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摘要：综采工艺生产工作过程中普遍会运用到三种机械设备，即采煤机、液压支架和刮板输送机。该文重点在综采工艺理论研究的基础上分析以上三种机械设备在煤矿开采过程中的联动关系，并针对这一关系确定三种机械设备联动控制系统的完善策略。系统通过采煤机牵引部位及方向、预设的联动规则对液压支架动作进行控制，保证其能够随着采煤机完成相应的移驾、推溜等操作。
关键词：采煤机；液压支架；刮板输送机；联动控制
0引言
社会在快速发展过程中带动了我国科技的发展速度，当前我国煤矿行业的自动化控制技术都有了非常大的改善，综采工作面自动化控制技术也有了很大的提升，保障了少人或无人工作面煤矿高效高产的安全性。通过对我国当前煤矿采煤工作面技术开采的现状了解，无人工作面综采系统中又包括了许多子系统，根据功能和数据的不同分为：（1）机械设备自动控制系统；（2）机械设备工况检测及诊断系统；（3）工作面灾害预测预报系统；（4）防尘、防水、防爆和防振系统；（5）综采工艺智能系统、数字化显示与更新系统；（6）“采煤-环境”安全专家系统；（7）采矿模拟系统与决策仿真系统。而综采工艺生产中所运用到的三种机器设备联动控制系统是实现无人工作面的前提。 目前，根据生产使用现状，工作面三种核心装备即采煤机、液压支架、刮板输送机均由不同厂家生产和提供，并且实现少人/无人值守存在进口采煤机厂家协议不对外开放、只能监测、不能实现集中控制等问题。 因此，本文根据某煤矿综采工作面所运用到的采煤机、液压支架及刮板输送机三种机械设备研究其联动工艺动作流程及控制要求，提出了控制系统解决方案。
1综采工作面概况
文章以我国某个煤矿企业为研究对象进行了综采工作面的分析。该煤矿矿井所设计的生产能力在4.0Mt/a，相对来说生产比较稳定，且顶底板情况良好，工作面的总长度为二百六十米，推进方向长度在三千八百米左右；煤层平均的厚度在六米左右，通常情况下我们会利用长壁综合机械化一次采全高综采方式进行设计，高度设计在四至六米之间，所采用的设备多以国产为主。
2综采机器设备的联动工艺方案
根据综采工艺、 操作规程及综采设备技术参数， 液压支架在保证安全距离前提下跟机进行支护、收伸护帮板，刮板输送机自动推溜。采煤机牵引截煤时，当其位于工作面第28号支架并往机尾方向牵引时，第36号~第 41号支架自动收护帮板，第21号～第17号支架开始自动移架，第15号～第12号支架开始打护帮板，第10号～第1号支架开始推溜。三种机械设备联动工艺方案中，采煤机采用不留三角煤端部斜截进刀，液压支架采用单架依次顺序式及时支护。图1综采工艺中三种机器设备联动工艺方案。
3针对综采工艺中采煤机、液压支架及刮板输送机联动控制系统设计分析
（1）采煤机、液压支架及刮板输送机联动控制系统
综采工艺中三种机械设备联动控制系统的核心功能是通过对采煤机的位置和牵引方向进行检测，实现液压支架的自动收伸护帮板、自动移架及推溜控制。 系统包括地面管理层、巷道监控层和设备层三个部分，具体由机械设备联动控制器、机械设备下位可编程控制器、监控中心、隔爆型 UPS 电源等组成。
（2）液压支架电液控制系统
在机械设备联动控制系统中支架电液控制系统属于一项子系统，通过检测可以得出，各方面参数对液压支架移架进行控制的整个动作过程中所包含的内容有许多方面，具体有以下几方面：液压支架电液控制系统由井下服务器、支架控制器、电磁阀驱动器、电磁阀组、隔离耦合器、压力传感器、行程传感器、电源箱、红外线发射器/接收器等组成，支架控制系统硬件结构如图2所示。液压支架电液控制系统中电液控制阀组中的电磁先导阀与电磁主阀构成动作执行机构，共同完成液压支架的自动控制功能，同时通过红外传感器探测采煤机位置，使液压支架实现联动操作，按照工艺需求及时进行支护。电磁阀驱动器是接在支架控制器和电磁阀组之间的扩展附件，引入支架控制器的电源，接收支架控制器的控制信号，对各单元电磁阀线圈执行通/断任务。隔离耦合器用来将由不同电源供电的相邻两组支架控制器进行电气隔离，其接在相邻两组支架控制器之间，以减少相邻支架控制器电路之间的相互干扰，增加整个电网系统的稳定性。
图2支架控制系统
（3）采煤机系统
采煤机机载监控装置与监控中心实现双向通信，进行数据传输。 在监控中心实时显示采煤机运行状态参数，同时监控中心可对采煤机远程进行启动、运行、停止等操作控制。 在采煤机上装有红外线发射装置，同时提供一路 12 VDC 本安电源，给其供电。
（4）系统功能
之所以成立综采工艺机械设备联动控制系统是为了保证煤矿开采过程中所利用到的采煤机、液压支架以及刮板输送机三个设备之间的协调运转，控制系统实际所具备的功能具体有以下几方面：首先，通过控制系统可以对机械设备联动所产生的相关参数进行有效合理的采集检测，并将其传达给监测中心中的PC机进行深入的处理、储存和显示，监测中心与设备实现信息的交互通信，通过三种机械设备联动控制器对工作面综采设备进行全面控制，完成顺序开机和顺序停机功能；其次，采煤机自动牵引截煤，同时将当前采煤机的位置和牵引速度方向信息传递给控制系统，控制系统根据接收到的信息控制液压支架跟机自动收伸护帮板和前探梁，在采煤机后方自动降架、移架、升架及推溜等，支架的移架速度如果跟不上采煤机牵引速度，可以发出信号请求采煤机减速，实现液压支架跟机自动化，完成电液控制；再次，刮板输送机将其当前运输能力和负荷信息传递给控制系统，以此调整采煤机牵引速度；最后，实现系统联锁，工作面设备具有急停闭锁功能，工作面输送机与采煤机具有互锁功能，采煤机与喷雾泵具有联动功能。
4系统硬件设计
（1）机械设备联动控制器硬件设计
在机械设备联动控制系统中有一项非常重要的核心元件，那就是设备联动控制器。通过此控制器不但可以保证系统能够与监测中心保持良好的沟通，达到三种机械联动相关参数等信息资源的互交互换传输，同时还能够保证系统与采煤机、刮板输送机及各支架控制器的良好通信，发送上位逻辑控制指令，控制设备与设备之间的协调联动，实现工作面的自动化采煤。机械设备联动控制器一般都会选用采用西门子PLC系列中的产品，比如：S7-300PLC联动控制器，此控制器中具备了集成接口（PROFIBUS-DP），通过总线网络中的接口将联动控制器与支架控制器相连接，确保PLC处理器之间的数据能够进行实时交换。
（2）支架控制器硬件设计
支架控制器接收压力传感器、位移传感器等数据并分析处理，实时显示支架的运行工况并控制支架动作，接收控制者指令及联动控制器指令，根据工艺要求预先设定的规则通过电磁阀驱动器驱动电磁阀组实现液压支架的有序动作。支架控制器多选用DBT系列，此系列适多用于中等规模的分布式结构的应用，满足控制系统的要求，内置的接口能够连接到现场总线网络上。
（3）机械设备联动控制通信系统硬件设计
机械设备联动控制系统中，设备联动控制器和支架控制器均采用西门子 PLC，S7-300PLC 都具有集成的 PROFIBUS-DP 接口，通过总线连接器能够方便地连接到网络中。 联动控制器与支架控制器之间通过 PROFIBUS-DP总线网络进行连接，保证 PLC 处理器之间的数据交换。 支架控制器之间为了保证控制数据的传输不出现偏差，采用 RS422 点对点全双工通信模式，其传输介质为 4 根 RS422 数据线，抗干扰能力强。
5系统软件设计
三种机械设备联动控制主要实现采煤机、液压支架和刮板输送机之间的协调动作。机械设备联动控制器主要根据采煤机位置和牵引方向决定相应架号液压支架进行收护帮板、移架、伸护帮板和推溜4个动作，共发送4类控制指令。 支架控制器根据接收到的控制指令进行相应动作， 其中当接收到移架指令时，自行完成移架动作，包括收侧护板、降架、移架、升架、伸侧护板等一系列动作。设定支架总数为 N，采煤机位置为 P，牵引方向为 D。面向煤壁，采煤机向右牵引割煤时 D=1；采煤机向左牵引割煤时 D=-1。
6结语
本文通过对我国某个煤矿开采过程中所运用到的采煤机、液压支架以及刮板输送机设备参数进行分析，明确了综采工艺采煤机、液压支架及刮板输送机之间联动的关系，这为联动过程奠定了稳固的保障。通过研究综采工艺机械设备联动控制系统的结构和功能，对控制系统的硬软件进行设计。该系统通过传感器技术测量三种机器设备之间的联动相关参数，利用现场总线技术使设备与设备之间能够协调运作，控制液压支架跟机动作。提出的综采工艺机械设备联动控制系统解决方案对实现综采工作面自动化生产具有重要的意义。
参考文献
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[3]李保朝.液压支架电液控制技术研究与应用[J]. 中州煤炭,2006(2):7-8,66.
论文作者:杨利云
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/24
标签：支架论文; 工作面论文; 控制器论文; 控制系统论文; 液压论文; 采煤机论文; 机械设备论文; 《电力设备》2016年第10期论文;