掘锚机智能化综合控制技术的研究

2021-06-05姜建红

机械管理开发 2021年4期

姜建红

（华阳新材料科技集团有限公司五矿，山西阳泉 045000）

引言

掘锚机是集井下巷道掘进和支护于一体的机械设备，能够实现在掘进后的自动锚杆支护，其工作稳定性和可靠性就直接决定了井下巷道掘进的效率和安全性，但目前掘锚机自动化程度低，在使用过程中需要人工控制巷道掘进和锚杆支护位置，由于人工操作经验和井下作业环境的影响，实际控制过程中掘锚机的动作滞后性大，控制精度差，导致巷道掘进时的成型质量差、支护效率低，难以满足井下快速掘进作业的需求。因此，结合掘锚机工艺流程和掘进、支护作业需求，提出一种新的掘锚机智能控制系统并展开分析。

1 掘锚机智能控制系统结构

根据掘锚机控制特性，该智能控制系统主要包括了本体电气控制系统、掘进机智能截割控制子系统和锚杆电气控制子系统，其整体结构如图1所示[1]。

由图1可知，该智能控制系统中，利用CAN串行总线将三个系统连接成一个串行的拓扑网络结构，各个分支线路上的数据通过“网桥”传输到控制中心，同时为了满足长距离数据传输效率和稳定性的需求，将远距离信号的传输频率设置为10 kbs。本体电气控制系统主要用于对系统内驱动电机的运行情况进行实时监测，将监测结果传输到控制中心，根据掘锚机的运行状态控制电机的启动、停止，并进行动态监测和保护。

掘进机智能截割控制子系统是一个闭环反馈调节控制系统，能够实时对截割高度、截割转速、截割载荷等进行监控，将监控结果传输给控制中心，控制中心依据当前的截割状态对掘进机截割作业情况进行调整，满足安全、高效、精确的截割作业需求。

图1 掘进机智能控制系统结构

锚杆电气控制子系统主要用于对锚杆机运行状态的实时控制，该控制系统为单向控制，通过遥控器发出控制指令，系统接收到控制指令后将其传输到锚杆的主运动控制器内，由主运动控制系统下达辅助控制指令，来控制锚杆的动作。

2 掘锚机智能化本体电气控制系统

该控制系统主要是利用EPEC控制器来对系统内的5个电气回路进行统一控制，其整体控制框架如图2所示。在该控制系统中，主要是通过对KAX所示的继电器和KMX所示的真空接触器的控制来实现对整体回路的控制。在运行过程中系统量通过对隔离保护模块的监测，来确定电机是否能够安全的启动。系统内的开关量采集系统对各个开关量信号进行采集并通过数据总线传递到EPEC控制器内，结合各个回路内电压、电流传感器传输的控制信号，来实现对电机运行状态的实时监测和智能保护，满足掘锚机整体协调运行安全性的需求。根据实际应用表明，该电气控制系统具有结构简单、控制精确性好的优点，能够显著提升掘进机运行时的稳定性和灵敏性，在集中控制作用下的反应速度比优化前提升了89.6%，显著提升了井下掘锚机的工作效率。

图2 本体电气控制系统示意图

3 掘进机智能截割控制子系统

掘进机智能截割控制系统主要用于对掘进机运行状态的智能监测，这些监测主要是通过分布在掘进机上的各类传感器设备进行的，该智能截割控制子系统整体结构如图3所示[2]。

图3 智能截割控制子系统

在运行控制过程中，系统通过位于截割滚筒内的脉冲传感器来对截割机构的坐标位置进行监测，并将监测结果转换为弱电流控制信号来传输到控制中心，经过逻辑数据修正后来确定最终的截割坐标位置。通过角度传感器来监测掘进机截割臂的倾角和铲板的倾角，通过编码器来对截割过程中的截割臂旋转角度进行测量，将数据测量结果同样以电信号的形式传递给控制中心，同时接受控制中心下达的各类指令，控制相应的机构按指令来完成调整控制[3]。系统具有闭环调节控制功能，能够对调整后的状态进行不断修正，使其最大限度地满足调整精确性的需求，根据实际验证采用该闭环截割控制系统后，能将截割作业时的调整精度由±55 mm降低到目前的±4.4 mm，调整控制精度比优化前提升了92%，极大地确保了截割作业的精确性。