板多功能输送机。其中，工作面“三机”的协调性功能控制包括几方面：

（1）首先，要将“三机”中的刮板式输送机启动，以避免残留在溜槽中或是存有截割的煤岩造成输送机难以启动。其次是启动“三机”中的采煤机，这时传感器对各个部件进行检测，检测结果正常时自动运行，否则将停止运行并进行检修及维护，以保证工作人员安全。另外，在系统开始运行之前先要把洒水开关打开进行降尘处理。

（2）当采煤机的后滚筒对底煤进割时，煤层的底板要确保平直，输送机的溜槽弯度在2°～4°之间，避免发生“漂链”。前滚筒在对顶煤截割时要控制好顶板直线度，如此达到液压的支架均匀受力，以保证支架的支护作用，延长使用寿命。

（3）工作面的控制功能系统在工作运行时，利用传感器对采煤机进行实时的跟踪检测，并将相关信息经由总线向液压式电液支架控制功能系统传送，再由支架控制功能系统主控器测算支架动作，并将其动作数据传送给支架，由液压支架功能控制器负责完成相应的输送机推移、移架、升架及降架的系列操作。

（4）在工作面的控制功能系统工作运行时，传感器负责对“三机”实时运行情况采集并向附近控制器及时反馈，各个控制站收到信息汇总后向主控器报送，主控器通过对数据的分析处理，对各部分执行系统下达动作命令，同时把运行执行情况报送给显示单元，若出现故障则自动报警，同时对故障原因及部位加以显示，为维护人员检修提供便利。

（5）工作面的控制功能系统，由总线负责实现各控制站点现场的连接，所有发送的控制协调指令均由总线完成。所以，总线性能的安全和可靠是确保系统有效运行的关键。

2、综采工作面控制功能系统的整体结构

工作面的控制功能系统构架是由一个中心控制器、通讯总线及各现场的控制站等主要部分组成。其中系统核心部分是通信总线，负责系统互联，是系统实现整体功能的基础。（1）综采的设备层。综合回采的设备层指的是位于工作面的机械设备，基本包括液压式支架、采煤机及运输用三机（转载机、输送机、破碎机）、胶带式运输机及摄像头。（2）机载控制系统层。机载控制系统层主要包括采煤机电控机载系统、液压电液支架控制功能系统、三机运输监控应用系统、视频及胶带式运输等系统，分别负责综合回采机械设备工作情况的信息采集，把采集到的信息传送给计算机的控制功能系统，并接受执行顺槽型计算机下达的控制指令。

在工作面的控制功能系统中，主控器不对具体工作负责，而是将各个细节性工作分配给分控器，主控中心只负责协调、管理及优化等项工作。主控中心的主控器可以对整个综采工作面运行的参数进行实时优化，对各种设备进行工作安排，有序协调运输“三机”工作。另外，各现场的工作站主控器可以组建二级应用网络，进一步挖潜工作面的各项功能，有效提高系统稳定可靠性。

3、采煤机的控制功能系统研究

采煤机主要负责完成落煤及装煤。具体构成包括：电动机、行走部、截割部、辅助性装置及电气式控制箱等部分。采煤机控制的主要部分包括：牵引部、温度监控、参数运行检测、截割滚筒高度、过载信息监测、漏电的监测与保护等，其中可将某些信息参数上传至主控器，同时传送给显示器加以显示。采煤机在控制功能系统中采用了ES，可实现对下一刀的速度牵引，具有超前的预见性，与传统的控制技术相比具有波动小，控制性能强的优点。为了加强系统的抗干扰能力，在系统的输入端增加了滤波器，以抵消高频造成的干扰，使有用的信号得以有效的保留。另外，为有效提高控制系统动态及稳态特性，系统增加了PID数字控制应用算法。

4、刮板式输送机的组成原理及系统的相关控制

它的构成主要包括：刮板链、机头架、机围架、可拆分的溜槽、链轮组件及其附属配置等。刮板式运输机的功能主要是将综合回采机械工作面同采煤机以及液压式支架协调使用。其控制的具体策略分为几个方面：

4.1 运行相应控制的策略

(1)当刮板式运输机停运时，采煤机禁止割煤，避免运输机出现重载的启动状况。在无特殊状况时，停机前要把输送机上面的负载进行拉空处理。(2)在双驱动刮板式输送机当中，前后两个夜力偶合器的液体应一致。运行时需要保持两台电机功率平衡，避免由于过载造成损坏。(3)数据显示，刮板式输送机的40%故障率出于刮板链。所以，需要对刮板的变形弯曲情况定期进行检测，如发现弯曲量超过5 mm就要及时加以矫正或是更换。(4)刮板式输送机相应的刮板链一定要具备初张力，投入正式运行之前需磨合2～8 h，对链条的张长进行调整，带载工作运行至两周，让链环深入磨合，另外还需对链条的松紧度进行调整整，避免发生断链事故。

4.2 软启动功能控制的策略

因为刮板式输送机所具有的特点，运行时，溜槽同刮板会产生较大磨擦力，又因其为重型机械设备，故此，采用软启动能够降低链条冲击，加强电机保护，对实现平稳设备、启动顺畅、运行安全等起了关键作用。受井下的电网使用容量及空间限制，以及恶劣的环境、较高浓度的瓦斯，致使刮板式输送机重载启动更加困难。

5、液压电液支架的控制功能系统构建原理及其策略

支架控制功能系统的构成主要包括：压力、位移传感器、支架电液控制器、液压控制系统及其支架主体机械等部分组成。该系统可以对工作面顶板加以有效的控制和支撑，并且可以实现支撑、移架、切顶等工序，提高了工作面的效率及产量。

(1）液压电液支架单动作的控制。综合回采机械工作面中所有支架都设置支架系统控制器，工作人员可以使用键盘将邻架动作的指令录入，控制器按照指令将驱动命令发送给邻架电磁组，触动电磁铁产生动作，先导阀在电磁铁的带动下动作，主控阀开始动作，向液压缸端持续供液，实现相应邻架动作。其中支架单动作基本为点动式。

(2）液压电液支架联动的控制。支护的动作能够根据预先程序设定自动运行，传感器对支架数据实时加以采集，控制器会在发生故障的时候自动报警，自动进行程序纠错，如果无法排除错误，支架控制系统工作停止，同时查找分析故障部位，并向主控器报送障碍信息。

(3）液压电液支架的自动功能控制。成组自动移架指的是将工作面中的任何支架作为端点，将相邻连续的任意支架数量设成一组，某支架动作可根据程序预设在组内由起始架依次按顺序开始动作，支架在程序相应控制下自动开始动作、停止动作、直到本组的末架。主控器能够对组位置进行设置、含架数以及执行动作。自动成组移架的时候，主控器一定要将控制器的相关参数进行预设，否则就会导致组内的支架无法有序工作。

6、结语

本论文通过对综合回采机械工作面的控制功能系统及其策略研究，组织搭建采煤机的控制功能系统，建立支架液压电液的控制功能系统，在完成液压电液支架的各项动作分析基础之上，作出支架相应控制功能策略，构建起刮板式输送机的控制功能系统，并对控制功能系统前向的通道进行分析研究。根据对软启动及链条的张力分析，提出刮板式输送机的控制功能系统策略。较好的保障了“三机”统一协调、自动高效的运行，使工作面的生产率及可靠性得到有效提高，有效减少工作面的人员数量。

孙建华.综采工作面机电设备控制策略分析[J].矿业装备,2020(03):136-137.