掘进机自动化技术研究及应用

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1、掘进机自动化技术研究及应用李卫涛（潞安环能股份公司王庄煤矿，山西长治046031）摘要：王庄煤矿于2008年度建成全国第一个掘进自动化工作面。该工作面系统以掘进机自动化技术为主导，研发的自动化掘进机实现了断面自动截割成型、截割轨迹在线监测、远程遥控、掘进机动态信息自动化监控等功能。极大的降低了工人的劳动强度，改善了作业环境，提高了生产效率。关键词：掘进机自动化自动截割远程遥控HeadingmachinerobotizationtechnologyresearchandapplicationLIWei-ta

2、o(WangZhuangCoalMineofLu’anMineIndustryGroupcompany,ChangZhi046031,China)Abstract:WangzhuangCoalMinebuiltthefirstautomatedheadingfacein2008.Thesystemisbasdonheadingmachinerobotizationtechnology.Thenewmechineachievemanynewfuctions,suchasAutomaticcut-offsec

3、tion，Track-linemonitoringofcutting,RemoteControl,Headingmachineautomatedmonitoringofdynamicinformationandsoon.itreducesthelaborintensity,improvestheoperatingenvironmentandproductivity.Keywords:HeadingmachinerobotizationAutomaticcuttingRemoteControl1前言掘进和回

4、采是煤矿生产的重要生产环节,采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。生产集中化的发展和回采工作面的快速推进，要求继续完善机械化和自动化手段，其目的在于达到更高的巷道掘进速度，同时还可降低掘进费用以及不断提高安全程度和改善劳动条件。但是由于国产成套设备的自动化程度不高，综掘单进仍处于较低水平。在新的市场经济形势下，掘进技术已经成为煤矿生产发展的一个瓶颈，解决好这一问题，可以达到提高工效的目的，并且保障矿井采掘关系的平衡，有利于煤矿生产的稳产、高产、安全、高效。因此，必须研究采用国产成套设备的自动

5、化快速成巷技术，以使掘进工作面与综采（放）工作面的自动化程度相适应，以达到高产高效、快速推进的要求。2掘进机自动化系统组成2.1掘进机控制系统设计为实现掘进机的自动控制，采用嵌入式工业控制计算机与可编程控制器相结合的数据收集和处理模式。系统组成框图如图2-1所示。图2-1系统原理框图嵌入式工业控制计算机采用研华TPC-1070，该工控机的CPU为CeleronM（1.0GHz），固态电子式硬盘，具有2个RS-232、一个RS-485串行接口，以及2个以太网接口。PLC采用松下电工FPΣ型可编程控制器，该控

6、制器采用模块化扩展方式，CPU采用32位精简指令处理器，指令丰富。具体分工为：一块FPG-C32T2CPU模块，带有16数字输入/16数字输出，程序容量为32K；2块FPG-XY64D2T数字量扩展模块，有32数字输入/32数字输出，完成遥控输入、操作箱信号、各电机、电磁阀的输出控制等；3块FPG-A80模拟量输入模块，具有8路模拟量输入，采集精度12位，完成各电机的电流、工作电压、漏电、油缸行程、机身俯仰角、侧倾角、地磁偏角的检测。为实现煤巷断面掘进的自动控制，控制阀采用德国哈威进口比例电液阀组，并在主

7、要的油缸内增加抗震动抗冲击等级极强的直线位移传感器，在电控箱里增加高精度两轴倾角传感器和三维电子罗盘等。通过采用先进的检测技术、数据处理技术、PLC编程技术及电液控制技术等，使掘进机具备了定位自动截割、远程遥控、姿态调整及煤矸初步识别、掘进机自动化监控等功能。2.2掘进机断面自动截割技术根据安装在回转油缸、升降油缸、伸缩油缸、铲板油缸的位移传感器确定的动态行程变化得出的位移量变化值，运用传导运算函数，得出截割头切割中心在计算机虚拟切割平面的直角坐标（x,y），如图2-2所示。由（x，y）组成的坐标集合就构

8、成了与设定截割断面的坐标信息（x0，y0）的联系。以截割矩形断面为例，在进行截割时，计算机与PLC按照导航的方式进行截割控制。其过程为：系统启动后，首先我们选择了所要截割断面的设定曲线信息，即图中的矩形断面曲线。掘进断面形状就是掘进机在选择了所要掘进的断面设定曲线后，计算机内的控制运算程序就自动的将矩形断面数据集合（X0，Y0）调用，所以就限定了截割头所截割的（外围）边界，截割断面形状信息马上被提取到系统中，截割头将沿着图中右