机械管理开发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
总第214期七彩山鸡养殖
2021年第2期
Total 214
No.2, 2021
自动化技术与设计
D01:10.kil4-1134/th.2021.02.091
毛凯凯
(晋能控股煤业集团晋城事业部五人组，山西晋城048000)
摘要：针对目前掘进机截割控制系统控制稳定性差、巷道截割质量低，严重影响巷道掘进效率的问题，提出
了 一种简易的自适应截割控制系统。该系统以PID 控制为核心，通过简化截割控制流程实现了截割经济性和
稳定性的统一。实际应用表明，该简易截割控制系统能够将井下截割效率提升19.6%，巷道一次截割成型率提 升47.8%，显著地提升了巷道掘进效果。
关键词：掘进机 自适应 截割控制 PID 控制
中图分类号:TD632.2 文献标识码:A 文章编号:1003-773X( 2021 )02-0209-02
引s
式，截割效率和巷道成型质量严重依赖于作业人员 的经验和熟练程度，受井下恶劣环境和人员疲劳度
的影响，极易产生截割不到位的情况山，从而影响井 下煤炭开采效率。目前一些新型的掘进设备开始采
用记忆截割控制，初步实现了井下巷道的无人化掘
进，但该模式的控制逻辑复杂，难以应用在老式掘进
机上，因此本文提出了一种新的基于PID 控制的简 易截割控制系统，通过预先对煤层分布情况的探测， 将地质条件数据输入到控制系统中，然后根据掘进 作业需求，以掘进方向上的位置坐标为基础，设定在
不同位置时的截割姿态，进而实现对掘进机截割作
业过程中的自动控制叫
1简易截割控制系统的介绍
在控制系统中输入截割控制逻辑后，对掘进机 自动截割的控制主要是通过调节摇臂升降和机身回
转来实现的。掘进机自动截割作业时，根据调节信号 控制各执行油缸的动作，对执行油缸的控制主要是 通过比例放大器调节各个控制阀开口的大小来实现
的，对摇臂升降和摇臂回转机构的控制是为了让截 割机构按照设定的截割路径进行截割作业，此时设
置在掘进机上的各类传感器对掘进机的工作状态进 行监控，将监测信息和系统中理论数据进行对比，从
而判断截割作业的偏差情况，然后根据偏差量进行
调整，保证自动截割作业的精确性。该控制方案的优
点在于截割机构能够从任意位置开始进行截割作
餐具包装业，无需进行专门的正，从而保证了井下截割作业 的灵活性，该掘进机简易自动截割控制原理如图1
收稿日期:2020-01-21
作者简介：毛凯凯(1986—)，男，河南武陟人，专科，毕业于山
西大同大学工学院机电设备维修与管理专业，机电助理工程
师，主要从事矿上机电及智能化的研究工作。所示⑵。
｛截制暫w 水平汝界位工|
比较
|回转油缸内匚位移传感器｝
道路bim〜回转油缸开闭
控制信号
回转油缸 阀口流诞升降油缸开闭 控制侑号升降油缸 阀口流绘
T 比例放大器卜・
—比例放£卜》
-负
载敏感式多路比例换向阀组
T 回转台同转轴油缸卜I T 截割臂升降油缸彳升降油缸内置位移传感器卜
—♦截 割 头—轮廓垂直边界位置］
图1简易截割控制逻辑示意图
2简易截割控制系统的硬件分析
由于掘进机作业环境复杂，且长期在剧烈冲击 作用下工作，因此对截割控制系统的硬件结构可靠 性要求很高。经过多次试验验证，最终确认了该截割
控制系统的硬件构成如图2所示⑷。
由图2可知，该截割控制系统硬件结构主要包
括了主、从PID 控制器，监测传感器、电磁控制阀以 及CAN 数据通信系统，从PID 控制器主要用于对掘
图2
截割控制系统硬件结构示意图
机械管理开发*****************第36卷
•210-
进机液压控制系统中的各类电磁阀的动作进行控制，根据截割作业时的不同需求控制各电磁阀的开度和动作方向.满足截割作业时不同截割速度、截割方向快速变化的需求。主PID控制器主要是接收各监测传感器的监测数据信息，对掘进机的位置和姿态进行判断，确定下一阶段掘进机的动作路径。在该控制系统中各类数据信息的传递均通过CAN数据总线进行，满足在井下恶劣环境中数据通信安全性的需求。
三维激光扫描系统
该数据控制系统硬件结构布置合理，结构紧凑，所有接口均采用了标准通信协议，能够快速地实现数据信息的转换，同时具有很强的扩展性，便于后续的升级。在工作时系统首先通过各类传感器设备对掘进机各油缸的行程、俯仰角进行监控，然后将数据信息传递到主PID控制器中，完成数据信息的分析，确定掘进机的截割姿态，然后将数据信息和系统内当前的理论截割姿态进行对比，获取各个数据信息之间的差值，然后获取各个数据的调整量，通过
CAN数据总线将信息传递到从PID控制器中，经过数据的转换后发出调节信号，控制各电磁阀动作，满足调整需求，从而实现对掘进机截割作业的自动控制。
3简易截割控制系统PID控制原理
PID控制是一种逻辑性很强的线性控制器，在工作时系统将测定的掘进机状态偏差量输入到PID 控制器中，系统利用设定好的控制逻辑对数据进行分析、修正，然后输出控制信号，控制各执行机构的动作，为了确保调节的精确性，系统采用了闭环控制的原理，在调整过程中不断地对数据进行修正，从而
确保自动截割作业过程中的控制精确性，PID控制逻辑如图3所示⑷，其中:e(t)表示偏差量;“(t)表示修正后的调节控制量;yd)表示输岀的控制信号。
4简易截割控制系统的应用情况
为了对简易自动截割控制系统的应用效果进
ic编带
行分析，本文在现有掘进机基础上对其截割控制系统进行优化，然后利用其进行自动截割作业，对截割作业过程中的截割路径进行跟踪测量结果如图4所示。
由跟踪测量结果可知，掘进机简易自动截割控制系统的控制精度高、截割一致性好，截割偏差
约±1。，有效地提升了截割时的巷道成型质量，根据统计该简易截割控制系统能够将井下截割效率提
升19.6%，巷道一次截割成型率提升47.8%，对提升井下综采作业效率和安全性具有十分重要的意义。5结论
针对目前掘进机截割控制系统控制稳定性差、巷道截割质量低，严重影响巷道掘进效率的问题，本文提出了一种简易的自适应截割控制系统，根据分析表明：
1)简易截割控制系统的优点在于，截割机构能够从任意位置开始进行截割作业，无需进行专门的正，从而保证了井下截割作业的灵活性；
2)该数据控制系统硬件结构布置合理，结构紧凑，所有接口均采用了标准通信协议，能够快速地实现数据信息的转换，同时具有很强的扩展性.便于后续的升级；
3)该简易截割控制系统能够将井下截割效率提升19.6%，巷道一次截割成型率提升47.8%，对提升井下综采作业效率和安全性具有十分重要的意义。
参考文献
[1]王苏孩悬臂式掘进机记忆截割及自动截割控制方法研究[D].
北京：中国矿业大学(北京),2014.
[2]冯宪琴，苑卫东，黄燕梅.矿井掘进机自动截割成形控制技术研
究[J].煤炭技术,2014(5):194-196.
[3]王国法，赵国瑞.任怀伟.智慧煤矿与智能化开采关键核心技术
分析[J].煤炭学报,2019,44(1):34-41.
[4]毛清华，陈磊，闫昱州，等.煤矿悬臂式掘进机截割头位置精确
控制方法[J].煤炭学报,2017.42(s2)：562-567.
(编辑：赵蜻)
(下转第231
页)
2021年第2期刘彪：采煤机截割电机恒功率控制功能的实现•231•
kW，超调的功率值为104kW，该值占额定功率的6.9%，能够根据煤岩变化的特性做出快速的反应。
4结论
基于Matlab软件建立了电牵引采煤机截割恒功率调速系统的仿真模型，并通过Simulink模块的仿真，对比传统PID控制方法，验证了单神经元自适应PID控制方法能够根据煤岩变化的特性做出快速的反应，具有可靠性，完成了采煤机截割电机恒功率控制功能的实现，提高了生产效率。
参考文献[1]李晓豁，宋纪侠，赵树强，等.采煤机滚筒瞬时载荷的模拟研究
[J].矿山机械,2004,32(12):25.
[2]Li Xiaohuo,Hu Yantao,Chi Qingdi,et.al.Constant Power
Speed-adj u sting of Shearer Cutting Motor by Single Neuron Self-adaptive PID Controlling[C]//.The3rd International Conference on Digital Manufacturing&Automation,2012:854-859.
[3]李晓豁，杨国栋•掘进机冷却喷雾系统故障诊断的专家系统[J].
中国矿业,2006,15(9)：67-69.
[4]刘南昌，李全，王宏，等•基于单神经元PID的直流电动机速度
控制算法研究[J].五邑大学学报,2011,25(3)：70-73.
(编辑：王慧芳)
Realization of Constant Power Control Function of the Shearer
Cutting Motor
Liu Biao
(Jinneng Holdings Coal Group Qinxiu Company,Qinshui Shanxi048200)
Abstract：Aiming at the instability of cutting power of shearer at present,which leads to the reduction of cutting motor service life and working efficiency of shearer,taking single neuron adaptive PID as the core to realize constant power control of shearer cutting motor,this paper briefly describes the Si
mulink module in Matlab software,and establishes the simulation model of constant power speed control system.The experimental results show that the system has obvious advantages,which can meet the production demands
Key words：shearer cutting motor;constant power control;single neuron PID;Simulink
(上接第210页)
Research on a Simple Adaptive Cutting Control System for a Roadheader
Mao Kaikai
(Jinneng Holdings Coal Industry Group,Jincheng Shanxi048000) Abstract:In view of the difficult problems of roadheader cutting control system with poor control stability control stability and low cutting quality,which seriously affect the tunneling efficiency,a simple adaptive cutting control system is proposed.
Taking PID control as the core,the economy and stability of cutting are unified by simplifying the cutting control process.
According to the practical application,the simple cutting control system can improve the underground cutting efficiency hy
19.6%and the roadway cutting forming rate by47.8%,which significantly improves the tunneling effect
Key words：roadheader;adaptive;cutting control;PID control
(上接第218页)
Design of Electric Control System for Mine Hydraulic Support
Ma Yanqing
(Datong Coal Mine Group Linfen Hongda Huokou Coal Industry Co.,Ltd.,Linfen Shanxi
041000)
Abstract：The hydraulic support technology is used to improve the support quality and shorten the support time,the electronic control system of hydraulic support is studied emphatically,and the overal
l structure of the electronic control system of hydraulic support is analyzed.The actual results show that the reliability and stability of the equipment are high,which can meet the practical needs and provide reference for the development of the electronic control system of hydraulic support.
Key words:hydraulic support;support;general structure;electronic control system
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议