2020年第２期
中国高新科技  67
ENERGY ＆ CHEMICAL    能源化工
采煤工作面三机协同控制技术研究
张恩明
（华洋通信科技股份有限公司，江苏 徐州 221116）
摘要：研究了“三机”协同控制技术和系统，通过实时采集并综合分析采煤工作面液压支架、采煤机、刮板输送机三机及其辅助设备运行的参数，实现采煤工作面三机控制的自动调整及匹配，达到“三机”协同控制，最终实现薄煤层综采的自动化和无人化作业。
关键词：采煤工作面；三机协同控制；三机协同可视化  文献标识码：A  中图分类号：TD632
文章编号：2096-4137（2020）02-67-02  DOI：10.13535/jki.10-1507/n.2020.02.20
Research on three-machine cooperative control technology in coal face
ZHANG  Enming
(Huayang Communication Technology Co., Ltd, Xuzhou 221116, China)
Abstract: The article studies the "three-machine" collaborative control technology and system. Through real-time acquisition and comprehensive analysis of the operating parameters of the three supports of the hydraulic support, the shearer, and the scraper conveyor of the coal mining face and their auxiliary equipment, realizes the automatic adjustment and matching of the machine control, and finally realizes the automatic and unmanned operation of the fully mechanized mining of thin coal seams.
Keywords:
coal face; three-machine cooperative control; three-machine cooperative visualization
0　引言scraper
综采工作面自动化的核心部分就是通过综采工作面液压支架、采煤机及刮板输送机三机及其辅助设备运行参数的实时采集和分析处理，实现采煤工作面三机控制的自动调整及匹配，达到“三机”协同控制，最终实现综采的全自动化和无人化作业。同时，“三机”协同技术的研究，对我国整个煤炭企业的综采工作面自动化也具有重要的意义，可以提高我国综采机械装备水平和参与国际竞争的能力，实现综采设备的国产化，促使煤矿机械由单一仿制到自主研发、从机械化到机电一体化，将带动煤矿机械产业的整体优化升级。
1　综采工作面液压支架电液控设计
1.1　综采工作面的支架电液控制系统硬件部分
（1）液压支架电液控制装置。它是控制系统的重要部分，液压支架的各种动作由其控制，采集液压支架各传感器的各种动作状态，接收远程主控设备发出的动作命令及发送本机采集各传感器的参数给主控设备的功能。
（2）液压支架位移传感器。它用于采集液压支架推溜行程的状态。
（3）液压支架立柱压力传感器。压力传感器用于采集液压支架立柱的压力，其作为判断液压系统的压
力状态，参与到辅助设备液压泵站的控制，系统进行故障诊断，判断液压系统是否漏液。
（4）隔爆兼本安开关电源。它为支架电液控制装置、各传感器提供电源，为系统提供本质安全性能。
1.2　液压支架控制器设计的重点问题
控制器硬件设计包括微处理器系统、控制系统、供电系统、通信接口、人机界面、声光报警、信号采集以及动作控制系统等部分。对元件选择、电路设计、PCB布线等关键环节都要进行严格的处理，确保系统性能稳定、安全可靠、寿命符合要求。支架控制器初步设计将其分为显示面板带按键、面板控制接口板、主控板、驱动板、外接信号接口板、电源转接板几个部分。
2　综采工作面采煤机监控设计
目前，广泛应用的采煤机械是滚筒采煤机，由滚筒、摇臂、截割电机、行走部、开关箱，变频器箱、变压器箱等几大部分组成。其中，变频器箱中是电控系统的核心。本设计是由嵌入式工控机、机载PLC、变频器控制采煤机的启停、左右行走、摇臂升降等功能组成，并对采煤机进行实时监视，如图1所示。
采煤机机载PLC
牵引电机
……
瓦斯浓度传感器
温度传感器
电流互感器
上位机
图1　采煤机监控系统组成示意图
机载控制器由西门子PLC200设计，控制器能够实时采集采煤机运行参数，包括采煤机给定速度、采煤机实际运行速度、左右牵引电流、左右截割电流、电机温度&电流、左右摇臂釆高、左右变频器电流&电压&功率、煤机倾角、油压、油温、液位、各动作状态（方向、牵起、牵停、摇臂、减速、加速）、报警及故障显示（左右牵引电机及截割电机是否过载、油压是否过高、油位是否过低等）、采煤机工作模式等。此外，机载控制器能够有效控制采煤机的启停、加减速、升降摇臂等动作，并能够通过RS485接口与监控主机进行通信。
3　刮板机监控设计
采煤工作面的刮板输送机是一种有挠性牵引机构的连续输送机械，监控主机与刮板机控制器进行通信，采集刮板机的电流、电压等各项参数，对刮板输送机进行远程监控。采