神华宁夏煤业集团双马煤矿综掘一队 宁夏银川市 750408
摘要：在当前社会经济快速发展的过程中，各种矿山的开采数量在不断增加，对掘进机也提出了更高的要求，本文就PC在掘进机中的应用进行阐述和分析。
关键词：PC；掘进机；应用
1.前言
随着当前科学技术的不断发展，掘进机的自动化水平在不断的提升，通过PC技术的应用，进一步加快了掘进机的发展。
2.PC在掘进机中存在的问题
掘进机的悬臂具有六个自由度，可以实现：悬臂摆动、悬臂升降、悬臂回转、悬臂俯仰、悬臂摆角等动作，悬臂机动灵活，可以在工作面的任意位置掘进，补偿定位准确。
电气元件分散及其本身的质量问题，是造成电器保护装置拒动作、误动作的主要原因。采用PC后，因其可靠性高、搞干扰能力强，从而保证了系统的正常工作。实验证明:在电焊机的手把线绕主机两圈，用电焊机点弧时，PC不受强电磁场干扰。利用PC还可将原掘进机电控装置所需的电流、温度等控制信号全部输人PC的摸拟量接口，通过内部分析运算进行故障显示，实现对电动机保护。
掘进机电控系统设计的核心问题是对驱动掘进机各种工作机构电动的控制和进行联锁保护。原机电控电路中，由于电路转换、联锁、保护等环节多，因而使用的中间继电器的数量和控制触点也多。采用Pc取代原电控设备后，这些工作过程均可由PC的软件来实现，原电控腔内仅剩下主电路器件和显示器件，结构大为简化，故障率很低，一旦出现故障，也容易排除。
为减小掘进机剧烈震动对PC的影响，我们在PC底座上安装了橡胶防震垫。为防止操作线接地或接外壳时产生不安全火花，将电气接地端与机壳隔离;为保证原机的本质安全性能，对原安全火花回路暂未更改。今后将使用以与PC配套的西门子公司生产的模板替代，以符合国际本质安全标准。
3.软件设计
3.1 监控系统软件总体结构设计
本系统在软件设计方面主要有可视化界面设计、数据采集与处理、数据的存储、断面超挖报警、使用帮助系统[1]。断面超挖报警是掘进机在断面成形过程中出现超挖时，系统会发出声光报警，提醒操作者。
3.2 截割工艺路线的形式
掘进机在开始截割工作时，首先利用工作机构深锁装置或开动履带行走机构，使截割头切入工作面煤（或岩）壁一定深度（截深），然后通过截割头的水平摆动和垂直摆动，即可切割出所要求的巷道断面形状。断面形状有拱形、矩形和梯形。以截割梯形断面为例进行说明，常用工作面的切割程序如图 1 所示。图 1（a）为常规切割程序，即从下向上按图中所示的切割路线进行切割。为了减小截割时阻力，减小应力对截割头的作用，以增加截割头的使用寿命，可以采取图 1（b）、 (c) 的截割方式。图1（b）从中间先向下切割，完成下部的断面尺寸后，再从中间向上切割完成上半部分断面的截割。图 1 (c) 为从中间按图中扇面的形式切割，最后完成轮廓边缘尺寸的修剪。图 1（d）所示的情形是煤岩分层的情形，先截割煤，后截割岩石，以减小岩石应力过大对机器造成损害。
3.3超挖报警程序的设计
从图 1 可以看出切割程序的形式各不相同，为简化程序设计，减少运算工作量，采用了统一的方法控制断面的极限尺寸，抛开截割工艺方式的限制[2]。其程序框图如图 2 所示。
4.电控系统原理
4.1 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。
4.2 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。
4.3 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[3]。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。
4.4 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。
5.监控软件的实现功能
通过动态图形信息提示和参数设置对镗床进行实时监控主要由监控主界面，姿态校正界面和参数设置界面组成。
5.1监控主界面
主要对钻孔机的大部分工作条件和运动监测人员提供钻孔机，控制设备的实时信息，正常运行。监控的主要接口主要包括三个部分的状态，操作和动作。状态部分用于显示钻孔机的基本信息，例如电力系统和报警信息。运行部分包括切割头轨迹和基本控制，实际 - 切割机切割头的作用方向和路径可用于指示钻孔机执行当前动作，例如油泵输出和手臂旋转操作，通过单击隧道机上的控制按钮。
5.2位姿纠偏界面
主要用于监测镗床机身的主体，包括水平角，侧倾角，俯仰角，水平偏移和前端距离。左半部分的界面通过图形，动态数据准确显示镗机身体的姿势信息，右部分界面通过文本提示镗机进行机身运动时的动作和完成界面点击右下角的自动校正和自动释放按钮发送控制命令，镗床可以自动完成姿态调整。自动修正界面可以直观，准确地描述镗床车身的姿态信息，解决手动观察巷道的姿态调整不准确的问题。
5.3参数设置界面
主要用于镗床保护报警阈值设置，包括：电源系统电源电压，燃料箱的温度，油泵的温度，电动机的温度，燃料箱的温度，燃料泵的温度，泵的温度，泵的温度，泵的温度，泵，油的上限和下限。通过不同的设置阈值，可以设置镗床不同的安全报警水平，为设备的安全运行提供保护。此外，监控软件还具有远程控制镗床自动切割巷道段和查询设备故障，报警记录等功能，为员工提供更多服务。
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。
6.结束语
综上所述，在当前社会发展的过程中，要不断运用先进的科技和技术来提升掘进机的发展，为矿山的开采提供更为便捷的条件。
参考文献
[1]高峻岭，柏方艳，严宏惠.基于 PLC 的 AM50 掘进机电控系统[J].微计算机信息，2012，04.157-158
[2]王俊红，王金花.S100 掘进机电控系统存在问题分析及改进对策[J].矿业快报，2016，10.147-148
[3]王苏彧,杜毅博，吴淼，等.掘进机远程控制技术及监控系统研究与应用[J].煤炭科技，2013，39(4):63-67.
论文作者:宋怀超
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/3
标签：断面论文; 掘进机论文; 系统论文; 钻孔机论文; 悬臂论文; 镗床论文; 巷道论文; 《基层建设》2017年3期论文;