基于PLC 采煤机与刮板输送机联动控制技术研究

2022-02-10张文静

山东煤炭科技 2022年12期

张文静

（晋能控股煤业集团铁峰煤业公司，山西朔州 037200）

采煤机、刮板输送机是煤矿井下“三机”的核心装备，其运行的稳定性和可靠性直接决定了井下综采作业的效率和安全性。由于井下“三机”配套控制逻辑是后级设备的运载能力大于前级设备，因此为了满足采煤机综采作业效率和安全性的需求，刮板输送机通常按最大负载运行能力进行工作。运行速度高，刮板输送机磨损量大。但通过实际分析，由于井下各类因素的限制，采煤机通常无法按最高速度进行采煤，因此煤量变化较大，刮板输送机通常处于“大马拉小车”的运行状态[1]，极大地影响了刮板输送机的运行经济性。

为了优化井下刮板输送机运行状态，本文以提高刮板输送机运行经济性和安全性为目标，在对采煤机、刮板输送机协同运行方式进行分析的基础上，提出了一种基于PLC 的采煤机与刮板输送机联动控制技术，利用煤量预测和负载电流的动态监测分析，实现了对采煤机煤量变化情况的精确判断。以此为基础，实现对刮板输送机运行速度的快速、平稳调整。根据实际应用，该技术能够将井下刮板输送机运行能耗降低24.2%，将刮板输送机运行速度降低19.6%，极大地提升了刮板输送机的运行稳定性和可靠性。

1 采煤机、刮板输送机联动控制原理

采煤机在进行工作时，其滑靴在刮板输送机上滑动，而行走轮则和刮板输送机上的销排进行啮合，实现沿着综采面的往复运动。根据井下煤层的厚度不断调整采煤机截割高度，截割下来的煤炭落入刮板输送机中，刮板输送机再通过中部槽刮板链的循环运动，将其传输到转载机中，进而完成煤炭在井下的输送。由此可知，刮板输送机的运输量是由采煤机的采煤量决定的，因此可以通过对采煤机截割转速、进给速度的分析，对其下一阶段的采煤量情况进行判断，进而快速对刮板输送机的运行速度进行调整，满足刮板输送机灵活、稳定运输的需求。

在对采煤机、刮板输送机的协同运行流程进行分析的基础上，本文提出了一种新的采煤机、刮板输送机联动控制系统，其整体控制模式如图1[2]。

图1 采煤机、刮板输送机联动控制逻辑示意图

由图1 可知，该控制系统主要包括了顺槽远程协同调速系统、刮板输送机机载调速系统、采煤机机载调速系统、无线以太网络四个部分[3]。系统采用了模块化的结构设计模式，能够实现快速更换及完善，提高系统的应用灵活性和可靠性。

输送机、刮板输送机均是一种集机电液于一体的大型设备，结构庞大，因此对速度的调整具有一定的滞后性。而且刮板输送机上的煤量是具有累积性的，因此以采煤机的运行状态为基础信号对刮板输送机的运行状态进行调节，就需要提前对采煤机的运行控制信号进行分析，给刮板输送机的控制信号一个提前量，满足调控精确性的需求[4]。在对多种控制方案分析后，最终确定利用刮板输送机的负载电流为调控信号，系统首先对采煤机的负载电流和运行控制信号进行分析，确定采煤机下一阶段的运行状态信息，对其采煤量变化情况进行预测，然后将预测值传输到刮板输送机机载调速系统内，实现对刮板输送运行状态的调整。

2 刮板输送机、采煤机机载调速系统

刮板输送机机载调速系统主要包括了刮板输送机控制器及相关传感器，主要用于对刮板输送机的运行速度及电机信息进行监测，然后将监测结果通过无线以太网传输给顺槽控制中心，由顺槽控制中心对采煤机运行状态和刮板输送机运行状态进行分析后，输出对刮板输送机的调整控制信号，实现对刮板输送机运行状态的灵活调节。

采煤机机载调速系统主要是对采煤机的截割转速、牵引速度、运行安全等进行实时监测，然后将监测数据传输到顺槽控制中心，作为顺槽中心进行采煤机-刮板输送机联动调节的依据。

为了满足数据传输效率和可靠性的需求，系统内的数据传输均通过KJJ12 7000 型矿用本安无线数据交换机[5]进行。结合采煤机、刮板输送机的工作调节，可以将无线数据交换机分布设置到采煤机采空侧的机身上、刮板输送机头部和尾部的端头支架上，其设置原则是要保证无线数据信息覆盖的完整性和交换机的安全性，避免受到落石冲击等[6]。

3 顺槽远程协同调速系统

顺槽远程协同调速系统是该联动控制系统的核心，主要设置在运输巷的顺槽集控中心处，通过PLC 控制器来对刮板输送机、采煤机的运行状态信息进行集中分析和处理[7]，从而完成对采煤机运行状态信息的提前判断，生成协同调速策略和调控信号，并将数据信息分别传输到采煤机和刮板输送机，实现刮板输送机根据采煤机的截割作业状态自动调整本机运行状态。

系统还具有数据显示和预警功能，能够将采煤机、刮板输送机的运行状态信息显示在监测界面上，操作人员能够及时掌握采煤机和刮板输送机的运行状态信息。当出现参数异常后系统自动进行报警，提醒工作人员及时进行调节，确保采煤机、刮板输送机联动运行的安全性。

4 应用情况分析

目前该基于PLC 的采煤机与刮板输送机联动控制系统已经在煤矿井下进行了应用，根据应用情况分析，优化后该技术能够将井下刮板输送机运行能耗降低24.2%，将刮板输送机运行速度由3.7 m/s 降低到2.97 m/s，运行速度降低了19.6%。运行速度的降低意味着刮板输送机运行时各个零部件之间的磨损情况降低，因此能够有效地提升刮板输送机的运行磨损，提高刮板输送机的运行寿命。