自動修型的硬巖掘進機電控裝置

李博++陳欣

摘 要：該文主要描述掘進機在采煤機械電控領域中的應用，闡述了系統背景、項目需求、解決方案構成等，并給出了系統的計算公式。

關鍵詞：自動修型 新型硬巖掘進機采煤機 電控裝置

中圖分類號：TD421. 53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0068-01

1 系統概述

該文涉及掘進機采煤機械電控領域中的一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置。硬巖掘進機是一種新概念采煤機，較傳統的掘進機相比，無論是切割硬度還是掘進速度還是自動成形方面都有了本質變化。控制工藝也非常復雜，這種新工藝的出現解決了普通掘進機采煤速度慢，切割硬度低，需手動修形等。以前在我們普通的掘進機采煤過程中，各家工藝也都基本一樣，都是人為手動控制，無自動切割修形。這樣就造成了巷道形狀不規則、效率低、掘進速度慢。進而我們拓展思維采用了新的控制工藝，改善采煤效率，提高性能參數從而達到開掘巷道和采煤面的掘進工作。因此，研制開發一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置一直是急待解決的新課題。

2 系統結構及目的

本發明的目的在于提供一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置，此裝置是將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環控制。進行巷道斷面切割成形時，系統需要采用自動切割程序進行控制，根據切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現故障時對整個系統的聯鎖保護也要求的非常全面和嚴格。

3 原理概述

（1）一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置，由隔離開關、真空接觸器、阻容吸收器、電流互感器、電壓互感器、PLC、PLVC、工控機、隔離安全柵、片式繼電器、微型斷路器、動力變壓器、壓力傳感器、油溫傳感器、油位傳感器、水流量傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、位移傳感器、激光測距儀、角度傳感器、行走編碼器、防爆急停按鈕、防爆電鈴、防爆機車燈、防爆比例電磁閥、驅動馬達、液壓傳動機構等硬件組成，其特征在于阻容吸收器、電流互感器串在主回路上，驅動電機和真空接觸器連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵連接，此連接目的是達到本安要求。激光全站儀通過航空插頭和開關箱連接。

（2）硬巖掘進機采煤機電控裝置其特征在于：所述裝置的工作原理及操作方法是，兩只內切割臂在正視圖中呈180 °；兩臂張開最大直徑5000 mm，每對外切割臂在視圖中呈180 °，兩對外切割臂夾角為120 °；外切割臂張開最大直徑6400 mm，六只切割臂在正視圖中的相對角度是固定值，刀盤由液壓馬達驅動做正反方向旋轉運動，切割臂由液壓缸驅動，做伸縮運動，得到不同的切割直徑，根據用戶要求，切割形狀分為正方形和馬蹄形兩種。

（3）硬巖掘進機采煤機電控裝置，其特征在于：所述裝置的控制系統算法是，控制系統連鎖，采礦機機身位置坐標正確，液壓系統工作正常，其他必要連鎖信號；刀盤旋轉速度閉環控制，用編碼器檢測刀盤旋轉速度，通過PID算法控制比例換向閥開度，達到刀盤旋轉速度閉環控制；

由上述可以知道，推進距離l與切割半徑r是一個非線性關系，可以逐次線性化來近似，獲取一個切割半徑序列和一個推進距離序列的一一對應關系，控制程序走完整個序列，即完成相應的挖掘斷面成形控制；

（1）切割成型算法：根據實際切割形狀和尺寸，按照切割工藝過程，在刀盤旋轉過程中，由上面算法實時計算和調整切割臂液壓缸伸縮位移，從而擬合給定切割斷面形狀；

（2）智能切割算法：切割工藝過程優化，刀具磨損自動補償（需加刀具檢測），修型切割臂自動輪換算法，切割進給自適應算法。

其工作原理及操作方法是：通過一次變壓器送電到開關箱再由開關箱內變壓器變成相應的電壓等級，箱內電壓等級主要有3300、1140和380驅動電壓組成。開關箱送電后系統先自檢測比如甲烷濃度、一氧化碳濃度、驅動電機是否漏電、通訊是否正常、油溫油位是否正常等等。開關箱供電后通過激光全站儀、位移傳感器、行走編碼器等采集的數據反饋到PLC，由PLC計算出相應的模擬量輸出在由PLVC信號放大，驅動電磁比例閥驅動相應的液壓馬達和相應的液壓缸伸出或縮回，再由液壓缸內的位移傳感器和角度傳感器來判斷六個截割臂是否行走到預定角度位置，從而形成閉環控制系統，經過反復修型達到預定的修型畫面。

采用自動修型的新型硬巖掘進機采煤機電控裝置與現有技術相比，具有將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環控制。進行巷道斷面切割成形時，系統需要采用自動切割程序進行控制，根據切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現故障時對整個系統的聯鎖保護也要求的非常全面和嚴格等優點，將廣泛的應用于掘進機采煤機械電控領域中。

參考文獻

[1] 金江.我國煤礦掘進機電氣控制的發展趨勢[C]//2007短臂機械化開采專業委員會學術研討會論文集.2007.

[2] 黎波.螺旋式微型隧道掘進機控制系統的設計[D].北京：華北電力大學，2005.

[3] 陸德民.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京：化學工業出版社，2011.endprint

摘 要：該文主要描述掘進機在采煤機械電控領域中的應用，闡述了系統背景、項目需求、解決方案構成等，并給出了系統的計算公式。

關鍵詞：自動修型 新型硬巖掘進機采煤機 電控裝置

中圖分類號：TD421. 53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0068-01

1 系統概述

該文涉及掘進機采煤機械電控領域中的一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置。硬巖掘進機是一種新概念采煤機，較傳統的掘進機相比，無論是切割硬度還是掘進速度還是自動成形方面都有了本質變化。控制工藝也非常復雜，這種新工藝的出現解決了普通掘進機采煤速度慢，切割硬度低，需手動修形等。以前在我們普通的掘進機采煤過程中，各家工藝也都基本一樣，都是人為手動控制，無自動切割修形。這樣就造成了巷道形狀不規則、效率低、掘進速度慢。進而我們拓展思維采用了新的控制工藝，改善采煤效率，提高性能參數從而達到開掘巷道和采煤面的掘進工作。因此，研制開發一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置一直是急待解決的新課題。

2 系統結構及目的

本發明的目的在于提供一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置，此裝置是將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環控制。進行巷道斷面切割成形時，系統需要采用自動切割程序進行控制，根據切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現故障時對整個系統的聯鎖保護也要求的非常全面和嚴格。

3 原理概述

（1）一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置，由隔離開關、真空接觸器、阻容吸收器、電流互感器、電壓互感器、PLC、PLVC、工控機、隔離安全柵、片式繼電器、微型斷路器、動力變壓器、壓力傳感器、油溫傳感器、油位傳感器、水流量傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、位移傳感器、激光測距儀、角度傳感器、行走編碼器、防爆急停按鈕、防爆電鈴、防爆機車燈、防爆比例電磁閥、驅動馬達、液壓傳動機構等硬件組成，其特征在于阻容吸收器、電流互感器串在主回路上，驅動電機和真空接觸器連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵連接，此連接目的是達到本安要求。激光全站儀通過航空插頭和開關箱連接。

（2）硬巖掘進機采煤機電控裝置其特征在于：所述裝置的工作原理及操作方法是，兩只內切割臂在正視圖中呈180 °；兩臂張開最大直徑5000 mm，每對外切割臂在視圖中呈180 °，兩對外切割臂夾角為120 °；外切割臂張開最大直徑6400 mm，六只切割臂在正視圖中的相對角度是固定值，刀盤由液壓馬達驅動做正反方向旋轉運動，切割臂由液壓缸驅動，做伸縮運動，得到不同的切割直徑，根據用戶要求，切割形狀分為正方形和馬蹄形兩種。

（3）硬巖掘進機采煤機電控裝置，其特征在于：所述裝置的控制系統算法是，控制系統連鎖，采礦機機身位置坐標正確，液壓系統工作正常，其他必要連鎖信號；刀盤旋轉速度閉環控制，用編碼器檢測刀盤旋轉速度，通過PID算法控制比例換向閥開度，達到刀盤旋轉速度閉環控制；

由上述可以知道，推進距離l與切割半徑r是一個非線性關系，可以逐次線性化來近似，獲取一個切割半徑序列和一個推進距離序列的一一對應關系，控制程序走完整個序列，即完成相應的挖掘斷面成形控制；

（1）切割成型算法：根據實際切割形狀和尺寸，按照切割工藝過程，在刀盤旋轉過程中，由上面算法實時計算和調整切割臂液壓缸伸縮位移，從而擬合給定切割斷面形狀；

（2）智能切割算法：切割工藝過程優化，刀具磨損自動補償（需加刀具檢測），修型切割臂自動輪換算法，切割進給自適應算法。

其工作原理及操作方法是：通過一次變壓器送電到開關箱再由開關箱內變壓器變成相應的電壓等級，箱內電壓等級主要有3300、1140和380驅動電壓組成。開關箱送電后系統先自檢測比如甲烷濃度、一氧化碳濃度、驅動電機是否漏電、通訊是否正常、油溫油位是否正常等等。開關箱供電后通過激光全站儀、位移傳感器、行走編碼器等采集的數據反饋到PLC，由PLC計算出相應的模擬量輸出在由PLVC信號放大，驅動電磁比例閥驅動相應的液壓馬達和相應的液壓缸伸出或縮回，再由液壓缸內的位移傳感器和角度傳感器來判斷六個截割臂是否行走到預定角度位置，從而形成閉環控制系統，經過反復修型達到預定的修型畫面。

采用自動修型的新型硬巖掘進機采煤機電控裝置與現有技術相比，具有將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環控制。進行巷道斷面切割成形時，系統需要采用自動切割程序進行控制，根據切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現故障時對整個系統的聯鎖保護也要求的非常全面和嚴格等優點，將廣泛的應用于掘進機采煤機械電控領域中。

參考文獻

[1] 金江.我國煤礦掘進機電氣控制的發展趨勢[C]//2007短臂機械化開采專業委員會學術研討會論文集.2007.

[2] 黎波.螺旋式微型隧道掘進機控制系統的設計[D].北京：華北電力大學，2005.

[3] 陸德民.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京：化學工業出版社，2011.endprint

摘 要：該文主要描述掘進機在采煤機械電控領域中的應用，闡述了系統背景、項目需求、解決方案構成等，并給出了系統的計算公式。

關鍵詞：自動修型 新型硬巖掘進機采煤機 電控裝置

中圖分類號：TD421. 53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0068-01

1 系統概述

該文涉及掘進機采煤機械電控領域中的一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置。硬巖掘進機是一種新概念采煤機，較傳統的掘進機相比，無論是切割硬度還是掘進速度還是自動成形方面都有了本質變化。控制工藝也非常復雜，這種新工藝的出現解決了普通掘進機采煤速度慢，切割硬度低，需手動修形等。以前在我們普通的掘進機采煤過程中，各家工藝也都基本一樣，都是人為手動控制，無自動切割修形。這樣就造成了巷道形狀不規則、效率低、掘進速度慢。進而我們拓展思維采用了新的控制工藝，改善采煤效率，提高性能參數從而達到開掘巷道和采煤面的掘進工作。因此，研制開發一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置一直是急待解決的新課題。

2 系統結構及目的

本發明的目的在于提供一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置，此裝置是將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環控制。進行巷道斷面切割成形時，系統需要采用自動切割程序進行控制，根據切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現故障時對整個系統的聯鎖保護也要求的非常全面和嚴格。

3 原理概述

（1）一種采用自動修型的硬巖掘進機采煤機電控裝置，由隔離開關、真空接觸器、阻容吸收器、電流互感器、電壓互感器、PLC、PLVC、工控機、隔離安全柵、片式繼電器、微型斷路器、動力變壓器、壓力傳感器、油溫傳感器、油位傳感器、水流量傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、位移傳感器、激光測距儀、角度傳感器、行走編碼器、防爆急停按鈕、防爆電鈴、防爆機車燈、防爆比例電磁閥、驅動馬達、液壓傳動機構等硬件組成，其特征在于阻容吸收器、電流互感器串在主回路上，驅動電機和真空接觸器連接，所有的傳感器信號和隔離安全柵連接，此連接目的是達到本安要求。激光全站儀通過航空插頭和開關箱連接。

（2）硬巖掘進機采煤機電控裝置其特征在于：所述裝置的工作原理及操作方法是，兩只內切割臂在正視圖中呈180 °；兩臂張開最大直徑5000 mm，每對外切割臂在視圖中呈180 °，兩對外切割臂夾角為120 °；外切割臂張開最大直徑6400 mm，六只切割臂在正視圖中的相對角度是固定值，刀盤由液壓馬達驅動做正反方向旋轉運動，切割臂由液壓缸驅動，做伸縮運動，得到不同的切割直徑，根據用戶要求，切割形狀分為正方形和馬蹄形兩種。

（3）硬巖掘進機采煤機電控裝置，其特征在于：所述裝置的控制系統算法是，控制系統連鎖，采礦機機身位置坐標正確，液壓系統工作正常，其他必要連鎖信號；刀盤旋轉速度閉環控制，用編碼器檢測刀盤旋轉速度，通過PID算法控制比例換向閥開度，達到刀盤旋轉速度閉環控制；

由上述可以知道，推進距離l與切割半徑r是一個非線性關系，可以逐次線性化來近似，獲取一個切割半徑序列和一個推進距離序列的一一對應關系，控制程序走完整個序列，即完成相應的挖掘斷面成形控制；

（1）切割成型算法：根據實際切割形狀和尺寸，按照切割工藝過程，在刀盤旋轉過程中，由上面算法實時計算和調整切割臂液壓缸伸縮位移，從而擬合給定切割斷面形狀；

（2）智能切割算法：切割工藝過程優化，刀具磨損自動補償（需加刀具檢測），修型切割臂自動輪換算法，切割進給自適應算法。

其工作原理及操作方法是：通過一次變壓器送電到開關箱再由開關箱內變壓器變成相應的電壓等級，箱內電壓等級主要有3300、1140和380驅動電壓組成。開關箱送電后系統先自檢測比如甲烷濃度、一氧化碳濃度、驅動電機是否漏電、通訊是否正常、油溫油位是否正常等等。開關箱供電后通過激光全站儀、位移傳感器、行走編碼器等采集的數據反饋到PLC，由PLC計算出相應的模擬量輸出在由PLVC信號放大，驅動電磁比例閥驅動相應的液壓馬達和相應的液壓缸伸出或縮回，再由液壓缸內的位移傳感器和角度傳感器來判斷六個截割臂是否行走到預定角度位置，從而形成閉環控制系統，經過反復修型達到預定的修型畫面。

采用自動修型的新型硬巖掘進機采煤機電控裝置與現有技術相比，具有將電氣的模擬量輸出信號通過比例放大器輸出給電磁閥，再通過位移傳感器信號回饋給PLC，從而形成閉環控制。進行巷道斷面切割成形時，系統需要采用自動切割程序進行控制，根據切割工藝的要求，整個切割過程對6個切割臂之間的相互配合和動作速度及精度要求極高，一旦出現故障時對整個系統的聯鎖保護也要求的非常全面和嚴格等優點，將廣泛的應用于掘進機采煤機械電控領域中。

參考文獻

[1] 金江.我國煤礦掘進機電氣控制的發展趨勢[C]//2007短臂機械化開采專業委員會學術研討會論文集.2007.

[2] 黎波.螺旋式微型隧道掘進機控制系統的設計[D].北京：華北電力大學，2005.

[3] 陸德民.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京：化學工業出版社，2011.endprint