掘进机智能控制系统研究

掘进机智能控制系统研究

徐巍

平顶山天安煤业股份有限公司十一矿 河南省平顶山市 467000

摘要：老式掘进机采用继电器结构系统，养护维修不便，自动化水平不高，无法满足现代工业化要求。为了能够满足煤矿企业生产运营需求，需提高和优化掘进机系统的功能及构造，对掘进机的控制系统进行智能化设计改造，以确保其在恶劣环境下可以正常运转，具备较好的抵抗干扰性能。基于此，本文将对掘进机智能控制系统进行研究。

关键词：掘进机；智能控制；系统研究

掘进机是煤矿开采的关键设备，但其结构复杂、故障率高、维修困难，为了能够满足煤矿企业生产运营需求，需提高和优化掘进机系统的功能及构造，对掘进机的控制系统进行智能化设计改造，以确保其在恶劣环境下可以正常运转，具备较好的抵抗干扰性能。该方案将系统做了升级和完善，其核心控制系统选取西门子S7－200PLC及其软件技术，优势在于安装和编程简便、安全性能稳定、抗干扰性能力强、易于维护等。

1 关于控制系统设计问题的研究

根据煤田地质情况以及煤炭作业工作流程分析与研究，设计的掘进机控制智能分析系统，必须达到智能化要求，能够实现智能化控制及数据显示功能，从而实现对整个作业流程和运转状况数据的监测和记录，先对掘进机的截割过程进行分析，搭建断面数据尺寸同作业单位参数之间的数字模型，计算悬臂运行转角的位置和液压缸位置以及截切头坐标三者之间的相关性。

控制软件表现出截割范围，并给监测系统传送相关数据及视频信息，这些视频信息分为截切和运行等情况信息，可实现对掘进机的实时监测，从而满足截切自动成型的要求。结合地质环境特点把智能技术用于设备当中，以达到节约人力和时间的目的。

为使系统进入适合的轨道，选用可视化智能监测系统可缩短设备运转时间，降低能耗。经过比较选用防爆三相电机和变频技术，经过单片机AVP控制整个截切流程，并选用VB6.0程序在Window界面显示。

2 关于掘进机相关智能设计的要求

控制掘进机系统主要由四部分构成：即PLC、电机、回路保护及显示部分。该系统电压是50Hz交流供电电压，能够满足电机进行启停工作及正反转，可以有效保护电机。EBZ160TY型号的掘进机在进行截割、转载和运行等生产操作时都离不开电机的支撑，该电机可充分满足工作需求。

掘进机操作一般流程分为：一是准备阶段，要做好工作场地不相关人员的清除工作；二是启动阶段，当电机被启动后，油泵恒定电压预警引发自动切割后，这时磁阀被启动；三是低速启动和电机高速截割。

控制掘进机软件系统的主要功能包括：一是漏电状况检测，主要负责对油泵及电机截割进行漏电检测，如果发生漏电就会引发报警；二是功能保护，用于防止各电机出现过流和超温、超载等情况。该系统PLC主要负责对油泵和电机切割顺序及高低速电机之间的切割互锁；另外，该系统设有急停按钮，确保发生意外时可以迅速停机，达到保护设备的目的。

3 PLC控制系统的设计

3.1 硬件系统设计

掘进机系统控制硬件由指示各种功能的信号灯、报警用的声音报警、报警用的光报警、按钮、开关等组成，由于西门子CPU226控制器能够进行各种功能扩展，灵活、方便，基本能够实现掘进机的智能化控制，所以，本设计采用西门子PLCS7－200的CPU226控制器作为控制核心。另外，对CPU226进行了功能扩展，增加了数字模块与模拟模块，分别是西门子Em231与Em222。西门子S7－200将与上位机电脑以及HMI触摸屏进行连接，从而达到人机进行交换的最为优秀的应用系统，它降低了操作人员工作难度，HMI触摸屏更加直观、具体地反映掘进机的工作状况，控制更加直观。系统安全监控能够依据采集的现场信息数据进行判断，当出现故障或者危险时，及时发出报警，操作人员根据报警采集的信息能够准确判断出故障部位及故障性质，这样有利于维修人员快速对故障进行维修，从而大大提高了掘进机施工效率。

3.2 抗干扰和安全性设计

由于掘进机施工环境非常复杂，增强、加大掘进机抗干扰及安全性的设计是非常重要的。在掘进机系统控制里，各种开换、继电器、PLC、显示器等电子、电器元件，都安装于掘进机电控柜里，所以，设计的电控柜不仅要达到尺寸要求，在设计的结构上也要满足安全上的需要，必须具备一定的隔爆、防爆的能力。另外设计的电控柜，在开门时保证电路断电确保安全，在设计时安装开门传感器，当开门前由于忘记或者别的原因没有断开控制柜电源，在打开控制柜门时自动断开控制柜电源，当关闭控制柜门时又能自动接通电源，从而保证工作人员的安全。另外，控制柜应设计防震装置，确保系统不会因为振动造成系统控制的误操作。除此之外，掘进机为了能够确保工作时不受干扰，除上述设计采用的电控柜是防震隔爆外，还有掘进机控制核心PLC程序控制器的选用必须也要具有抗电磁功能，其设计选用内容有：设计PLC程序控制器必须采用独立供电电源；PLC程序控制器传输信号的线路不能与动力电源线路一起排列，防止交流频率影响信号参数；PLC硬件控制装置必须安装在金属控制柜内，这样可以屏蔽控制柜以外的电磁信号。

3.3 程序控制设计

工作流程如下：首先要做掘进机工作前的准备，进行自检系统以及相应元件检查，判断其是否存在故障，如果系统元件存在故障，系统将发出故障报警，提醒操作人员处理故障。当自检结果正常时，控制人员将启动掘进机，此时掘进机进入准备工作，如果启动油泵电机，掘进机将进行液压油升压工作，当系统液压稳定后掘进机才能够进行下一步的工作，5s后掘进机进入低速切割程序（启动低速切割电机），再过5s后掘进机进入高速切割程序（启动高速切割电机）。

4 控制系统的维护

4.1 元件、电缆的维护

掘进机系统的控制元件、设备、电线、电缆在井下恶劣的环境中非常容易出现老化破坏，所以必须定期对系统控制进行必要的保养维护，具体工作内容如下：1）检查掘进机电气控制元件，首先检查系统控制的各个熔断器、主接触器、接线是否工作正常。检查系统控制各个功能是否工作正常，检查报警器是否工作正常。最后检查系统控制紧急停止开关是否工作正常。

2）检查电缆情况，对电缆进行测试，测试电缆技术指标是否达到目前工作要求，检查电缆工作现场是否出现漏水、滴水现象，电缆外防护是不是经过长时间工作已经破损，电缆是不是由于接触油类发生老化影响其绝缘性能，电缆外防护铠甲是否能够承受规定冲击力等。

4.2 电机的维护

掘进机设备的电机是保证掘进机能否正常工作的

基础，所以，对掘进机系统控制的电机进行定期保养、维护非常重要，其具体工作内容如下：

1）定期检查设备（电机）工作时的电压是否在规定范围之内，电机工作时的温度是否符合要求。

2）定期检查连接电机装置的稳定性，定期检查电机绝缘性能，定期为电机主轴轴承添加润滑油。

5 结束语

煤矿掘进机所在地质环境非常恶劣，煤矿掘进机必须具备隔爆、防震、耐腐蚀性、耐高温性等功能，电气控制必须能够抗干扰、防电磁污染等，由于环境恶劣，本煤矿掘进机已不适应工作需求。针对井田地质及煤矿工作条件、环境对现有掘进机进行设计改造，控制采用智能化系统，可提高煤矿掘进机在煤炭开采工作中的效率。

参考文献：

[1]王伟.掘进机智能控制系统的设计与维护[J].石化技术,2020,27(08):138+134.

[2]刘乐乐.掘进机智能控制系统的设计与维护[J].江西化工,2020(03):210-212.

[3]张政.掘进机智能控制系统的设计与维护[J].机械管理开发,2020,35(01):216-218.

[4]闫肃.掘进机智能控制系统的设计与维护[J].机械工程与自动化,2019(01):208-209.