基于PLC的采煤機紅外線位置監測系統的開發

閆萬俊

（山西焦煤集團汾西礦務局中興煤業， 山西 晉中 030500）

引言

目前井下作業人員在對液壓支架的占位進行調節時，普遍依靠作業人員目測液壓支架與采煤機之間的占位進行調整，但井下工作環境惡劣，經常造成因液壓支架與采煤機相對位置不一致導致落石事故，不僅帶來了極大的安全隱患，而且嚴重影響了煤礦井下的綜采效率，因此，應快速準確地確定采煤機在井下的相對位置。

1 紅外監測系統的總體結構

該紅外位置監測系統主要由紅外線發生系統和接收系統構成，將發射系統固定在采煤機截割滾筒與機身結合的靜止位置，將接收系統設置在井下巷道內的各個液壓支架上，采煤機在移動過程中紅外信號不斷根據采煤機的運行情況變化，根據接收系統接收到的紅外信號所處的液壓支架位置即可判斷出采煤機相對液壓支架群的位置，以此來判斷各液壓支架需要執行的動作。該監測系統的總體結構如圖1所示。

在該系統中，間架控制器的主要作用是對相鄰的液壓支架的動作進行協調控制，在工作時監測系統將采煤機在巷道內的空間坐標信號發送給正對著采煤機的間架控制器，以此作為各液壓支架動作的基準，同時該控制器還可以直接控制液壓支架的動作，并記錄液壓支架的狀態，傳遞給監測系統的PLC控制中心，使地面控制中心的工作人員遠程監測液壓支架相對于采煤機的位置，人工控制液壓支架的運行和調整[2]。

2 紅外監測系統的工作原理

圖1 紅外監測系統的總體結構

圖2 紅外監測系統的工作原理示意圖

該系統紅外監測裝置的工作原理如圖2所示，當位于液壓支架上的紅外接收器接收到采煤機上所發出的紅外信號后，經過調制系統的調制處理，轉換為與PLC裝置所匹配的電流信號，由于信號在深入PLC模塊的A/D端口時其信號量值較低，而經過A/D端口的轉換后其量值增加較大，利用該信息轉換的差值可將經過A/D端口轉換的數字量信號設定為系統的臨界值，超過該臨界值則說明采煤機與該液壓支架相對位置滿足液壓支架的動作要求，若低于該臨界值則說明該采煤機與液壓支架的相對站位不滿足液壓支架的動作要求，需進一步調整。

由于采煤機在實際工作時的進給速度相對較慢，約為5 m/min，而相鄰液壓支架的間距約為2 000 mm，紅外監測系統完成一個檢測和控制流程所需時間遠小于采煤機經過液壓支架的時間，因此完全滿足監測和調整要求[3]。

3 紅外位置監測軟件控制系統設計

該監測系統的軟件控制邏輯如圖3所示：

圖3 紅外位置監測控制邏輯示意圖

由圖3可知，該系統的軟件控制邏輯中，首先對所有的控制端口進行檢測是否進入穩定工作模式，然后系統以定時器的溢出為啟動PLC模塊的采樣信號，控制系統每隔10 ms發出一次采樣中斷信號。

系統在進行數據采集時，以每10組的數據為一個基準，對其求平均值作為最終的數據采樣結果，以避免井下惡劣的工作環境所帶來的數據采樣失真。在系統穩定運行并進入到PLC采樣間隔發送程序后，PLC系統首先對數據的采用次數進行檢查，若采樣次數小于系統規定的最小采樣次數，則PLC系統開始重新進行一次啟動轉換，并將采集到的數據保存在相應的緩存區，待采樣次數滿足要求后進行求解并傳輸，系統對采樣結果進行判定，若采樣結果的平均值大于系統設定的臨界值則說明滿足調整要求，若小于臨界值則說明不滿足位置調整要求，需進一步的調整。

4 紅外線位置檢測系統的試驗驗證

本文利用手推車裝置模擬運動中的采煤機，利用設置在固定位置，間隔2 000 mm的柱腳模擬液壓支架，將手推車以5 m/min的速度移動，其模擬示意圖如圖4所示。

圖4 紅外監測系統的模擬試驗

PLC系統A/D端口的轉換后其量值為4 000，因此設定該模擬系統的臨界控制數字量為4 000，當系統接收到的轉換數值低于4 000時發出報警信號，說明未調整到位，當轉換數值高于4 000時可進行轉換。根據現場驗證結果，該紅外線位置檢測系統能夠有效地對采煤機和液壓支架的相對位置進行判斷，具有檢測精度高、調整速度快的優點，完全滿足煤礦井下液壓支架和采煤機位置檢測要求[4]。

5 結論

1）該紅外監測系統能夠根據實際情況對監測數據進行多次核實分析，能有效避免井下惡劣環境導致的誤判情況，提升了對采煤機站位判斷的準確性。

2）該紅外監測系統在工作中能夠及時捕捉紅外線信號，并對采煤機和液壓支架的相對位置進行判斷，位置監測精度高、速度快。