摘要：电控系统作为采煤机中重要系统，其性能的稳定性直接关系到采煤机开采效率和企业的经济效益，不断加大对采煤机电控系统综合性能的研究，已成为当下发展的重要方向。在采煤机电控系统工作原理分析基础上，从电控系统总体方案、CPU核心控制单元、电源模块、遥控器程序等方面，开展了电控系统了总体设计研究，并将其在淮北矿业中采煤机上进行了应用测试，测试结果表明，该电控系统运行良好，功能更加全面，能对采煤机工作过程中的各类状态信息进行准确检测和控制。该研究对后期进一步开展采煤机电控系统的优化升级设计提供了重要参考。
关键词：煤矿； 采煤机； 电控系统；
Abstract:
As an important system in the shearer,the performance stability of the electric control system is directly related to the mining efficiency of the coal mining machine and the economic benefits of the enterprises. The continuous increasing research on the comprehensive performance of the shearer's electrical control system has become an important direction of current development. Therefore,based on analysis of the working principle of the electric control system of the shearer,the overall design and research of the electric control system are carried out from the aspects of the overall scheme of the electric control system,the CPU core control unit,power module,the remote control program,etc.,and it is applied to the shearer in Huaibei mining industry. The test results show that the electric control system runs well,it has more comprehensive functions,and can be used for accurately detecting and controlling all kinds of state information in the working process of coal machine. This study provides an important reference for further optimization and upgrading design for the electrical control system of the shearer.
Keyword:coal mine; shearer; electronic control system;
目录
0引言.....................................1
1采煤机电控系统工作原理....................................2
2采煤机电控系统总体方案设计....................................3
3采煤机电控系统关键模块设计....................................4
3.1 CPU核心控制单元模块....................................5
3.2电源模块设计....................................6
3.3遥控器程序设计....................................6
4电控系统现场应用效果分析....................................8
5结论....................................9
文内图表....................................10
图1采煤机电控系统结构框架....................................11
图2电控系统遥控器程序设计流程图....................................12
参考文献....................................13
0 引言
煤矿是国家重要的能源，而在国家快速发展的趋势下，对煤矿的需求量也逐年增多。采煤机作为井下煤矿开采的重要设备，已在全国各大煤矿中进行了最为广泛的应用。而电控系统则是保证采煤机高效率煤矿开采和设备运行安全的重要部位。目前，采煤机中的电控系统存在控制精度较低、响应速度慢、误判率高等问题，随着控制技术的不断提升，现有的电控系统已无法满足当下采煤机的使用需求。提高采煤机电控系统的综合性能，已成为当下各煤矿企业和科研机构重点关注的方向。因此，以采煤机电控系统工作原理分析为基础，开展了对电控系统的设计开发，并将该系统在淮北矿业采煤机上进行了应用测试，这对提高采煤机的工作效率及作业安全具有重要作用。
1 采煤机电控系统工作原理
采煤机的采煤作业，必须通过电控系统进行控制，实现采煤机不同开采力及采煤工况的使用需求。结合市场上采煤机电控系统组成情况，其结构主要由信号采集单元、核心控制单元、I/O控制层、运行参数采集单元、上机位监控层等组成，而不同功率的采煤机则根据开采需要，进行性能选装设计。电控系统的工作原理主要为：首先在采煤机上安装机载传感器，通过该传感器对采煤机设备进行信号采集，再将采集的信号进行过滤、处理后，传输至电控系统的控制中心进行数据判断，电控系统最终会根据控制指令大小，调节电机的工作电流，以此实现对电机不同功率大小的控制。同时，所设计的电控系统配备了人机显示界面，可将采煤机的工作电流、工作温度、工作电压等信号进行实时显示，以此实现对采煤机工作状态的实时控制。目前，所设计的电控系统具有较大的数据存储能力和信号分析能力，且运行较为稳定，各传输数据之间也采用专门的通讯协议，由此，保障了电控系统的综合性能，也大大提高了采煤机的开采效率。
2 采煤机电控系统总体方案设计
结合采煤电控系统的结构特点和工作原理，在现有市场上采煤机电控系统基础上，对电控系统进行了优化升级设计，其系统结构主要包括关量电路、数据采集单元、电源模块、模拟量电路、CPU核心控制单元、通信电路、I/O控制单元等部分。其中，数据采集单元中设置了多种传感器，可对采煤机中的工作电流、工作温度、工作电压、线路是否漏电等情况进行数据采集，基本包含了采煤机运行过程中主要数据参数的采集。而CPU核心控制单元则主要负责整个系统中采集数据的运算、判断、相关通讯协议的连接控制及转换、处理结果传输至人机显示界面等功能，其处理器采用的是500 MHz,具有较高的处理速度；另外，该电控系统的电源模块中设置了AC/DC转换器，可将交流市电转为24 V的直流电压，再通过设计的DC/DC和电容滤波进行降压，最终转为为不同等级的电压值，包括3 V、6 V、12 V等，以此为控制系统中各元器件提供电源。整个采煤机电控系统的结构框架图如图1所示。
图1 采煤机电控系统结构框架图
3 采煤机电控系统关键模块设计
3.1 CPU核心控制单元模块
CPU核心控制单元是电控系统的硬件组成部分，主要负责电控系统中数据的存储、数据的分析、数据的逻辑运算等工作，而处理器则是整个模块中的重要部件。因此，整个模块的处理器采用了32位RISC处理器，其主频有500 MHz,配备了2×8个DMA通道和DMA专用通道，另外，在模块中配备了2个高速存储卡主机和多个定时器，MMC接口也进行了两个的冗余设计，整个处理器能支撑ARM的双指令集。所设计的CPU控制单元模块具有处理速度快、存储量大、性能稳定等特点，所选用的处理器已在国内诸多采煤机设备中进行了广泛应用。由此，完成了电控系统CPU核心控制单元的设计。
3.2 电源模块设计
由于电控系统中包含了较多类型的不同种类的用电部件，对电控系统提供较为全面的不同等级电源，能有效保证系统中各部件的正常运行。同时，在电控系统电源模块设计时，需将强电和弱电进行充分隔离，以提高系统运行的稳定性和安全性。所设计的电源模块，配备了AC/DC转换器，可将外部220 V交流电流转换为低电压的直流电流。在整个电控系统中，显示界面和各类继电器等设备主要采用的是24V电源，而其他用电设备基本采用的是5 V电压，因此，可首先通过AC/DC转换器，将交流电源转换为24 V直流电源，以满足24 V用电设备的使用需求，同时，通过降压和电容滤波后，再将24 V电源转换为5 V电源，以满足其他设备的用电需求。为保证电压降低过程中的安全性，在交流转直流过程中，设计了保险丝，以防止过大电流的影响。另外，在5 V输出端增加了陶瓷电容和电解电容，可有效保证输出电压的稳定性。最后，在整个电源模块中，设计了对应电压的电源指示灯。由此，完成了电控系统电源模块的设计。
3.3 遥控器程序设计
遥控器程序是电控系统软件系统的重要组成部分，因此，该程序进行了设计。电控系统开始后，首先对遥控器进入初始化状态，并在电流为22uA状态下进入休眠状态，等待外部信号的输入。当操作人员接受到操作命令后，开始对电控系统进行操作，通过手动方式，对系统中的单片机进行启动或切断操作，遥控器对输入操作信号进行判断，发出是否进入工作模式的命令，由此，激活系统中的无线模块，并向主机发出相应的任务信号，通过显示灯来提示是否完成任务发送。同时，遥控器通过对人机显示界面上采煤机运行参数的信号分析，发出操作命令信号，当操作信号成功发送后，将通过遥控器上的显示灯进行常亮显示，由此，准确、快速完成采煤机相关操作信号的远程发送和控制。遥控器数据接收程序设计流程图如图2所示。
图2 电控系统遥控器程序设计流程图
4 电控系统现场应用效果分析
根据前文的设计分析，完成了采煤机电控系统的系统设计，但其系统性基本为理论分析，为进一步掌握其系统的控制性能，将其在淮北矿业中采煤机上进行了应用测试，首先在采煤机上安装各类传感器设备，通过专门的信号传输线，将整个系统硬件和软件进行快速连接，完成了采煤机电控系统将近6个月的现场应用测试，测试结果表明，该电控系统各项功能运行正常，且能对采煤机的工作电压、电机功率、电机温度、设备振动情况等信号进行准确采集和显示，针对采煤机设备发生故障问题时，能及时发出相应的报警提示；同时，在显示界面中，能准确的将各类信息进行实时显示，所反映的数据信息基本包括了采煤机运行过程中的所有状态信息。据现场人员介绍，该控制系统在运行过程中，采煤机的发生的故障率降低了65%左右，整体生产效率提高了30%,初步估算，半年后，为企业增加了将近50万的经济效益，并得到了该煤矿工作人员的一致好评。由此，验证了所设计的采煤机电控系统在一定程度上具有较好的可行性。
5 结论
提高采煤机电控系统的综合性能，是当下保证采煤机高效率煤矿开采的重要基础。因此，采用现有的控制技术，对采煤机电控系统中的总体方案、CPU核心控制单元、电源模块、遥控器程序等方面进行了设计研究及现场应用测试，得出：
（1）该电控系统功能更加全面，控制精度更高，智能化远程控制能力更强。
（2）该电控系统的应用，使企业的生产效率提高了30%,增加企业经济效益50万左右，得到行业人员的一致好评。
（3）该系统可在其他采煤机上进行推广应用，也对提高采煤机的工作效率及作业安全具有重要作用。
参考文献
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