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摘 要：由于PLC技术的控制能力优良，能够显著适应采煤机的控制要，提供安全稳定的技术控制，确保对采煤机控制的精准化。基于此，本文设计一套完整的采煤机的自动调高控制系统，并对PLC技术在采煤机控制系统中的应用进行重点分析，通过实验平台对控制效果加以印证。具体内容包括采煤机系统自动调高设计、PLC控制系统及监控设计等。
关键词：PLC采煤机；调高；控制；系统
中图分类号：TD632.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0244-02
引 言
作为我国重要资源之一的煤炭，在开采过程中离不开对采煤机的连续使用。采煤机的运行效率与煤矿开采的效息息相关。在连续使用采煤机的过程中，如何通过自动调节控制系统提高采煤机的工作效率已成为值得关注的问题。为确保采煤机的安全有效运行，增强采煤机的工作效率，最大化地使采煤机的运行环境得到优化从而降低开采难度，针对这一问题，学者和科研人员进行了广泛研究，提出了基于PID开关阀控液压缸的采煤机滚筒自动调高控制系统、基于记忆切割的采煤机自动调高预见控制系统等方式，这些方法实现起来比较复杂且具有相对滞后性。在前人研究的基础上，本文研究了基于PLC的采煤机自动调高控制系统，该方法易于操作且具有相当稳定性，应经在实践中得到了验证。
1 采煤机自动调高系统设计
采煤机在实际生产过程中，一般需要借助于滚简切割煤壁对煤矿井下的煤炭实施开采。如此一来，要想实现采煤的高产、高效，就要实现对采煤机滚简自动调高的有效控制，以免由于手动操作的精准性问题从而引发筒损坏以和相关的资源浪费等问题。对于采煤机滚简自动调高控制实际上就是控制相应的液压伺服系统，使之适应采煤机的机械结构与液压调高系统。要求相互啮合的齿轮可以通过接触和弯曲强度校核计算，合理选用轴及轴承且轴及轴承通过寿命测试、合理选择内花键和外花键并通过强度测试、具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑等特性，液压部分为控制采煤机滚筒的自动调高系统。
该系统的实验研究是在国家某科研院所实验室进行的，通过液压传动实验台对系统开展软硬件联合模拟实验。通常情况下该实验的加载模式可以为手动模式，也可以为自动模式，通过手动模式和自动模式的联合使用，得出液压缸特性参数，而本文主要采取自动控制模式进行试验，指标的选择符合研究目的的要求。该系统的基本原理为，在往复运动的液压系统回路控制中，由系统配电柜向变频器及相应系统进行供电，电机运转依靠变频器带动，主泵转动则依靠电机带动，实现对液压系统的整体性供油。利用对比例先导减压阀的控制，并在电压调整的影响下，实现对液控换向阀的控制，形成对其的换向动作，当换向阀在左位工作时液压油可经由液控换向阀，并进入到测试油缸的无杆腔。此过程中，在液压油的影响下，测试油会向左偏移。在试验台的双向加载回路中，事先为液压压力控制阀（溢流阀）设计一个压力值范围，对由電磁铁直接产生推力直动式比例溢流阀的输入信号予以控制，控制油压在油缸内活塞两端的压力不平衡从而实现对液压缸的模拟加载。因为加载油缸右段位于承受系统高压的高压腔，故通过适当的控制措施即可使液压油经单向阀组再次返回油箱内。在液压系统补油回路内，通过适当的控制措施使液压油经减压阀，通过单向阀组进入加载油缸左端，也就是加载油缸低压腔位置，实现对系统油量的补足。液控方向阀在右侧时，系统的正常运行回路和补油回路与上文基本一致，仅是方向相反，形成一闭合回路。
实验平台中设有位移传感器、压力传感器等设备，通过各个实验步骤，会采集到一些系统运行的各种时时数据，且把数据上载至上位机进行显示并将数据采取不同的存储方式分别存储，以利于后续进行数据汇总分析。
合理设计实验流程以及具体的实验细节，通过实验室平台实现对采煤机调高系统的自动控制，本系统的基本功能主要包括：①完成仿真系统模拟，实战性较强。本实验平可以实现比例溢流阀流量加载，按照例溢流阀输入信号实现对溢流压力的整定，能快速控制并反应实时的油压值，从实现对加载力值的有效、迅速调节。②实验平台可实现自动控制移位进给。对先导式可调式减压阀予以调节，并设定减压阀的压力梯度来保证顺利操作，实现对液控方向阀的闭合操作。③实验平台有相对完备、有效的信息收集功能。结合对位移传感器、压力传感器等设备实时运行数据的检测、加载油缸及测试油缸运动方向和压力变化状况等相应信息上传至上位机，实现数据汇总、分析、存储等。④实验平台采用变频装置。当需要对调节液压缸位置进行调整时，可采取调整变频器出频率值的方式来对电机转动速度予以调节，从而使系统流量得到控制，实现调节位置的功能。
2 PLC控制系统及监控设计
2.1 PLC系统设计
PLC控制系统的设计一般是通过对采煤机电气控制装置的选型设计、及安装调试以及对PLC控制流程进行必要、科学设计，达到采煤机的自动调高目的。针对电气控制装置的选型设计一般是指对变频器及各类传感器的选型。
选用ABB公司ACS800系列的ACS800-01-0070-3+P901型变频器，输入额定电压380V，频率调节在0～50Hz之间，配套功率电机额定功率为55kW，它的控制率最高为97%位移传感器选择磁致仲缩线性位移传感器，其型号为KYDM-LP1A4210-GB1200M1HB-WO，量程为0～1200mm，测量精度高达±0.01；压力传感器选择目前常见的且带有压力表盘的压力传感器，其型号CYG1103型，压力量程为0～40MPa，测量精度为±0.25%，符合要求。
PLC技术在采煤机控制系统中的功能主要包括：①检测电源、发布启动命令，各类传感器收集到实时信号后，促进采煤机的指定动作。②利用变频器实现变频调速，完成采煤机的自动调速过程。在这个过程中，PLC可以对电机转速进行主动检测，并依据电流状态分析出电动机的实际运行速度。③自动、有效检测电机的运行工况，尤其是绝缘安全状态。如果电机有绝缘风险，就会发出警报。PLC通过对电流信号（4～20m）或电压信号（0-5VDC或者0-10VDC）的A/D转换，实现对应数值在上位机的存储与显示。由此可见，对变频器的频率的控制、对比例先导减压阀的控制，数据的存储与显示等都需要PLC的参与，可以认为PLC在控制系统中起到中枢神经的作用。
2.2 软件系统设计
软件设计应遵循功能需求，以采煤机的自动调高为软件控制的目的。设计的软件系统应事先采煤机控制系统在启动变频器后可以依据指令进行检测，实现对应的控制操作过程，从而精准调节电机运行，实现速度加快、速度放慢等各项操作。通过PLC技术的软件还可实现对采煤机内部程序的控制，自动控制电机转动速度，如发现采煤机截割电机电流超限后，机会发出警报，从而降低电机速度，避免过载风险。
2.3 监控系统设计
自动调高监控系统可分为设备层、控制层和信息层三层。监控层主要是指组态画面，控制层包括PLC、开关量模块D/A、A/D等，设备层包括电机、温度传感器、压力传感器和位移传感器、液压缸等。其各要次系统结构如图1所示。
3 结 语
本文针对采煤机的自动调高控制系统，借助实验平台进行了模拟操作，对PLC技术的控制方式和实现技术进行了系统分析，试验得到了预期效果，对相关同类工程可以起到借鉴作用，可以为进一步提升采煤机控制的效率和准确性提供理论参考和实践指导。
参考文献
[1]苏秀平.采煤机自动调高控制及其关键技术研究[D].北京：中国矿业大学，2013.
[2]创高永新，张新鑫.采煤机自动调高控制系统设计[J].测控技术，2016，35：57～60.
[3]丁文凯.基于PLC的采煤机自动调高控制系统研究[J].机械管理开发，2015（04）.
收稿日期：2018-7-20
作者简介：赵 勇（1982-），男，陕西宜君人，工程师，硕士，主要从事电气技术工作。
姚 稳（1967-），男，山西稷山人，工程师，大专，主要从事电气技术工作。
关键词：PLC采煤机；调高；控制；系统
中图分类号：TD632.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0244-02
引 言
作为我国重要资源之一的煤炭，在开采过程中离不开对采煤机的连续使用。采煤机的运行效率与煤矿开采的效息息相关。在连续使用采煤机的过程中，如何通过自动调节控制系统提高采煤机的工作效率已成为值得关注的问题。为确保采煤机的安全有效运行，增强采煤机的工作效率，最大化地使采煤机的运行环境得到优化从而降低开采难度，针对这一问题，学者和科研人员进行了广泛研究，提出了基于PID开关阀控液压缸的采煤机滚筒自动调高控制系统、基于记忆切割的采煤机自动调高预见控制系统等方式，这些方法实现起来比较复杂且具有相对滞后性。在前人研究的基础上，本文研究了基于PLC的采煤机自动调高控制系统，该方法易于操作且具有相当稳定性，应经在实践中得到了验证。
1 采煤机自动调高系统设计
采煤机在实际生产过程中，一般需要借助于滚简切割煤壁对煤矿井下的煤炭实施开采。如此一来，要想实现采煤的高产、高效，就要实现对采煤机滚简自动调高的有效控制，以免由于手动操作的精准性问题从而引发筒损坏以和相关的资源浪费等问题。对于采煤机滚简自动调高控制实际上就是控制相应的液压伺服系统，使之适应采煤机的机械结构与液压调高系统。要求相互啮合的齿轮可以通过接触和弯曲强度校核计算，合理选用轴及轴承且轴及轴承通过寿命测试、合理选择内花键和外花键并通过强度测试、具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑等特性，液压部分为控制采煤机滚筒的自动调高系统。
该系统的实验研究是在国家某科研院所实验室进行的，通过液压传动实验台对系统开展软硬件联合模拟实验。通常情况下该实验的加载模式可以为手动模式，也可以为自动模式，通过手动模式和自动模式的联合使用，得出液压缸特性参数，而本文主要采取自动控制模式进行试验，指标的选择符合研究目的的要求。该系统的基本原理为，在往复运动的液压系统回路控制中，由系统配电柜向变频器及相应系统进行供电，电机运转依靠变频器带动，主泵转动则依靠电机带动，实现对液压系统的整体性供油。利用对比例先导减压阀的控制，并在电压调整的影响下，实现对液控换向阀的控制，形成对其的换向动作，当换向阀在左位工作时液压油可经由液控换向阀，并进入到测试油缸的无杆腔。此过程中，在液压油的影响下，测试油会向左偏移。在试验台的双向加载回路中，事先为液压压力控制阀（溢流阀）设计一个压力值范围，对由電磁铁直接产生推力直动式比例溢流阀的输入信号予以控制，控制油压在油缸内活塞两端的压力不平衡从而实现对液压缸的模拟加载。因为加载油缸右段位于承受系统高压的高压腔，故通过适当的控制措施即可使液压油经单向阀组再次返回油箱内。在液压系统补油回路内，通过适当的控制措施使液压油经减压阀，通过单向阀组进入加载油缸左端，也就是加载油缸低压腔位置，实现对系统油量的补足。液控方向阀在右侧时，系统的正常运行回路和补油回路与上文基本一致，仅是方向相反，形成一闭合回路。
实验平台中设有位移传感器、压力传感器等设备，通过各个实验步骤，会采集到一些系统运行的各种时时数据，且把数据上载至上位机进行显示并将数据采取不同的存储方式分别存储，以利于后续进行数据汇总分析。
合理设计实验流程以及具体的实验细节，通过实验室平台实现对采煤机调高系统的自动控制，本系统的基本功能主要包括：①完成仿真系统模拟，实战性较强。本实验平可以实现比例溢流阀流量加载，按照例溢流阀输入信号实现对溢流压力的整定，能快速控制并反应实时的油压值，从实现对加载力值的有效、迅速调节。②实验平台可实现自动控制移位进给。对先导式可调式减压阀予以调节，并设定减压阀的压力梯度来保证顺利操作，实现对液控方向阀的闭合操作。③实验平台有相对完备、有效的信息收集功能。结合对位移传感器、压力传感器等设备实时运行数据的检测、加载油缸及测试油缸运动方向和压力变化状况等相应信息上传至上位机，实现数据汇总、分析、存储等。④实验平台采用变频装置。当需要对调节液压缸位置进行调整时，可采取调整变频器出频率值的方式来对电机转动速度予以调节，从而使系统流量得到控制，实现调节位置的功能。
2 PLC控制系统及监控设计
2.1 PLC系统设计
PLC控制系统的设计一般是通过对采煤机电气控制装置的选型设计、及安装调试以及对PLC控制流程进行必要、科学设计，达到采煤机的自动调高目的。针对电气控制装置的选型设计一般是指对变频器及各类传感器的选型。
选用ABB公司ACS800系列的ACS800-01-0070-3+P901型变频器，输入额定电压380V，频率调节在0～50Hz之间，配套功率电机额定功率为55kW，它的控制率最高为97%位移传感器选择磁致仲缩线性位移传感器，其型号为KYDM-LP1A4210-GB1200M1HB-WO，量程为0～1200mm，测量精度高达±0.01；压力传感器选择目前常见的且带有压力表盘的压力传感器，其型号CYG1103型，压力量程为0～40MPa，测量精度为±0.25%，符合要求。
PLC技术在采煤机控制系统中的功能主要包括：①检测电源、发布启动命令，各类传感器收集到实时信号后，促进采煤机的指定动作。②利用变频器实现变频调速，完成采煤机的自动调速过程。在这个过程中，PLC可以对电机转速进行主动检测，并依据电流状态分析出电动机的实际运行速度。③自动、有效检测电机的运行工况，尤其是绝缘安全状态。如果电机有绝缘风险，就会发出警报。PLC通过对电流信号（4～20m）或电压信号（0-5VDC或者0-10VDC）的A/D转换，实现对应数值在上位机的存储与显示。由此可见，对变频器的频率的控制、对比例先导减压阀的控制，数据的存储与显示等都需要PLC的参与，可以认为PLC在控制系统中起到中枢神经的作用。
2.2 软件系统设计
软件设计应遵循功能需求，以采煤机的自动调高为软件控制的目的。设计的软件系统应事先采煤机控制系统在启动变频器后可以依据指令进行检测，实现对应的控制操作过程，从而精准调节电机运行，实现速度加快、速度放慢等各项操作。通过PLC技术的软件还可实现对采煤机内部程序的控制，自动控制电机转动速度，如发现采煤机截割电机电流超限后，机会发出警报，从而降低电机速度，避免过载风险。
2.3 监控系统设计
自动调高监控系统可分为设备层、控制层和信息层三层。监控层主要是指组态画面，控制层包括PLC、开关量模块D/A、A/D等，设备层包括电机、温度传感器、压力传感器和位移传感器、液压缸等。其各要次系统结构如图1所示。
3 结 语
本文针对采煤机的自动调高控制系统，借助实验平台进行了模拟操作，对PLC技术的控制方式和实现技术进行了系统分析，试验得到了预期效果，对相关同类工程可以起到借鉴作用，可以为进一步提升采煤机控制的效率和准确性提供理论参考和实践指导。
参考文献
[1]苏秀平.采煤机自动调高控制及其关键技术研究[D].北京：中国矿业大学，2013.
[2]创高永新，张新鑫.采煤机自动调高控制系统设计[J].测控技术，2016，35：57～60.
[3]丁文凯.基于PLC的采煤机自动调高控制系统研究[J].机械管理开发，2015（04）.
收稿日期：2018-7-20
作者简介：赵 勇（1982-），男，陕西宜君人，工程师，硕士，主要从事电气技术工作。
姚 稳（1967-），男，山西稷山人，工程师，大专，主要从事电气技术工作。