[矿井掘进机自动化控制技术研究]矿井自动化

矿井掘进机自动化控制技术研究 矿井自动化 以EBZ200型悬臂式掘进机作为研究对象，该型号掘进机关键适应全煤或半煤半岩的岩石层，可截割单向抗压为95MPa强度的岩石，可形成宽度为2.56.0m，高度为2.05.0m断面巷道，截割出来的最大巷道断面面积为3024m2，巷道坡度为±20°。该悬臂式掘进机关键有三大实施结构，分别为截割部、行走部、装运部，组成系统分别是供电、液压、进排水三个体系，实现掘进机功效的动作关键靠机械部件和液压元件完成。EBZ200型掘进机因采取了液压、控制器等，能够做到硬性截割和柔性曲线运转相结合，可显著提升掘进效率和巷道质量。EBZ200型悬臂式掘进机结构简图图1所表示，关键技术参数详见表1。掘进机截割自动控制技术是以人工操作掘进机为数据参考基础，经过矿井现场掘进调研，操作司机是依据激光指向仪粗略估算掘进的定位，经过改变操作台上手柄来控制电流百分比阀开口度，进而调控摆角，此时液压缸内流量达成合适位置，推进活塞杆运转，就实现了截割部垂直方向和水平方向的调换和截割速度调整。操作司机经过肉眼观察截割部位，凭借经验对手柄控制操作。但因为井下工作环境恶劣，作业条件极差，视线受井下煤尘等杂物干扰，造成操作司机难以精确把控，截割断面坑坑洼洼，和设计值偏差较大，截割头摆动严重，为提升掘进机截割效果，决定采取自动化控制技术来对掘进机进行控制。可编程控制器PLC含有逻辑判定分析能力，经过检测传感器搜集到的信息数据，再经过对应处理后，发出控制指令，在激光定位系统配合下控制液压系统、电气系统和机械结构发生正确的动作。自动化控制技术对掘进机截割实现控制原理见下页图2所表示。为了精确控制掘进机截割巷道，自动化控制采取慢启慢停加速控制和对截割臂摆动速度采取分阶段控制调整策略，见下页图3所表示。慢启慢停关键是确保巷道断面成形精度、保护电机使用寿命、预防截割头因急停、急开启造成猛烈振动而损伤；分阶段调整截割臂运行速度关键是确保液压系统能够立即供液、截割中实现无极调速和保持电机恒定功率运行。掘进机自动控制系统硬件关键包含PLC控制器、模块、电源、控制板、线路、检测传感器、转换器等，图4为掘进机自动控制系统的部分硬件设施。3.1传感器为了精确定位，确保掘进机截割臂截割轨迹达成设计值，所以选取重力摆式倾角检测传感器，该传感器是磁敏电阻型，能够实现无接触触点精密检测倾角，可实时检测掘进机掘进期间截割臂在垂直方向的摆动角和掘进机机身处于的角度。为了检测截割臂水平方向的摆动角，选取SMR磁敏感传感器，该传感器含有编码器功效，在工作中和感应齿配合使用。截割头的伸长量检测选择行程传感器，考虑精度和位置原因，行程传感器安装在油缸内。在自动化控制当中选取型号为CHY-220AS/V电流检验传感器，该传感器含有将采集到的掘进机电机电流信息经过变送器作用转换成自动控制器PLC需要的标准数据信息。该电流传感器能够检测到0220A范围内的电流，输送线性度为1.2%，供电电压范围在1020V，经过转换后输出的电流信号范围为025mA。3.2A/D转换器为了转换数据信息，在PLC控制器扩展口上选取FX2N-4AD型A/D转换器。A/D转换器合计四个传输通道，在接收的过程中，能够把模拟信号数据转换为数字信息。信号分辨率的最大值高达16位，电压和电流输入/输出信号均是在接线端和转换器进行变换，转换后的电压范围值在-1010V，电流信号范围为-2020mA，PLC控制器发出FROM/TO指令经过传输通道达成实施元件。在人工操作掘进基础上，经过模拟仿真和试验等手段，在PLC控制器上开发可编程序语言，包含掘进机截割路径、摇臂摆动角度、截割头速度调整等内容，在开关转换和启停按钮变换自动调整掘进机截割臂动作、方向、作用力等。为了确保巷道断面成形质量和煤壁巷帮平整，自动控制器需要控制摇臂进行扫底工作。在掘进机工作期间，对摇臂摆动速度设定为高、中、低三种速度，A/D转换器将变送器搜集到的电流信号进行转换，转换后得到掘进机截割电机电压信号范围为05V，并把该范围的电压值分为三个档次和速度档次相匹配，即截割臂高速摆动对应的电压为02V，截割臂中速摆动对应的电压为24V，截割臂低速摆动对应的电压为45V，分别在三个对应的百分比放大器作用下输出三种不一样的电流信息，自动控制掘进机截割步骤图5所表示。自动化控制EBZ200型悬臂式掘进机在某矿井下半煤岩巷进行了工业性实践。掘进机在自动化PLC技术控制下，和设计值相比，巷道两帮误差均值为321.6mm，单边误差均值为152.5mm，均小于人工操作误差均值。机身初始位置在巷道中心线上，无显著偏差，单边定位精度小于30mm，回转定位精度小于15mm，连续完成断面截割和扫底动作，自动截割运行效果良好，截割的断面完全满足使用要求，在掘进过程中，掘进机未出现机械故障。人工操作最少需要人数为8人，在自动化控制技术下，人员数量5人即可进行巷道掘进。在自动化PLC技术控制下，实现了快速掘进，降低了工人劳动强度，提升了巷道断面质量和生产效率。赵东升.悬臂掘进机工作机构自动控制系统的研究.西安：西安科技大学，2021.刘桂兰，祖国建.煤矿皮带机的PLC改造.煤炭技术，2021，30：7-9.李云 单位：山西煤炭运销集团马家岩煤业有限企业