煤矿掘进机电气控制系统的应用研究.pdf
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1、第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期:;责任编辑:郭海霞 :基金项目:年度陕西省职业技术教育学会一般课题()作者简介:白林飞(),男,陕西神木人,讲师,硕士,现从事教学工作。引用格式:白林飞,贾艳敏 煤矿掘进机电气控制系统的应用研究 能源与环保,():,():煤矿掘进机电气控制系统的应用研究白林飞,贾艳敏(神木职业技术学院,陕西 神木 )摘要:电气控制系统是保障煤矿掘进机正常工作的重要基础。以煤矿中典型的 型掘进机为研究对象,在概述电气控制系统基本需求的基础上,对系统的整体方案进行设计,方案整体分为 部分,分别为远程操作站和掘进机操作站,前者设置在矿井地面,可对掘进机进行远程控制和监视。系统
2、中使用的 控制器型号为 系列,设置有主机 和从机 ,两者之间通过 通信总线进行数据交互。对系统中的主要硬件模块及其实现进行了详细介绍。将设计的电气控制系统应用到掘进机工程实践中,单月进尺由 提升到了 ,效率大幅度提升,经济效益显著。关键词:煤矿;掘进机;电气控制系统;控制器中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,:;现阶段高效率煤矿开采时离不开掘进机,但是煤矿环境较为复杂,比如矿井环境通常温度较高、电磁干扰较强等,对掘进机的各项性能提出了非常高的要求 。电气控制系统是掘进机的重要构成部分,其性能优劣直接决定着掘进机的运行稳定性与可靠性 。要保证掘进机在恶劣的煤矿环境下工作,就必须有性
3、能较好地电气控制系统 。为提升煤矿掘进机的自动化甚至智能化水平,我国技术人员和学者针对掘进机的电气控制系统开展了一定的研究,并获得了一定的成果,对于促进煤炭行业发展具有一定的现实意义 。宋娟等 基于 控制器研究了矿用掘进机的控制平台,通过实践应用发现达到了很好的效果。王烈等 对矿用掘进机的电控系统进行了分析与设计,并对设计的系统应用到实践中,同样达到了预期效果。李淑玲等 以矿用掘进机为研究对象,对设备的自动截割控制系统进行了深入分析与研究,通过工程应用发现效果很好。本文以煤矿中常用的 型掘进机为对象,基于先进的 控制技术,设计研究了设备的电气控制系统,并将其应用到煤矿工程实践中,经现场调试应用
4、,发现控制系统达到了预期效果。书书书 年第 期白林飞,等:煤矿掘进机电气控制系统的应用研究第 卷 电气控制系统整体方案设计 系统基本需求概述掘进机的机械结构非常复杂,如此复杂的机械结构需要通过电气控制系统进行驱动,才能实现各项功能,所以掘进机中电气控制系统是重要构成部分 。比如电气控制系统需要对刀盘速度进行控制,实现设备的人机互动,对液压推进和支撑过程进行控制,实现远程控制与监视,对设备姿态进行调整等 。所述的掘进机其刀盘结构通过台电机及其配套的减速机构进行驱动,台电机分别配备有变频器,要求可以对 台变频器实现同步控制,刀盘旋转速度可在 内根据实际情况调整。控制系统的操作台设置在地面上,可实现
5、对井下掘进机设备的远程监视和远程控制,要求距离可以达到 。基于姿态传感器模块对掘进机姿态进行实时监测,结果反馈至主控制器中,经过分析后下达指令,通过对支撑油缸的控制实现设备姿态的调整。设备操作台和远程操作台上均设置有交互界面,可以实现掘进机就地操作和远程操作 。整体方案设计掘进机电气控制系统的整体方案如图 所示。由图 可知,整个系统划分成为 大部分,分别为远程操作站和掘进机操作站。其中,前者设置在矿井地面,后者设置在设备上。个操作站均可以对掘进机进行控制,达到远程控制和就地控制的效果。系统设置有两个 控制器,即主机 和从机 ,个 控制器各有分工,同时工作。操作台上各种开关的状态以及 传感器和甲
6、烷传感器的数据,通过数字量和模拟量扩展模块传入主机 中进行分析,其他传感器的检测结果同样通过数字量和模拟量扩展模块输入到从机 控制器中。采用 控制器的主从结构,不仅能显著提升系统运行的稳定性和可靠性,还便于后期的维护保养 。个控制器均配备有触摸屏,可以实现人机交互。图 掘进机电气控制系统的整体方案 电气控制系统主要硬件设计 可编程控制器设计对于掘进机电气控制系统而言,可编程逻辑控制器是最重要的硬件设施,其性能好坏直接影响系统的综合性能 。目前市场上有几百种类型的 控制器,考虑到系统需求以及 控制器性能,最终使用的是 系列 控制器,具体型号为 。该型号控制器整体体积较小,且具有防爆功能,适合应用
7、在煤矿领域。的 拥有多点接口()和 接口的数量均为 个,利用 接口可以与触摸屏进行连接,利用 年第 期能源与环保第 卷 接口可以与另一个 进行连接,还可以与变频器进行连接。控制器硬件方面采用模块化设计,整个控制器由不同模块构成,控制器不同模块的型号及其数量如图 所示。是控制器的核心部分,其他模块均围绕 实现对应的功能,模块型号为 ,个;电源模块型号为 ,个;模拟量输入模块型号为 ,个;模拟量输出模块型号为 ,个;数字量输入模块型号为 ;数字量输出模块的型号为 ;通信扩展模块的型号为 。图 控制器不同模块的型号及其数量 液压控制模块设计液压控制模块主要接受主机 控制器的指令,将传感器采集到的数据
8、信息上传至 ,并在监视屏幕上显示。掘进机工作时,前、后、左、右支撑油缸动作以及刀盘推进动作都由液压系统完成,支撑油缸和推进油缸的数量分别为 个和 个。支撑油缸的作用是调节掘进机的姿态,刀盘推进油缸的作用是克服设备工作时岩壁对刀盘的反作用力。该模块虽然接受主机 的控制指令,但是程序运行在从机 中,主机和从机 之间基于 通信总线进行指令传输。从机 接收到指令后,将对应的指令转换成为液压系统的控制逻辑,主要是对换向阀、比例阀、油泵进行控制,完成对应的动作。上述执行机构的指令完成情况通过 通信总线上传到主机 控制中,实现液压控制的闭环控制,提升控制过程的精度。监控屏幕上实时显示液压系统的工作状态。支撑
9、油缸的运动方式分成为 种类型,分别为单独运动、成对运动以及分层运动。在单独运动方式下,可以对 个支撑油缸分别进行控制,每个油缸的运行速度可以通过旋钮进行控制。在成对运动方式下,可以同时对成对出现的 个支撑油缸进行控制,使之在 方向或 方向具有相同的运动位移,油缸运动速度控制方法与单独运动模式相同。支撑油缸分为上、下 层,每层有 个油缸,在分层运动方式下,可以单独对上层或下层的 个油缸同时控制,油缸运动速度控制方式相同。推进油缸中设置有两种类型油路,即主油泵油路和副油泵油路,利用前者可以实现推进油缸的快速移动,利用后者可以实现推进油缸的慢速调节。在快速支撑和缩回的过程中,可以使用主油泵油路,当需
10、要对支撑压力进行小范围调节时,可以使用副油泵油路进行慢速调节。刀盘控制模块方案设计刀盘结构中使用了 台电机,每台电机配备有变频器,对变频器进行合理选用是确保电机之间功率平衡的重要基础。系统中使用的是 公司研制的 系列变频器,该变频器在工业领域具有比较好的应用,可以满足系统的实际使用要求。此型号变频器使用的是 直接转矩控制模式,是当前阶段最先进的技术之一。能够进行自定义编程,还能根据实际需要进行模块拓展,丰富功能。变频器与控制器之间基于 通信总线进行数据交流。变频器可以对电机的电流、电压等信息进行实时监控,利用编码器可以对电机的转速进行检测,将相关结果返回至控制器中,实现闭环控制。个变频器采用的
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