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摘 要：该文主要描述掘进机在采煤机械电控领域中的应用，阐述了系统背景、项目需求、解决方案构成等，并给出了系统的计算公式。
关键词：自动修型 新型硬岩掘进机采煤机 电控装置
中图分类号：TD421. 53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（c）-0068-01
1 系统概述
该文涉及掘进机采煤机械电控领域中的一种采用自动修型的硬岩掘进机采煤机电控装置。硬岩掘进机是一种新概念采煤机，较传统的掘进机相比，无论是切割硬度还是掘进速度还是自动成形方面都有了本质变化。控制工艺也非常复杂，这种新工艺的出现解决了普通掘进机采煤速度慢，切割硬度低，需手动修形等。以前在我们普通的掘进机采煤过程中，各家工艺也都基本一样，都是人为手动控制，无自动切割修形。这样就造成了巷道形状不规则、效率低、掘进速度慢。进而我们拓展思维采用了新的控制工艺，改善采煤效率，提高性能参数从而达到开掘巷道和采煤面的掘进工作。因此，研制开发一种采用自动修型的硬岩掘进机采煤机电控装置一直是急待解决的新课题。
2 系统结构及目的
本发明的目的在于提供一种采用自动修型的硬岩掘进机采煤机电控装置，此装置是将电气的模拟量输出信号通过比例放大器输出给电磁阀，再通过位移传感器信号回馈给PLC，从而形成闭环控制。进行巷道断面切割成形时，系统需要采用自动切割程序进行控制，根据切割工艺的要求，整个切割过程对6个切割臂之间的相互配合和动作速度及精度要求极高，一旦出现故障时对整个系统的联锁保护也要求的非常全面和严格。
3 原理概述
（1）一种采用自动修型的硬岩掘进机采煤机电控装置，由隔离开关、真空接触器、阻容吸收器、电流互感器、电压互感器、PLC、PLVC、工控机、隔离安全栅、片式继电器、微型断路器、动力变压器、压力传感器、油温传感器、油位传感器、水流量传感器、甲烷浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、位移传感器、激光测距仪、角度传感器、行走编码器、防爆急停按钮、防爆电铃、防爆机车灯、防爆比例电磁阀、驱动马达、液压传动机构等硬件组成，其特征在于阻容吸收器、电流互感器串在主回路上，驱动电机和真空接触器连接，所有的传感器信号和隔离安全栅连接，此连接目的是达到本安要求。激光全站仪通过航空插头和开关箱连接。
（2）硬岩掘进机采煤机电控装置其特征在于：所述装置的工作原理及操作方法是，两只内切割臂在正视图中呈180 °；两臂张开最大直径5000 mm，每对外切割臂在视图中呈180 °，两对外切割臂夹角为120 °；外切割臂张开最大直径6400 mm，六只切割臂在正视图中的相对角度是固定值，刀盘由液压马达驱动做正反方向旋转运动，切割臂由液压缸驱动，做伸缩运动，得到不同的切割直径，根据用户要求，切割形状分为正方形和马蹄形两种。
（3）硬岩掘进机采煤机电控装置，其特征在于：所述装置的控制系统算法是，控制系统连锁，采矿机机身位置坐标正确，液压系统工作正常，其他必要连锁信号；刀盘旋转速度闭环控制，用编码器检测刀盘旋转速度，通过PID算法控制比例换向阀开度，达到刀盘旋转速度闭环控制；
由上述可以知道，推进距离l与切割半径r是一个非线性关系，可以逐次线性化来近似，获取一个切割半径序列和一个推进距离序列的一一对应关系，控制程序走完整个序列，即完成相应的挖掘断面成形控制；
（1）切割成型算法：根据实际切割形状和尺寸，按照切割工艺过程，在刀盘旋转过程中，由上面算法实时计算和调整切割臂液压缸伸缩位移，从而拟合给定切割断面形状；
（2）智能切割算法：切割工艺过程优化，刀具磨损自动补偿（需加刀具检测），修型切割臂自动轮换算法，切割进给自适应算法。
其工作原理及操作方法是：通过一次变压器送电到开关箱再由开关箱内变压器变成相应的电压等级，箱内电压等级主要有3300、1140和380驱动电压组成。开关箱送电后系统先自检测比如甲烷浓度、一氧化碳浓度、驱动电机是否漏电、通讯是否正常、油温油位是否正常等等。开关箱供电后通过激光全站仪、位移传感器、行走编码器等采集的数据反馈到PLC，由PLC计算出相应的模拟量输出在由PLVC信号放大，驱动电磁比例阀驱动相应的液压马达和相应的液压缸伸出或缩回，再由液压缸内的位移传感器和角度传感器来判断六个截割臂是否行走到预定角度位置，从而形成闭环控制系统，经过反复修型达到预定的修型画面。
采用自动修型的新型硬岩掘进机采煤机电控装置与现有技术相比，具有将电气的模拟量输出信号通过比例放大器输出给电磁阀，再通过位移传感器信号回馈给PLC，从而形成闭环控制。进行巷道断面切割成形时，系统需要采用自动切割程序进行控制，根据切割工艺的要求，整个切割过程对6个切割臂之间的相互配合和动作速度及精度要求极高，一旦出现故障时对整个系统的联锁保护也要求的非常全面和严格等优点，将广泛的应用于掘进机采煤机械电控领域中。
参考文献
[1] 金江.我国煤矿掘进机电气控制的发展趋势[C]//2007短臂机械化开采专业委员会学术研讨会论文集.2007.
[2] 黎波.螺旋式微型隧道掘进机控制系统的设计[D].北京：华北电力大学，2005.
[3] 陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京：化学工业出版社，2011.
关键词：自动修型 新型硬岩掘进机采煤机 电控装置
中图分类号：TD421. 53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（c）-0068-01
1 系统概述
该文涉及掘进机采煤机械电控领域中的一种采用自动修型的硬岩掘进机采煤机电控装置。硬岩掘进机是一种新概念采煤机，较传统的掘进机相比，无论是切割硬度还是掘进速度还是自动成形方面都有了本质变化。控制工艺也非常复杂，这种新工艺的出现解决了普通掘进机采煤速度慢，切割硬度低，需手动修形等。以前在我们普通的掘进机采煤过程中，各家工艺也都基本一样，都是人为手动控制，无自动切割修形。这样就造成了巷道形状不规则、效率低、掘进速度慢。进而我们拓展思维采用了新的控制工艺，改善采煤效率，提高性能参数从而达到开掘巷道和采煤面的掘进工作。因此，研制开发一种采用自动修型的硬岩掘进机采煤机电控装置一直是急待解决的新课题。
2 系统结构及目的
本发明的目的在于提供一种采用自动修型的硬岩掘进机采煤机电控装置，此装置是将电气的模拟量输出信号通过比例放大器输出给电磁阀，再通过位移传感器信号回馈给PLC，从而形成闭环控制。进行巷道断面切割成形时，系统需要采用自动切割程序进行控制，根据切割工艺的要求，整个切割过程对6个切割臂之间的相互配合和动作速度及精度要求极高，一旦出现故障时对整个系统的联锁保护也要求的非常全面和严格。
3 原理概述
（1）一种采用自动修型的硬岩掘进机采煤机电控装置，由隔离开关、真空接触器、阻容吸收器、电流互感器、电压互感器、PLC、PLVC、工控机、隔离安全栅、片式继电器、微型断路器、动力变压器、压力传感器、油温传感器、油位传感器、水流量传感器、甲烷浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、位移传感器、激光测距仪、角度传感器、行走编码器、防爆急停按钮、防爆电铃、防爆机车灯、防爆比例电磁阀、驱动马达、液压传动机构等硬件组成，其特征在于阻容吸收器、电流互感器串在主回路上，驱动电机和真空接触器连接，所有的传感器信号和隔离安全栅连接，此连接目的是达到本安要求。激光全站仪通过航空插头和开关箱连接。
（2）硬岩掘进机采煤机电控装置其特征在于：所述装置的工作原理及操作方法是，两只内切割臂在正视图中呈180 °；两臂张开最大直径5000 mm，每对外切割臂在视图中呈180 °，两对外切割臂夹角为120 °；外切割臂张开最大直径6400 mm，六只切割臂在正视图中的相对角度是固定值，刀盘由液压马达驱动做正反方向旋转运动，切割臂由液压缸驱动，做伸缩运动，得到不同的切割直径，根据用户要求，切割形状分为正方形和马蹄形两种。
（3）硬岩掘进机采煤机电控装置，其特征在于：所述装置的控制系统算法是，控制系统连锁，采矿机机身位置坐标正确，液压系统工作正常，其他必要连锁信号；刀盘旋转速度闭环控制，用编码器检测刀盘旋转速度，通过PID算法控制比例换向阀开度，达到刀盘旋转速度闭环控制；
由上述可以知道，推进距离l与切割半径r是一个非线性关系，可以逐次线性化来近似，获取一个切割半径序列和一个推进距离序列的一一对应关系，控制程序走完整个序列，即完成相应的挖掘断面成形控制；
（1）切割成型算法：根据实际切割形状和尺寸，按照切割工艺过程，在刀盘旋转过程中，由上面算法实时计算和调整切割臂液压缸伸缩位移，从而拟合给定切割断面形状；
（2）智能切割算法：切割工艺过程优化，刀具磨损自动补偿（需加刀具检测），修型切割臂自动轮换算法，切割进给自适应算法。
其工作原理及操作方法是：通过一次变压器送电到开关箱再由开关箱内变压器变成相应的电压等级，箱内电压等级主要有3300、1140和380驱动电压组成。开关箱送电后系统先自检测比如甲烷浓度、一氧化碳浓度、驱动电机是否漏电、通讯是否正常、油温油位是否正常等等。开关箱供电后通过激光全站仪、位移传感器、行走编码器等采集的数据反馈到PLC，由PLC计算出相应的模拟量输出在由PLVC信号放大，驱动电磁比例阀驱动相应的液压马达和相应的液压缸伸出或缩回，再由液压缸内的位移传感器和角度传感器来判断六个截割臂是否行走到预定角度位置，从而形成闭环控制系统，经过反复修型达到预定的修型画面。
采用自动修型的新型硬岩掘进机采煤机电控装置与现有技术相比，具有将电气的模拟量输出信号通过比例放大器输出给电磁阀，再通过位移传感器信号回馈给PLC，从而形成闭环控制。进行巷道断面切割成形时，系统需要采用自动切割程序进行控制，根据切割工艺的要求，整个切割过程对6个切割臂之间的相互配合和动作速度及精度要求极高，一旦出现故障时对整个系统的联锁保护也要求的非常全面和严格等优点，将广泛的应用于掘进机采煤机械电控领域中。
参考文献
[1] 金江.我国煤矿掘进机电气控制的发展趋势[C]//2007短臂机械化开采专业委员会学术研讨会论文集.2007.
[2] 黎波.螺旋式微型隧道掘进机控制系统的设计[D].北京：华北电力大学，2005.
[3] 陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京：化学工业出版社，2011.