【正文】 首先，滾筒式采煤機(jī)（刨煤機(jī)）在工作面的刮板上行走，同時(shí)滾筒伸入煤壁里旋轉(zhuǎn)，把煤剝落下來。之后，刮板輸送機(jī)把煤沿著工作面輸送到工作面端頭的轉(zhuǎn)載機(jī)上，再經(jīng)破碎機(jī)破碎后運(yùn)到皮帶運(yùn)輸機(jī)上，運(yùn)出礦井。 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 2 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)概述 可編程控制器技術(shù)的發(fā)展 隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。 當(dāng)今社會(huì)工業(yè)領(lǐng)域謀求迅速發(fā)展，希望在產(chǎn)品生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)等方面實(shí)現(xiàn)多批量、低成本、高效率、高質(zhì)量等的自動(dòng)化控制?？删幊炭刂破鳎?PLC）正是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。它已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域里得到了充分應(yīng)用?？?以說， PLC 正在機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)過程等的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中扮演著重要角色。 因此，世界各國(guó)都在不斷探究先進(jìn)的控制方法。綜采工作面高產(chǎn)高效紀(jì)錄不斷刷新，綜采裝備新技術(shù)層出不窮。工作面平均長(zhǎng)度 240 m，最大長(zhǎng)度 335m。沙莫羅克公司 (SHAMR0CK)的被克佛克礦在 123 個(gè)小班中產(chǎn)煤 166 萬 t，相當(dāng)于月產(chǎn) 83 萬 t。美國(guó) 2020 年共有 180 個(gè)長(zhǎng)壁工作面，其中有 158 個(gè)工作面是電液控制的工作 面，占 ％ ，使用兩柱掩護(hù)式支架 143 套，四柱支撐掩護(hù)式支架27 套，兩柱掩護(hù)式支架占 95％ ，支架工作阻力大部分在 7000— 8000 kN，最大的兩柱掩護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 式支架工作阻力達(dá)到 9800kN。先進(jìn)的采煤裝備使美國(guó)跨入世界上綜采技術(shù)裝備最先進(jìn)的國(guó)家行列，其不斷刷新高產(chǎn)高效工作面的紀(jì)錄。 近年來，由于國(guó)際采礦業(yè)市場(chǎng)的不景氣和激烈競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致各公司的相互兼并，形成幾個(gè)大跨國(guó)公司，其采煤裝備水平也在不斷進(jìn)步。進(jìn)入 80 年代 ,開始采用機(jī)械化綜采設(shè)備，大大提高了生產(chǎn)效率。 而在近 年來，我國(guó)的綜采自動(dòng)化技術(shù)也取得的較大發(fā)展，由于 PLC 技術(shù)的快速發(fā)展，使得我國(guó)煤炭開采也走上了自動(dòng)化、電氣化道路。另外，具有記憶功能、能夠在工作面實(shí)現(xiàn)“記憶仿形切割”及“視頻監(jiān)測(cè)”的智能型采煤機(jī)也取得突破，其與電液控制液壓支架組成的自動(dòng)化綜采工作面成為現(xiàn)實(shí)，利用國(guó)產(chǎn)滾筒采煤機(jī)組成成套自動(dòng)化綜采裝備的條件已經(jīng)逐步成熟。自動(dòng)化工作面的應(yīng)用有利于提高工程質(zhì)量、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度；發(fā)揮了先進(jìn)設(shè)備的效能，提高了綜采工作面的科技水平；為我國(guó)綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用積累了成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此， 如何利用先進(jìn)的控制手段實(shí)現(xiàn)采煤工作面設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制運(yùn)行就顯得尤為關(guān)鍵，綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)系統(tǒng) PLC 控制是依據(jù)當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域十分熱門，同時(shí)應(yīng)用也較為廣泛的可編程控制器技術(shù) 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 研究而成，與傳統(tǒng)的采煤工藝相比，它的優(yōu)勢(shì)更加明顯，也更容易達(dá)到 礦井的高產(chǎn)高效的目的。因?yàn)槊旱V是 支柱產(chǎn)業(yè) ， 是能源的命脈。 與以往的工藝相比， 它主要有以下優(yōu)勢(shì)： 1） 可實(shí)現(xiàn)回采工作面設(shè)備的遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)； 2） 跟機(jī)作業(yè) (采煤機(jī) )自動(dòng)化功能； 3） 通過 PLC 程序可實(shí)現(xiàn)主體設(shè)備與配套設(shè)備的聯(lián)合閉鎖； 4） 既可實(shí)現(xiàn)設(shè)備單一控制，又可進(jìn)行工作面設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)最直接的意義在于完全實(shí)現(xiàn)了 煤炭生產(chǎn)過程中的 割 煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、處理采空區(qū)等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié) 的順序控制 ，減少了中間人力參與的環(huán)節(jié)，提高了勞動(dòng)效率。 在很大程度上 提高 了 綜采工作面生產(chǎn)能力 ， 提高 了 綜采設(shè)備及礦 井生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性， 同時(shí) 減少 了 工作面輔助工序的影響時(shí)間 。這將是我國(guó)井下采煤發(fā)展的趨勢(shì)。 主要設(shè)計(jì)過程如下： 1）對(duì)綜采（綜合機(jī)械化采煤）方面的資料進(jìn)行搜集，主要是工作面的主要設(shè)備以及采煤工作面設(shè)備工作順序的介紹。 3）完成綜采設(shè)備的 PLC 單獨(dú)控制設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 4）完成對(duì)設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)原則 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循如下原則 [3]： (1)先進(jìn)性 采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，確保改造后系統(tǒng)的功能、性能優(yōu)質(zhì)。 (2)穩(wěn)定性 對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的可靠性是采煤流程能否高產(chǎn)、高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在，因此在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性。二是在保證系統(tǒng)功能的前提下，充分利用現(xiàn)有設(shè)施和資源。 (5)經(jīng)濟(jì)性 在一定的資金資源下，盡量有效地利用，以適當(dāng)?shù)耐度?，建立一個(gè) 盡可能 完善、低成本的控制 系統(tǒng)。 P L C采 煤 機(jī) 繼 電 器刮 板 機(jī) 繼 電 器轉(zhuǎn) 載 機(jī) 繼 電 器破 碎 機(jī) 繼 電 器皮 帶 機(jī) 繼 電 器液 壓 支 架 電 磁 閥工 作 面 通 信 裝 置人 機(jī) 控 制 界 面綜 采 設(shè) 備 動(dòng) 作 開 關(guān)溫 度 傳 感 器電 流 傳 感 器 圖 31 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)總體框圖 Mining equipment block diagram of the control system linkage 聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的控制功能 通過 PLC主控臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工作面設(shè)備的集中控制。聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)工作面生產(chǎn)設(shè)備的控制功能有： a 單設(shè)備啟停功能，包括采煤機(jī)、液壓支架、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備的單一控制。 c 順 煤流停止功能，停止順序：采煤機(jī) 刮板機(jī) 轉(zhuǎn)載機(jī) 破碎機(jī) 皮帶運(yùn)輸機(jī)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 控制方式有三種： 1）集中自動(dòng)控制方式， PLC 自動(dòng)完成逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止過程，設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況，控制設(shè)備的運(yùn)行快慢等。 3）設(shè)備獨(dú)立控制方式，在控制室實(shí)現(xiàn)單一設(shè)備 的起、停機(jī)，并具有聯(lián)鎖、解鎖功能。設(shè)備開、停機(jī)后，原則上為按逆煤流方向相互閉鎖。停機(jī)時(shí)設(shè)備沿順煤流方向單獨(dú)停機(jī)，即從各設(shè)備停止給料后，按本設(shè)備正常處理能力及允許的存料條件及時(shí)停機(jī)，以減少設(shè)備開、停機(jī)時(shí)的空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。 聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)控制下綜采設(shè)備工作原理分析 根據(jù)上述工作過程及其控制控 制功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元如下： 皮 帶 運(yùn) 輸 機(jī) P L C 控 制 器P L C 控 制 臺(tái)工 作 面 三 機(jī) P L C刮 板 機(jī)破碎機(jī)轉(zhuǎn)載機(jī)三 機(jī) 人 機(jī) 界 面主 機(jī)采 煤 機(jī) 主 機(jī) 圖 32 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Mining equipment linkage control system structure 采煤機(jī)機(jī)身的主機(jī)具有記憶功能，在工作面條件較好的情況下，可以自動(dòng)重復(fù)上次割煤過程。通過上述的控制方法就可以實(shí)現(xiàn)綜采工作面設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制。為了很好的解決上述兩個(gè)難題，保障綜采工作面生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性、安全性，從而提高綜采工作面的生產(chǎn)效率，就需要利用國(guó)際先進(jìn)的控制技術(shù)探索出一種新型通訊控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)應(yīng)該具有工 作面通訊和集中控制功能，其裝配的電流檢測(cè)報(bào)警裝置，能夠?qū)ぷ髅嬖O(shè)備的電流隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警。 采 煤 機(jī) 主機(jī)工 作 面 語 音 通 信 系 統(tǒng)以 太 網(wǎng) 通信 模 塊地 面 系 統(tǒng) 集 成膠 帶 控 制器聯(lián) 立開 關(guān)帶 式輸 送機(jī) 機(jī)頭順 槽 控 制臺(tái)1 號(hào)電 液 主 機(jī)以 太 網(wǎng) 通 信 模 塊通 信 模 塊 通 信 模 塊膠 帶 系 統(tǒng)三 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) P L C泵 站 控 制 系 統(tǒng)P L C電 液 控制 系 統(tǒng)2 號(hào) 3 號(hào)負(fù) 荷 中 心采 煤 機(jī) 通 信 系統(tǒng)集 成 系 統(tǒng)主 機(jī) 圖 33 綜采工作面通信控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Communication Control System fully mechanized coal face 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 通訊系統(tǒng)工作原理 通訊控制系統(tǒng)的核心是控制器，而控制板又是控制器的核心部分。 電話是由語 言處理模塊和閉鎖電路板及礦用拉力電纜接插件來完成通話及閉鎖功能的，系統(tǒng)在控制繼電器的回路中加入強(qiáng)制閉鎖電路，如圖 34 所示。 JS T O PR 2 2R 2 1R 7C 1 0C 8D 3 3D 3 4M 2M 1+ 1 2 V 圖 34 通信系統(tǒng)語言閉鎖控制繼電器原理圖 Language lock control relay munication system schematic 從原理圖中可知，要保證繼電器運(yùn)行，首先 D*點(diǎn)閉合，同時(shí) M M2導(dǎo)通。 通訊控制系統(tǒng)功能 綜采工作面通訊控制系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)流程中主要完成以下幾個(gè)功能： （ 1）實(shí)現(xiàn)從刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾經(jīng)工作面到運(yùn)輸巷道的電氣列車沿線的通話、聯(lián)系。 （ 3）系統(tǒng)沿線上的每一臺(tái)擴(kuò)音電話，用于沿線緊急停車閉鎖控制。由主控制器根據(jù)不同的信號(hào)在系 統(tǒng)沿線上進(jìn)行語言報(bào)警。除此之外，還包括 1 臺(tái) TK150 型電話終端、 1 臺(tái) TJ100 型終端檢測(cè)裝置、 5~10 臺(tái) TK130型防爆擴(kuò)音電話和 5~10 盞工作面照明支架燈 (支架燈內(nèi)含閉鎖開關(guān)和打點(diǎn)按鈕 )，防爆擴(kuò)音電話及電話終端之間用 2 芯礦用拉力電纜連接，支架燈及終端檢測(cè)之間用 7 芯電纜連接，綜合控制箱輸出控制采用 5 芯電纜分別與轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸機(jī)及破碎機(jī)的控制回路連接。遇有緊急情況時(shí)，工作面人員可就近按動(dòng)支架燈上的閉鎖開關(guān)，通過綜合控制箱及時(shí)關(guān)停轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和運(yùn)輸機(jī)，并在面板 LED 數(shù)碼管上顯示閉鎖的具體位置，指示相關(guān)人員及時(shí)處理情況和解決問題。系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 載機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備進(jìn)行集中程序化控制，啟動(dòng)時(shí)聲光預(yù)警，擴(kuò)音電話發(fā)出5 s 洪亮的“嘟”預(yù)警聲，支架燈同時(shí)閃爍，提醒工作面相關(guān)人員注意安全，預(yù)警結(jié)束后，順序啟動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)和膠帶運(yùn)輸機(jī)。 多功能電話皮帶電源控制器開關(guān)電流檢測(cè)報(bào)警裝置工 作 面礦 用 拉 力 電 纜電 話 終 端帶閉鎖擴(kuò)音電話回風(fēng)巷 圖 36 綜采工作面通訊系統(tǒng)配置圖 Fully mechanized coal face munication system configuration diagram 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 4 綜采工作面設(shè)備的 PLC 單獨(dú)控制設(shè)計(jì) 綜采設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤生產(chǎn)線的聯(lián)控和單控，即不僅僅能夠利用 PLC 進(jìn)行綜采工作面設(shè)備的聯(lián)動(dòng)順序控制，同時(shí)也能夠完成單一設(shè)備的 PLC 控制功能。 采煤機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng) 采煤機(jī)介紹 采煤機(jī) 以旋轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)破煤，并將其裝入輸送機(jī)或其他運(yùn)輸設(shè)備的采煤機(jī)械 ，是 實(shí)現(xiàn)煤礦 生產(chǎn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要設(shè)備之一 ， 是一個(gè)集機(jī)械、電氣和 液壓 為一體的大型復(fù)雜系統(tǒng) ， 工作環(huán)境惡劣 。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展 ， 采煤機(jī)的功能越來越多 ， 其自身的結(jié)構(gòu)、組成 也越加 復(fù)雜 。其中牽引機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著移動(dòng)采煤機(jī)并進(jìn)行調(diào)整與保護(hù)的任務(wù)。底托架是支撐采煤機(jī)整個(gè)機(jī)體的一個(gè)整體；冷卻噴霧裝置的冷卻系統(tǒng)用于冷卻電動(dòng)機(jī)、截割部、液壓牽引部等。截割部安裝在主機(jī)架兩端，由搖臂和截割滾筒組成，搖臂將動(dòng)力傳遞給截割滾筒，驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的落煤和裝煤。本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)采用西門子 S7300 系列可編程控制器完成。 可編程控制器把來自按鈕板、監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)的操作信號(hào)和來自監(jiān)控系統(tǒng)的故障信號(hào)給控制中心，控制中心自動(dòng)根據(jù)各邏輯關(guān)系輸出控制信號(hào)分別送給變頻系統(tǒng)完成牽引電機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 變頻調(diào)速、送給泵站系統(tǒng)控制搖臂升降，送給按鈕板參加各種控制。其中電機(jī)、變壓器、變頻器等各種保護(hù)和監(jiān)測(cè)信號(hào)，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換板送給監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心把信號(hào)和數(shù)據(jù)處理分類后一方面送給顯示屏進(jìn)行狀態(tài)指示；另一方面?zhèn)魉徒o控制中心參與過程控制。同時(shí)檢測(cè)中心把采煤機(jī)的運(yùn)行速度和端頭控制站的工作狀態(tài)傳回到端頭控制站，在端頭控制站進(jìn)行狀態(tài)和速度的顯示。 左截割電機(jī)左牽引電機(jī)右牽引電機(jī)右截割電機(jī)電 磁閥分 線盒左 端頭 站右 端頭 站P L C 主 控臺(tái)高 壓 箱油 泵電 機(jī) 圖 41 采煤機(jī) PLC 控制系統(tǒng)圖 Shearer PLC control system diagram 工作面三機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng) 工作面三機(jī)介紹 綜采工作面三機(jī)，即刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)，是綜采工作面的重要設(shè)備。刮板機(jī)主要由傳動(dòng)裝置、刮板鏈、溜槽、保護(hù)裝置、緊鏈裝置、推移裝置等部分組成。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 轉(zhuǎn)載機(jī)目前應(yīng)用較為普遍的是橋式轉(zhuǎn)載機(jī)。工作原理為：轉(zhuǎn)載機(jī)的機(jī)頭部通過橫梁和小車搭接在可伸縮帶式輸送機(jī)尾部?jī)蓚?cè)的軌道上，并沿軌道整體移動(dòng)，機(jī)尾和水平裝載段則沿著巷道底板滑行。目前破碎機(jī)有錘式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、輪式破碎機(jī)三種。 工作面三機(jī)的 PLC 控制 利用 PLC 完成對(duì)破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、 刮板運(yùn)輸機(jī)等的開停及閉鎖控制，完成設(shè)備的急停閉鎖，完成工作面刮板機(jī)調(diào)速耦合器的工況監(jiān)視及控制，完成起停預(yù)告、故障報(bào)警等，完成整