数字化掘进机电控系统

李鸿岩+苏宏彪++杨林

摘 要：文章介绍了一种新式掘进机电控系统，它主要采用矿用本安型角度传感器、矿用压力传感器、矿用位移传感器等采集信号，并控制掘进机动作。可以监控掘进机综合参数、防止切割头和铲板相互碰撞、实现数字化切割。

关键词：掘进机；电控系统；位移传感器；数字化切割

1 概述

数字化掘进机电控技术在国外比较成熟，但在国内仍属于起步阶段，目前国内掘进机的监控方面只有过载、过温、断相、漏电、缺项等几个基本的参数，而切割和控制方面只是建立在司机的经验基础之上，这并不能满足煤矿对安全与精确度的要求。因此，结合国内煤矿的实际情况提出一种先进、可靠、实用性强的新电控方案。

2 电控系统原理

图1 电控系统原理框

2.1 传感器

传感器（除漏电流传感器外）均系本质安全型且全部通过安全栅光电隔离后与PLC进行通讯，以提高抗干扰能力以及保护安全侧电路。

油位、油温、流量、压力、位移、角度传感器均采用本安电源供电，将采集到的油位、油温、油压、水流量、水压、位移、角度信号传输到PLC的模拟量模块，经过PLC处理后再传输给液晶屏。

在PLC程序中对油位的下限、油温的上限、油压异常、水流量下限、水压力异常等都设置了保护措施，当油位低于下限，油温高于上限、油压出现异常、水流量低于下限、水压力异常时，切断油泵电机的供电电源，从而停止整机的工作以避免造成油泵损坏、电机绕组温度过高。

位移传感器采用矿用本安型位移传感器，由本安电源供电，固定在掘进机回转台和铲板的油缸内，可以实时采集切割头以及铲板的位移信号并传输到PLC中。

角度传感器采用矿用本安型传感器，有本安电源供电，固定在切割臂和回转台的连接处，可以测量出切割头与水平面（即掘进机所在地面）的夹角，并传输给PLC。

2.2 执行机构

电磁阀箱主要由矿用隔爆型电磁阀、电液比例阀组成，它是一个执行机构。PLC可以通过数字量控制电磁阀的通断、通过模拟量控制电液比例阀的开关时间和阀芯的位置，从而达到控制切割头和铲板的要求。

2.3 切割头、铲板防撞

由于切割头下移和铲板抬升的过程中有重合的区域，如果切割头与铲板碰撞将发生严重的事故，因此把该重合的区域称作危险区域。本系统通过矿用角度传感器和位移传感器可以实时掌握切割头和铲板的位置。PLC将传感器采集到的模拟量信号转换成数字信号把切割头和铲板的位移数字化。

当切割头或铲板单独动作时可以满行程动作，但当系统检测到它们中有一方进入危险区域后，那么将锁定另一方的行程范围，即：控制电磁阀使得另一方无法超出系统已锁定的范围，这样就从根本上解决了切割头和铲板碰撞的问题。

2.4 显示系统

显示系统为掘进机电控系统一个重要的组成部分，安装在操作箱内。它可以实时地把系统参数和切割轨迹反映给操作者，同时也可以记录系统运行中的各种参数、故障信息并向操作者提供故障解决的方法。

如图2 所示。门洞型为切割头运动范围；实心圆表示切割头；横线代表铲板；四个箭头代表当前切割头运动方向；其他实时数据显示如图所示。

图2 掘进机综合切割画面

3 数字化切割

掘进机操作过程中前方由于煤层掉落粉尘较大很多时候掘进机操作人员看不清工作面的具体情况，切割断面形状很难掌握。因此，根据现场巷道的实际情况，编写一套数字化切割程序，首先根据巷道的实际尺寸锁定切割头和铲板的运动范围，再通过位移传感器和角度传感器采集信号，显示系统显示出切割轨迹，这样操作人员就可以根据具体的数据来完成整个巷道的切割作业。

掘进机掘进过程中分为手动控制和自动控制。手动控制时，切割头在同一时刻只能向一个方向移动，所以在数字切割程序中添加了切割头运动轨迹互锁程序，即切割头纵向运动时，横向运动功能将被锁定，反之亦然。自动控制时，操作人员可输入断面参数坐标，切割头可自行完成曲线切割轨迹。

4 结束语

该数字化电控系统在实际应用中大大地提高了巷道掘进的效率，降低了操作人员的劳动强度，同时也能很好地保证操作人员的安全。

为了保障该系统控制的精确性应尽量减少电控箱的震动，需在安装电控箱时加装减震系统，且进入PLC的模拟量信号需经安全栅进行隔离处理，电控箱内的电气元件应高低压分开，并进行良好的接地处理。

参考文献

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