采煤机记忆截割系统设计及试验研究

徐云龙

（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿， 山西 古交 030200）

引言

采煤机与刮板输送机、液压支架统称为综采工作面的“三机”，“三机”的自动化、智能化水平是决定综采工作面无人化程度的关键。目前，我国综采工作面的自动化、智能化水平和程度偏低，尤其是采煤机截割生产在很大程度上还依靠现场作业人员凭借经验进行人工控制，极大制约了综采工作面的生产效率和安全性[1]。对于采煤机而言，实现其记忆截割是解放作业人员劳动强度和提高工作面安全性、生产效率的关键。本文将重点针对采煤机完成记忆截割系统的设计，并对系统性能进行试验研究。

1 采煤机记忆截割控制技术研究

对于工作面应用较为广泛的双滚筒截割采煤机，其结构主要包括有截割部、牵引部、液压系统、拖缆装置以及电气控制系统等。实现采煤机的记忆截割控制的关键在于控制系统能够根据工作面煤层、地面等地质变化情况对截割高度、截割深度、牵引速度等采煤工艺进行控制[2]。本文所研究采煤机的具体型号为MG620/1660-WD，该型号采煤机的主要参数如表1所示。

表1 MG620/1660-WD 主要参数

结合采煤机的性能及综采工作面的主要参数，本文所研究记忆截割控制技术的应用工作方式为两端进刀，实现对综采工作面煤层的双向截割。在实际生产中，采煤机的主要动作包括采煤机牵引部的左右控制，采煤机截割部摇臂的上升或者下降以及截割部滚筒转速的调整，根据生产进度完成对液压支架的拉架推溜任务。

根据工作面煤层的条件变化，采煤机在实际生产中的截割工艺包括双向的正常截割煤炭工艺、截割底煤工艺、清理浮煤工艺、斜切进刀工艺以及截割三角煤工艺等。本文对采煤机牵引速度、牵引方向以及截割高度三个参数完成记忆截割控制系统设计，并重点在牵引速度一定的基础上实现对截割高度的记忆控制[3]。采煤机远程记忆截割控制的实现需经历人工学习、自动截割以及远程干预修正三个阶段，对应的流程设置如图1 所示。

图1 采煤机记忆截割控制流程

2 记忆截割控制系统的设计

本小节重点完成采煤机记忆截割控制系统的硬件设计和软件设计，并根据截割生产工艺完成人工示教和自动记忆截割参数的设置。

2.1 记忆截割控制系统的结构设计

目前，工业生产中广泛采用PLC 控制器实现对设备的自动化、智能化控制。采煤机截割控制系统也不例外，同样采用PLC 控制器为核心完成系统的设计，并通过CAN 总线完成各分系统以及上位机与现场检测装置之间的通信。采煤机记忆截割控制系统的结构如图2 所示。

图2 采煤机记忆截割控制系统结构框图

如图2 所示，记忆截割控制系统大致包括有主控制单元、输入/输出单元、现场监测单元等。其中，主控制单元基于CAN 总线通过现场安置的各类传感器对传感器的工作状态进行实时监测，在实现对关键参数包括采煤机牵引速度、牵引方向、截割高度等采集的同时，还通过温度、流量、液位等传感器实现对采煤机工作状态的保护。主控制单元根据所采集的数据和记忆截割控制策略得出响应的控制指令通过输入/输出模块对左右截割滚筒的高度、牵引方向和牵引速度进行自动化、智能化控制[4]。本系统中涉及到的关键硬件模块如表2 所示。

表2 记忆截割控制系统关键硬件选型结果

此外，主控制单元通过422 通信模式实现其与上位机的通信，从而能够保证远程操控人员实时监测到采煤机的工作状态，并及时作出所需动作的操作。

2.2 记忆截割控制系统的设置

本节重点对采煤机滚筒截割高度的记忆控制策略进行研究，其直接控制对象为采煤机截割部摇臂的调高油缸。因此，需重点通过油缸位移传感器对采煤机截割部摇臂的调高油缸行程进行控制。当采煤机切换至自动截割运行程序后，人机界面对采煤机的左右端学习位置、端头清煤距离、左右端清煤次数以及液压油缸行程等参数进行实时显示。

2.2.1 人工示教参数的设置

采煤机记忆截割控制程序的运行需要提前完成人工示教和自动截割参数的设置。其中，人工示教参数主要是将控制地设定为本地控制，模式设置为学习模式，且学习模式为前高后低双刀学习模式。以左端头截割为例，其对应的人工示教学习流程如图3所示。

图3 左端头人工示教学习流程

如图3 所示，在左端头人工示教学习流程中包括两个整刀的学习过程；为了防止由于数据多次采集而造成的数据紊乱，在学习过程中将处理端头设置为禁止学习；而且，在两次整刀的学习中必须保证每刀完成一个完整的学习路径[5]。

2.2.2 自动记忆截割参数的设置

自动记忆截割参数的设定包括对左右端头的运行速度、中间段的运行速度（10 m/min）、采高的最大误差、斜切进刀距离、清浮煤距离、清浮煤次数、割底煤距离以及工作面长度进行对应性设置。

待人工示教和自动记忆截割参数设置完成后，由作业人员按下遥控器的按钮退出本地控制，并按下自动键3 s 后进入自动截割程序。

2.3 记忆截割控制系统的试验

将上述所设计完成的采煤机记忆截割控制系统在实验室环境下搭建平台，并对其性能进行试验研究。人工示教参数设置完成后，重点对自动记忆截割参数进行设置，设置结果如下页表3 所示。

表3 记忆截割控制参数设置

待上述参数设置完成后重点完成了单刀和双刀的截割工艺参数测试，并重点对采煤机截割滚筒的上升、下降以及自动截割功能的切换性能进行测试。经试验可知，所设计的记忆截割控制系统达到了预期的效果。

3 结语

采煤机为综采工作面与液压支架、刮板输送机配合应用的主要综采设备，为进一步提升综采工作面的生产效率，提升生产的安全性，为实现综采工作面的智能化、自动化以及无人化运行奠定基础，实现采煤机的记忆截割控制尤为重要。本文以PLC 控制器、CAN 总线、输入/输出模块以及各类传感器为核心完成记忆截割控制系统的设计，并提出了人工示教和自动记忆截割参数的设置策略。经试验可知，所设计的记忆截割控制系统达到了预期的效果。