自移設備列車組控制系統設計

宋濤

(1.中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤機裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

隨著工作面自動化技術的提升，與綜掘綜采等自動化控制系統及裝備相比，煤礦順槽巷道輔助運輸設備仍采用傳統人工就地控制，工作效率低；設備自動化控制水平低，設備穩定性差，故障率高，嚴重威脅著人員安全。例如，在使用頂板單軌吊設備拖動電纜過程中，存在動作時序不匹配，人工操作復雜，設備運行效率低等問題；設備列車仍采用傳統回柱絞車牽引方式，安全效率低，同時存在跑車、掉道等隱患。

因此，有必要對順槽巷道單軌吊及設備列車運輸控制技術進行升級改造，提升自動化控制能力，從而實現減人增效。

1 自移設備列車組成

針對傳統絞車牽引的設備列車移動方式，太原院自主開發了自帶軌道的長距離自動化自移設備組，其結構如圖1所示，設備總長度約280 m，總噸位約300 t。該設備由替代絞車牽引的錨固牽引裝置、重軌、提升平板車、管纜伸縮裝置(替代傳統單軌吊牽引)及自動化控制系統組成。

圖1 長距離自動化自移設備組結構

該設備列車以工作面的乳化液為動力，隨著工作面三機設備的移動同步移動。自移設備列車組高度集成列車軌道列車自移、行走調偏、管纜隨動等功能，實現平板車組與錨固牽引牽引裝置互為支點交替前移，并采用自動化控制系統實現長約280 m的設備列車的自動化及遠程遙控。

2 自移設備列車組控制系統設計

2.1 系統原理

自移設備組總長度約280 m，共控制45臺平板車，160個提升油缸，1套錨固牽引裝置及后部的管纜伸縮系統。液壓控制系統原理如圖2所示，系統采用環形供液方式，為保證45臺提升式平板車的同步升降，將其劃分為8～10各單元子系統聯合控制，每個子系統采用1個4功能主閥并聯控制同時供液，錨固牽引裝置用26功能控制器的控制設備列車立柱、平衡千斤頂、推移千斤頂、抬底油缸的動作，26功能控制器通過電纜信號的傳遞控制所有子系統4功能主閥的動作，最終實現45臺提升平板車的同步升降、牽引的要求。

圖2 自移設備列車液壓控制系統原理

自移設備列車組控制系統由視頻監控系統和電控系統兩部分組成，如圖3所示。系統主要部件為：控制器、電磁先導閥、傳感器、無線接收器、遙控器、耦合器、礦用隔爆本安電源、監控主機等。

圖3 自移設備列車組控制系統

2.2 控制功能

1) 錨固裝置控制。錨固裝置通過一個26功能控制器實施所有功能，該控制器與平板車組其它控制器連接構成大系統，錨固裝置控制器通過安裝的傳感器，可顯示立柱下腔壓力及推移行程。

2) 平板車組的控制。通過26功能控制器控制所有平板車的升降動作，既能順序控制，又可分組控制，每組平板車控制器通過驅動器控制5對電磁閥，每個閥對應一組車，從而實現對5組車功能控制。控制器通過傾角、壓力傳感器對平板車進行升降動作及車體監測， CAN總線可實現不同平板車控制器之間時序分組與數據交互。

3) 遙控控制。通過接收器接受信號，可實現自移列車組的全功能遙控，遙控范圍覆蓋全設備范圍，操作者可以站在任意一節平板車前使用手持遙控器操作列車自移，操作的同時觀察設備是否按照設定程序動作。

4) 平板車油缸動作異常識別。通過安裝的傾角傳感器監控平板車姿態，通過安裝的壓力傳感器監控油缸工作狀態；當某臺車4根油缸未動作,壓力不產生變化，系統可識別；當任意3根油缸動作時，車體發生傾斜，系統通過傾角數據可以定位該故障并及時閉鎖系統，避免強行推移導致設備損壞。

5) 管纜伸縮承載系統可感知自身系統與刮板機機尾距離。可保證工作面設備推進和設備列車自移的整個作業循環過程中電纜留有余量,并在錨固系統與設備列車間交替動作時，實現二者互鎖。

2.3 關鍵元部件選型

1) 26功能控制器。 26功能控制器是一種專用控制器，它存儲并運行程序，執行相應控制動作，具有獨特的兩類通信接口，執行與其他控制器及主控制計算機互傳信息進行數據通信，實現自動控制和監測的功能。主要技術參數為：

額定工作電壓/V DC12

工作電流/mA 不大于640

通信端口的傳輸方式 單線CAN(2路)

輸入信號 8通道輸入,4路串口通訊

外殼防護等級 IP68(下端)

屏幕顯示 中文

2) 礦用壓力傳感器。用于檢測油缸下腔壓力，安裝在油缸單向閥的測壓孔。

有效測量范圍/MPa 0～60

輸出標準電壓信號/V DC0.78～4.94

工作電壓/V DC12

3) 礦用本質安全型遙控發射器。遙控器采用便攜式設計，可通過接收器接入電液控制系統并實施控制，同時顯示控制系統狀態。

最大有效遙控范圍/m 不小于5

工作電壓/V DC3.7

工作電流/mA 150

4) 無線接收器。通過RS-232接口接入控制器，遙控器通過無線接收器與控制器交互信息。

最大有效通信范圍/m 不小于5

通信接口 RS-232，Zigbee

工作電壓/V DC12

電流/mA 40

5) 對射式超聲波傳感器。發射器與接收器分體安裝，用于測量推移行程。

最大量程/m 3

輸出信號/V DC0.71～3.55(可調)

最小誤差/cm ±3

6) 礦用傾角傳感器。安裝于平板車車底，通過RS-232接口接入控制器。

輸出接口 RS-232

工作電壓/V DC12

電流/mA 80

精度/(°) 0～30：0.1

7) 礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源。電源箱內含2個獨立的AC/DC膠封模塊，形成二路獨立的直流電源，為電液控制系統供電。

輸入電壓/V AC100～250

輸出電壓/V DC12

輸出電流/A 2.0×2路

8) 本質安全型綜合接入器。用于礦井綜合信息接入，包括工業以太網接入、網絡攝像儀接入、無線Wi-Fi接入、數據接入等功能。

工作電壓/V DC12

工作電流/mA 1 000

輸出接口 2路10/100M自適應接口

3 結論

根據現有煤礦順槽巷道支護及輔助運輸設備應用經驗，通過技術配套、系統設計及功能驗證等環節，將電液控制系統引入到自移設備列車中，可實現電液控制系統在自移設備列車的推廣應用,操作人員由適當的15人降至2人，提升了煤礦生產效率和人員的安全性。