電磁調(diào)速電牽引采煤機(jī)遙控改造系統(tǒng)的研究

1、    電磁調(diào)速電牽引采煤機(jī)遙控改造系統(tǒng)的研究    邱艷海摘要：mxg-500/4.5h型電磁調(diào)速電牽引采煤機(jī)機(jī)組的啟?？刂?、行走控制、加減速控制等均由本機(jī)操作按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)組的遙控功能，必須加裝一套遙控操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)和原操作系統(tǒng)必須融為一體，均能控制采煤機(jī)，同時(shí)又要增加搖臂升降的控制，為了實(shí)現(xiàn)左右搖臂升降的控制分別由兩位司機(jī)來(lái)完成，遙控系統(tǒng)選用了兩套，與其相對(duì)應(yīng)的是兩個(gè)相互獨(dú)立的發(fā)射裝置，互不影響，機(jī)組的調(diào)高分別由左右發(fā)射裝置來(lái)控制，而機(jī)組的啟停控制、行走控制、加減速控制等均可由左右發(fā)射裝置控制，以保證采煤機(jī)工作的安全。關(guān)鍵詞：本機(jī)操作

2、 遙控操作系統(tǒng) 采煤機(jī)工作安全0 引言mxg-500/4.5h型電磁調(diào)速電牽引采煤機(jī)為老型號(hào)機(jī)組，是在原液壓機(jī)組基礎(chǔ)上改造而成的，其操作方式為就地操作，即由機(jī)組本身的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，工人必須近距離跟隨機(jī)組行走操控，而此機(jī)組所在工作面具有一定角度的仰采，采煤機(jī)割煤時(shí)煤塊等容易打到司機(jī)一面，比較危險(xiǎn)而且勞動(dòng)強(qiáng)度較大，因此有必要對(duì)其實(shí)施遙控改造，確保操作工人的安全并降低勞動(dòng)強(qiáng)度。1 機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)概況滑差電牽引采煤機(jī)是以電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)（俗稱(chēng)滑差電機(jī)）做牽引的，對(duì)采煤機(jī)速度的控制實(shí)際上就是對(duì)滑差電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，即通過(guò)調(diào)節(jié)其電磁離合器勵(lì)磁電流來(lái)改變其轉(zhuǎn)差從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其輸出轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，由于滑差電機(jī)的自然特性非

3、常軟，必須通過(guò)人工調(diào)制改變其機(jī)械特性，使其適合牽引負(fù)載的需要，改變其機(jī)械特性的方法就是在控制環(huán)節(jié)引入速度負(fù)反饋，形成速度閉環(huán)，使其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速的要求。1.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 速度給定：速度給定是以數(shù)字的形式實(shí)現(xiàn)的，其增減根據(jù)操作人員的指令按一定速度遞增或遞減，有效防止了由于給定值的突變而引起的調(diào)節(jié)過(guò)程的突變導(dǎo)致對(duì)機(jī)械的沖擊，分辨率位0.1米/分，最大設(shè)定值為7.0米/分（此值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，邢煤機(jī)組的設(shè)定值為5.0米/分）。速度反饋：此量取自滑差電機(jī)內(nèi)測(cè)速軸編碼器，測(cè)速值準(zhǔn)確無(wú)誤差，且響應(yīng)快，克服了以往采用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速由于其非線性引起的測(cè)速誤差和低速時(shí)測(cè)速不穩(wěn)定所帶來(lái)的調(diào)速誤差和低速失調(diào)

4、現(xiàn)象。電流反饋：采用霍爾效應(yīng)式電流變送器測(cè)量勵(lì)磁電流，響應(yīng)快，測(cè)量精度高，且輸出是plc所能識(shí)別的模擬量信號(hào)（4-20ma）。速度調(diào)節(jié)器：速度調(diào)節(jié)功能是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采用了具有優(yōu)良調(diào)節(jié)品質(zhì)的pi調(diào)節(jié)方法，比例部分能迅速響應(yīng)輸入信號(hào)，積分部分最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。電流調(diào)節(jié)器：電流調(diào)節(jié)器的功能也是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同樣采用pi調(diào)節(jié)方法。觸發(fā)電路、功率模塊：觸發(fā)電路是根據(jù)電流調(diào)節(jié)器的輸出來(lái)調(diào)節(jié)功率模塊的導(dǎo)通角，從而調(diào)整勵(lì)磁回路的電流，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。1.2 閉環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)的整定 在plc軟件中需要人為設(shè)定或需要隨機(jī)讀取得pid參數(shù)有以下9種：過(guò)程變量pvn，即經(jīng)過(guò)每次調(diào)整后的反饋量值；設(shè)定值spn，對(duì)速度

5、環(huán)而言此值即為人為設(shè)定的采煤機(jī)運(yùn)行的期望值，對(duì)電流環(huán)而言此值即為速度環(huán)的輸出值，雖負(fù)載等影響采煤機(jī)運(yùn)行速度因素的變化而變化；輸出值mn，各環(huán)路調(diào)節(jié)器的輸出值；環(huán)路增益kc，環(huán)路中比例項(xiàng)的增益，影響環(huán)路調(diào)節(jié)的靈敏度；采樣時(shí)間ts；積分時(shí)間ti，此值越大積分效果越差，此值越小積分效果越強(qiáng)；微分時(shí)間td，此值越大微分效果越強(qiáng)，此值越小微分效果越差；積分項(xiàng)前值mx，即前一次pid運(yùn)算時(shí)的積分項(xiàng)值，此值隨計(jì)算逐次更新，在進(jìn)行自動(dòng)到手動(dòng)狀態(tài)的無(wú)擾切換時(shí)可人為修正；過(guò)程變量前值pvn-1，即最近一次的過(guò)程變量值，此值不能人為設(shè)定。速度環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)的整定：速度設(shè)定值spn，此值為速度環(huán)的輸入值，由操作人員根據(jù)需

6、要自行調(diào)整，此值即為采煤機(jī)運(yùn)行速度的期望值。環(huán)路增益kc，此值影響到控制系統(tǒng)響應(yīng)的靈敏性，而對(duì)采煤機(jī)這樣一個(gè)大慣量負(fù)載來(lái)說(shuō)，其響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，此值不宜過(guò)大，否則容易引起超調(diào)甚至震蕩，邢煤采煤機(jī)設(shè)為0.9。采樣時(shí)間ts，由于采煤機(jī)的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，采樣時(shí)間不宜太短，且沒(méi)有必要，因?yàn)椴蓸訒r(shí)間太短會(huì)增加系統(tǒng)的運(yùn)算次數(shù)和運(yùn)算量，而且程序自身的掃描時(shí)間也不允許該時(shí)間太短，本臺(tái)采煤機(jī)的采樣時(shí)間為0.2秒。積分時(shí)間ti，此值的大小影響到系統(tǒng)積分效果的強(qiáng)弱，太小，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，振蕩次數(shù)增多；太大，積分作用對(duì)系統(tǒng)的影響減小，不利于消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，難以獲得較高的控制精度。該采煤機(jī)控制系統(tǒng)選擇的積分時(shí)間為0.2分。

7、電流環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)的整定：給定值spn，此值為速度環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出值，隨調(diào)節(jié)過(guò)程中速度調(diào)節(jié)器輸出的變化而變化，電流環(huán)在此系統(tǒng)中是一隨動(dòng)系統(tǒng)。環(huán)路增益kc，本控制系統(tǒng)中取值0.8。采樣時(shí)間ts，本控制系統(tǒng)取值0.2秒。積分時(shí)間ti，本控制系統(tǒng)取值0.2分。動(dòng)力制動(dòng)時(shí)速度環(huán)調(diào)節(jié)參數(shù)的整定：動(dòng)力制動(dòng)時(shí)速度環(huán)和正向牽引時(shí)所不同的是該閉環(huán)為反作用回路，將其回路增益變?yōu)?0.6，其余參數(shù)不變。1.3 正向牽引和動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換正向牽引到動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)。判據(jù)：當(dāng)采煤機(jī)在正向牽引過(guò)程中下滑力不斷增加，勵(lì)磁電流隨之減小，當(dāng)采煤機(jī)的下滑力增加到一定程度時(shí)，勵(lì)磁電流趨于零，而采煤機(jī)的速度還在不斷增加，如其運(yùn)行速度超

8、過(guò)設(shè)定值1米/分，則判定采煤機(jī)下滑，需轉(zhuǎn)入動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)才能正常運(yùn)行。動(dòng)作及參數(shù)調(diào)整：當(dāng)判定采煤機(jī)下滑后，停牽引電機(jī)，將牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子制動(dòng)住，然后啟動(dòng)動(dòng)力制動(dòng)控制系統(tǒng)，改變速度環(huán)的回路增益，將原速度環(huán)的積分項(xiàng)前值置為零，以保證制動(dòng)力從零開(kāi)始逐漸增加，其余參數(shù)不變。動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)到正向牽引。判據(jù)：當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行在動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)，隨著下滑力的不斷減小，勵(lì)磁電流隨之減?。ㄖ苿?dòng)力減?。?，當(dāng)采煤機(jī)的下滑力減小到一定程度，勵(lì)磁電流趨于零（即制動(dòng)力為零），而采煤機(jī)的運(yùn)行速度卻在減小，當(dāng)運(yùn)行速度低于設(shè)定值0.7米/分實(shí)際判定采煤機(jī)不再下滑，應(yīng)解除動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)為正向牽引。動(dòng)作及參數(shù)調(diào)整：當(dāng)判定采煤機(jī)需解除動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)

9、為正向牽引時(shí)，松原動(dòng)機(jī)制動(dòng)閘，按原運(yùn)行方向啟動(dòng)牽引電機(jī)，改變速度環(huán)的回路增益，并將積分項(xiàng)前值置零，其余參數(shù)不變。2 機(jī)組遙控改造過(guò)程2.1 液壓控制系統(tǒng)改造液壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀。該采煤機(jī)本身沒(méi)有液壓泵站，調(diào)高、制動(dòng)等的動(dòng)力來(lái)自工作面的乳化液泵站，通過(guò)人工控制安裝于采煤機(jī)液壓回路上的手動(dòng)片閥等來(lái)實(shí)現(xiàn)。液壓系統(tǒng)改造內(nèi)容。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組調(diào)高、制動(dòng)等的遙控操作，必須將控制閥組由手動(dòng)變?yōu)殡妱?dòng)，一般采煤機(jī)上的液壓系統(tǒng)是由機(jī)載液壓泵站來(lái)提供液壓動(dòng)力的，介質(zhì)為液壓油，控制閥組為油介質(zhì)電磁閥，該類(lèi)電磁閥比較普遍，而我們所改造的機(jī)組液壓介質(zhì)為乳化液，一般采煤機(jī)上用的油介質(zhì)電磁閥不能使用，因?yàn)槿绻擃?lèi)電磁閥用在乳化液回路

10、，其閥芯會(huì)很快銹蝕而不能動(dòng)作，只能使用乳化液介質(zhì)的電磁閥，因此選用了電控液壓支架上使用的電磁閥組。2.2 電控系統(tǒng)的改造電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀。待改造機(jī)組的啟?？刂?、行走控制、加減速控制等均由本機(jī)操作按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。電控系統(tǒng)的遙控改造。為了實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)組的遙控功能，必須加裝一套遙控操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)和原操作系統(tǒng)必須融為一體，均能控制采煤機(jī)，同時(shí)又要增加搖臂升降的控制，為了實(shí)現(xiàn)左右搖臂升降的控制分別由兩位司機(jī)來(lái)完成，遙控系統(tǒng)選用了兩套，即接收裝置為兩個(gè)（左、右端頭站），與其相對(duì)應(yīng)的是兩個(gè)相互獨(dú)立的發(fā)射裝置，互不影響，機(jī)組的調(diào)高分別由左右發(fā)射裝置來(lái)控制，而機(jī)組的啟停控制、行走控制、加減速控制等均可由左右發(fā)射裝置控

11、制，以保證采煤機(jī)工作的安全。2.3 采煤機(jī)遙控改造的具體要求在采煤機(jī)合適位置增加左、右端頭站各一個(gè)，該端頭站既是遙控的接收?qǐng)?zhí)行裝置，又具備本機(jī)就地操作功能，且左右端頭站工作頻率不同，確保兩個(gè)司機(jī)的操作相互獨(dú)立；左右端頭站各配兩只無(wú)線遙控發(fā)射器，工作頻率和各自對(duì)應(yīng)的端頭站匹配；遙控實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)左右行走及停止控制、加減速控制、左右搖臂升降控制、總?？刂频龋桓脑煸黾拥倪b控系統(tǒng)與原來(lái)的控制系統(tǒng)完全兼容，不影響原系統(tǒng)的操作模式。3 結(jié)語(yǔ)采煤機(jī)經(jīng)過(guò)遙控改造后，具備了3種操作方式，即本機(jī)按鈕控制方式、端頭站按鈕控制方式、遙控方式，增加了系統(tǒng)的可靠性，方便了工人的操作，保證了工人操作的安全性，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，效果顯著。參考文獻(xiàn)：1俞士諤.電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的使用與維護(hù)j.中小型電機(jī)技術(shù)情報(bào)，1979(03).2楊芳.變頻調(diào)速器在生產(chǎn)實(shí)際中的節(jié)能及應(yīng)用j.價(jià)值工程，2010(06).3郝占彪.安全約束遙控操作系統(tǒng)在烏海電網(wǎng)的應(yīng)用j.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，