CN106761739B - 一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统及方法，该系统包括与用于控制采煤机运行的采煤机控制主机通信且用于控制采煤机电缆拖拽装置运行的随动控制终端；该方法包括步骤：一、随动控制终端初始化；二、链条和电缆夹的张紧控制及信号采集；三、随动控制系统的启动运行；四、判断采煤机控制主机与随动控制主机之间是否有采煤机运行反馈信号；五、判断有采煤机运行反馈信号时电动机的转动方向是否为逆时针；六、判断无采煤机运行反馈信号时链条的张紧力的变化是否为下降；七、故障报警及随动控制系统的停机。本发明可实时监测采煤机与采煤机电缆拖拽装置随动状态，及时保护并拖动采煤机电缆，避免采煤机采煤时发生电缆二次弯曲现象。
Description
技术领域
本发明属于采煤机电缆保护技术领域，具体涉及一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统及方法。
背景技术
采煤机是目前煤炭综采工作面配套的三机之一。在无人或少人化煤矿综采工作面中，采煤机已经实现了无人跟机、程序控制采煤以及自动控制落煤等技术。但是在采煤机采煤过程中，采煤机电缆随着采煤机的往复运动而运动，当采煤机采煤时会发生电缆多次弯曲现象，即电缆在垂直方向上有多次叠加，这样容易造成电缆挤压、过度弯曲与扭转、过度磨损、拉伸、漏电、掉落、翻转等现象。若不及时调整收放采煤机电缆，会给生产过程带来阻碍，延长生产时间，同时减少采煤机电缆的使用寿命，增加运营成本。为了解决这一问题，有人提出了采煤机自动拖缆系统及其控制方法，但是，现有技术中的采煤机自动拖缆系统及其控制方法均需要通过采煤机控制主机与采煤机自动拖缆系统进行实时通信，采煤机自动拖缆系统对采煤机控制主机依赖程度高，由于现场运行环境恶劣，采煤机到采煤机自动拖缆系统之间的反馈信号线容易断线，丢失采煤机的信号，一旦采煤机控制主机与采煤机自动拖缆系统之间的通信消失，会带来设备停机，降低生产效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其设计新颖合理，可实时监测采煤机与采煤机电缆拖拽装置随动状态，监测链条实时张力以及故障定位，实现采煤机电缆智能随动控制。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，包括与用于控制采煤机运行的采煤机控制主机通信且用于控制采煤机电缆拖拽装置运行的随动控制终端，所述采煤机电缆拖拽装置包括用于保护并拖动采煤机电缆的电缆夹、通过链条拖动电缆夹在采煤机运动方向上运动的滑动拖缆小车、用于带动链条运动的电动机和与电动机的输出轴连接的减速器，以及机尾电缆槽、中部电缆槽和机头电缆槽，减速器的输出轴上连接有设置在机尾电缆槽内的主动链轮，机头电缆槽内设置有从动链轮，链条绕在主动链轮和从动链轮上形成了闭合的链条环，位于所述链条环上部的链条与滑动拖缆小车的下部固定连接，电缆夹与滑动拖缆小车的上部连接，其特征在于：所述随动控制终端包括随动控制主机和电源，以及与随动控制主机相接的存储器和连接上位机的串口通信模块，随动控制主机的输入端接有安装在机尾电缆槽内壁上且用于对链条的张力进行实时检测的张力传感器、安装在电缆夹上用于对采煤机电缆的夹持力进行实时检测的压力传感器和安装在滑动拖缆小车上用于检测滑动拖缆小车与主动链轮之间的距离的测距传感器，随动控制主机的输出端接有报警器、用于驱动主动链轮转动的变频器和用于驱动油缸运行的电磁比例阀，油缸安装在机头电缆槽上且用于推动从动链轮张紧。
上述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其特征在于：所述张力传感器向随动控制主机输入张力信号的回路中串联有张力变送器。
上述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其特征在于：所述上位机的输出端连接有用于显示所述采煤机电缆拖拽装置运行的显示屏。
上述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其特征在于：所述随动控制主机为PLC控制模块，所述PLC控制模块通过串口通信模块与采煤机控制主机进行通信。
上述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其特征在于：所述测距传感器为雷达测距传感器。
同时，本发明还公开了一种可及时保护并拖动采煤机电缆，避免采煤机采煤时发生电缆二次弯曲现象的链传动采煤机电缆智能随动控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、随动控制终端初始化：随动控制终端采用上电初始化；
步骤二、链条和电缆夹的张紧控制及信号采集：首先，随动控制主机预设链条的张紧力阈值Fa，采用张力传感器实时测量链条的张紧力，并将测量得到的张紧力与张紧力阈值进行比对，采用PID控制电磁比例阀调节油缸伸缩对链条进行张紧，使链条的张紧力保持为Fa；然后，随动控制主机预设电缆夹的张力Fh且电缆夹的张力Fh满足：Fh＝Fx+Fl+Fd+Fc且Fh与Fx、Fl、Fd和Fc的方向相反，其中，T0为初始状态下，变频器给电动机方向为正方向的初始扭矩，R为主动链轮的节圆半径，Fx为滑动拖缆小车的摩擦力，Fl为链条的摩擦力，Fd为采煤机电缆的摩擦力，Fc为采煤机的反作用力且Fc＝0.5FM，FM为电缆夹的拉断力；
规定采煤机上行割煤时，电动机逆时针转动，输出正方向扭矩；采煤机下行割煤时，电动机顺时针转动，输出负方向扭矩；
步骤三、随动控制系统的启动运行：采煤机控制主机控制采煤机运行，所述采煤机电缆拖拽装置随动运行；
步骤四、判断采煤机控制主机与随动控制主机之间是否有采煤机运行反馈信号：采煤机控制主机向随动控制主机发送运行反馈信号，所述运行反馈信号包括采煤机的运行方向信号、运行速度信号和采煤机启停信号，当随动控制主机能够连续接收到采煤机控制主机发送的运行反馈信号时，说明采煤机控制主机和随动控制主机之间有采煤机运行反馈信号，执行步骤五；当随动控制主机在时间段t内均接收不到采煤机控制主机发送的运行反馈信号时，说明采煤机控制主机和随动控制主机之间无采煤机运行反馈信号，执行步骤六；
步骤五、判断有采煤机运行反馈信号时电动机的转动方向是否为逆时针：采煤机控制主机控制采煤机运行割煤并向随动控制主机输出该采煤机运行反馈信号，当采煤机上行割煤时，电动机逆时针转动，执行步骤501；当采煤机下行割煤时，电动机顺时针转动，执行步骤503；
步骤501、有采煤机运行反馈信号时电动机逆时针转动：首先，以主动链轮主轴为受力点，存在采煤机的反作用力F′c且F′c<Fc；然后，根据Fh-Fx-Fl-Fd-F′c>0，随动控制主机驱动电动机逆时针转动，链条和滑动拖缆小车被动随动；
步骤502、判断有采煤机运行反馈信号且电动机逆时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：通过随动控制主机设置链条的张紧力临界范围，所述张紧力临界范围为[0,0.9Fa)∪(1.1Fa,+∞)，采用张力传感器实时测量链条的张紧力，当张力传感器实时测量链条的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤503、有采煤机运行反馈信号时电动机顺时针转动：变频器给电动机方向为负方向的扭矩T1，计算负方向扭矩T1时电缆夹的张力并以滑动拖缆小车主轴为受力点，获取负方向扭矩T1时电缆夹的张力FH＝Fd+Fl+Fx-Fcc，其中，Fcc为方向与张力FH相同的采煤机的作用力且Fcc＝0.5FM，随动控制主机驱动电动机顺时针转动，链条和滑动拖缆小车主动随动；
步骤504、判断有采煤机运行反馈信号且电动机顺时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：当张力传感器实时测量链条的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤六、判断无采煤机运行反馈信号时链条的张紧力的变化是否为下降：采用张力传感器实时检测链条的张紧力，当链条的张紧力下降，且链条的张紧力下降至0.9Fa时，执行步骤601；当链条的张紧力未下降而上升时，且链条的张紧力上升至1.1Fa时，执行步骤603；
步骤601、无采煤机运行反馈信号时电动机逆时针转动：链条的张紧力下降至0.9Fa时，随动控制主机驱动电动机逆时针转动，保持链条的张紧力变化不超过0.05Fa，链条和滑动拖缆小车被动随动；
步骤602、判断无采煤机运行反馈信号且电动机逆时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：采用张力传感器实时测量链条的张紧力，当张力传感器实时测量链条的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤603、无采煤机运行反馈信号时电动机顺时针转动：链条的张紧力上升至1.1Fa时，随动控制主机驱动电动机顺时针转动，保持链条的张紧力变化不超过0.05Fa，链条和滑动拖缆小车主动随动；
步骤604、判断无采煤机运行反馈信号且电动机顺时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：采用张力传感器实时测量链条的张紧力，当张力传感器实时测量链条的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤七、故障报警及随动控制系统的停机：当链条的张紧力处于张紧力临界范围内时，随动控制主机控制电动机停止转动，随动控制主机与采煤机控制主机通信控制采煤机停机，并将故障信息通过串口通信模块上传至上位机，且通过与上位机连接的显示屏显示故障结果，同时随动控制主机控制报警器报警提示发生故障。
上述的方法，其特征在于：步骤二中滑动拖缆小车的摩擦力Fx满足：Fx＝Mgμg，其中，M为滑动拖缆小车质量且其单位为kg，g为重力加速度且其单位为N/kg，μg为滑动拖缆小车与中部电缆槽的底部和侧部导轨之间的摩擦因数；链条的摩擦力Fl满足：Fl＝2Gkμl，其中，Gk为链条的重量且其单位为N，μl为链条和电缆槽的摩擦因数；采煤机电缆的摩擦力Fd满足：Fd＝2Qdμd，其中，Qd为采煤机电缆的重量且其单位为N，μd为采煤机电缆和电缆槽的摩擦因数。
上述的方法，其特征在于：步骤四中所述t的取值为3s～15s。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明随动控制系统通过采煤机控制主机与随动控制主机通信，确定采煤机运行方向、运行速度和启停信号，实现采煤机电缆拖拽装置随采煤机运行方向收放采煤机电缆，确保电动机随采煤机同步运行；当采煤机控制主机与随动控制主机通信消失，通过张力传感器采集链条张力，及时控制采煤机电缆拖拽装置运行，减少生产停机次数，提高生产效率，便于推广使用。
2、本发明采煤机电缆智能随动控制方法通过有采煤机运行反馈信号和无采煤机运行反馈信号分别控制电动机顺时针转动或电动机逆时针转动，采煤机电缆配合采煤机下行割煤或上行割煤随动，采用张力传感器采集链条的张紧力，当链条出现过大扩张或是松散断裂时，均报警停机，方法有效。
3、本发明通过测距传感器获取滑动拖缆小车与主动链轮之间的距离，实现实时对滑动拖缆小车的定位跟踪，采煤机控制主机和采煤机电缆拖拽装置的运行数据均可上传至上位机，实现在线控制采煤机电缆随动。
综上所述，本发明可实时监测采煤机与采煤机电缆拖拽装置随动状态，及时保护并拖动采煤机电缆，避免采煤机采煤时发生电缆二次弯曲现象。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采煤机电缆拖拽装置的结构示意图。
图2为本发明随动控制终端的电路原理框图。
图3为本发明采煤机下行割煤时采煤机与随动控制系统的使用状态图。
图4为本发明采煤机上行割煤时采煤机与随动控制系统的使用状态图。
图5为本发明方法的流程框图。
附图标记说明:
1—机尾电缆槽； 2—链条； 3—滑动拖缆小车；
4—电缆夹； 5—从动链轮； 6—机头电缆槽；
7—电缆夹轨道； 8—采煤机电缆； 9—电动机；
10—减速器； 11—采煤机； 12—刮板输送机；
13—张力传感器； 14—张力变送器； 15—压力传感器；
16—测距传感器； 17—存储器； 18—随动控制主机；
19—电源； 20—电磁比例阀； 21—油缸；
22—变频器； 23—报警器； 24—串口通信模块；
25—上位机； 26—显示屏； 27—采煤机控制主机；
28—主动链轮。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明所述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，包括与用于控制采煤机11运行的采煤机控制主机27通信且用于控制采煤机电缆拖拽装置运行的随动控制终端，所述采煤机电缆拖拽装置包括用于保护并拖动采煤机电缆8的电缆夹4、通过链条2拖动电缆夹4在采煤机运动方向上运动的滑动拖缆小车3、用于带动链条2运动的电动机9和与电动机9的输出轴连接的减速器10，以及机尾电缆槽1、中部电缆槽和机头电缆槽6，减速器10的输出轴上连接有设置在机尾电缆槽1内的主动链轮28，机头电缆槽6内设置有从动链轮5，链条2绕在主动链轮28和从动链轮5上形成了闭合的链条环，位于所述链条环上部的链条2与滑动拖缆小车3的下部固定连接，电缆夹4与滑动拖缆小车3的上部连接，其特征在于：所述随动控制终端包括随动控制主机18和电源19，以及与随动控制主机18相接的存储器17和连接上位机25的串口通信模块24，随动控制主机18的输入端接有安装在机尾电缆槽1内壁上且用于对链条2的张力进行实时检测的张力传感器13、安装在电缆夹4上用于对采煤机电缆8的夹持力进行实时检测的压力传感器15和安装在滑动拖缆小车3上用于检测滑动拖缆小车3与主动链轮28之间的距离的测距传感器16，随动控制主机18的输出端接有报警器23、用于驱动主动链轮28转动的变频器22和用于驱动油缸21运行的电磁比例阀20，油缸21安装在机头电缆槽6上且用于推动从动链轮5张紧。
实际工作中，采煤机控制主机27首先与随动控制终端中的随动控制主机18通信，采煤机控制主机27向随动控制主机18发送采煤机的运行方向和运行速度，随动控制主机18控制变频器22使电动机9结合减速器10为主动链轮28提供动力，张力传感器13安装在机尾电缆槽1内壁上采集链条2的张力是了精确快速的测量链条2的张力变化，机尾电缆槽1内安装有主动链轮28，电动机9逆时针转动时，以主动链轮28的主轴为受力点，电动机9顺时针转动时，以滑动拖缆小车3的主轴为受力点，本实施例中，安装在刮板输送机12上的采煤机11在刮板输送机12上运行，当电动机9逆时针转动时，视为采煤机11上行割煤，当电动机9顺时针转动时，视为采煤机11下行割煤，保护并拖动采煤机电缆8的电缆夹4采用电缆夹轨道7支撑，且电缆夹4在电缆夹轨道7上往复做卷起或展开运动；当采煤机控制主机27与随动控制终端中的随动控制主机18通信消失时，采煤机11的运行会带动采煤机电缆8张紧变化，若此时随动控制终端中的张力传感器13采集的主动链轮28上的链条2张力变大时，可知，采煤机11下行割煤拉紧采煤机电缆8，电动机9顺时针转动，滑动拖缆小车3带动链条2主动随动；若此时随动控制终端中的张力传感器13采集的主动链轮28上的链条2张力变小时，可知，采煤机11上行割煤使采煤机电缆8松弛，电动机9逆时针转动，滑动拖缆小车3带动链条2被动随动。
如图2所示，本实施例中，所述张力传感器13向随动控制主机18输入张力信号的回路中串联有张力变送器14。
本实施例中，张力变送器14能够精确快速的感应链条2的张力变化，并将精准的变化速度传输至随动控制主机18，便于随动控制主机18对电动机9做出正确的控制动作。
如图2所示，本实施例中，所述上位机25的输出端连接有用于显示所述采煤机电缆拖拽装置运行的显示屏26。
本实施例中，采用串口通信模块24将随动控制主机18数据上传至上位机25，实现远程监控，显示屏26将随动控制主机18发送或接收的信息显示出来，便于操作者及时的查看采煤机电缆8随动当前结果。
本实施例中，所述随动控制主机18为PLC控制模块，所述PLC控制模块通过串口通信模块与采煤机控制主机27进行通信。
本实施例中，随动控制主机18与采煤机控制主机27之间连接有通信信号线，采煤机控制主机27与随动控制终端中的随动控制主机18通信消失即为随动控制主机18与采煤机控制主机27之间的通信信号线断了，实际操作中，随动控制系统故障包括设备运行出现大块煤堵和链条2断链，以及采煤机控制主机27与随动控制终端中的随动控制主机18通信消失，当设备运行出现大块煤堵时，张力传感器13采集的张力数据瞬间增大；当链条2断链时，张力传感器13采集的张力数据瞬间减小至0；当采煤机控制主机27与随动控制终端中的随动控制主机18通信消失，但是设备运行迟缓，通过随动控制主机18设置张力传感器13采集数据的阈值，实现采煤机电缆拖拽装置有效控制；当随动控制系统故障均通过报警器23报警提示。
本实施例中，所述测距传感器16为雷达测距传感器。
雷达测距传感器测距具有发送接收距离远的优势，可实时探测滑动拖缆小车3与主动链轮28之间的距离，实现滑动拖缆小车3实时定位跟踪。
如图5所示的一种链传动采煤机电缆智能随动控制方法，包括以下步骤：
步骤一、随动控制终端初始化：随动控制终端采用上电初始化；
一次停机故障维修后，重新开启采煤机11运行，将随动控制终端上电初始化，采煤机11开启位置不受限制，随动控制终端恢复数据对当前的采煤机11进行采煤机电缆8拖拽；
步骤二、链条和电缆夹的张紧控制及信号采集：首先，随动控制主机18预设链条2的张紧力阈值Fa，采用张力传感器13实时测量链条2的张紧力，并将测量得到的张紧力与张紧力阈值进行比对，采用PID控制电磁比例阀20调节油缸21伸缩对链条2进行张紧，使链条2的张紧力保持为Fa；然后，随动控制主机18预设电缆夹4的张力Fh且电缆夹4的张力Fh满足：Fh＝Fx+Fl+Fd+Fc且Fh与Fx、Fl、Fd和Fc的方向相反，其中，T0为初始状态下，变频器22给电动机9方向为正方向的初始扭矩，R为主动链轮28的节圆半径，Fx为滑动拖缆小车3的摩擦力，Fl为链条2的摩擦力，Fd为采煤机电缆8的摩擦力，Fc为采煤机11的反作用力且Fc＝0.5FM，FM为电缆夹4的拉断力；
规定采煤机11上行割煤时，电动机9逆时针转动，输出正方向扭矩；采煤机11下行割煤时，电动机9顺时针转动，输出负方向扭矩；
步骤三、随动控制系统的启动运行：采煤机控制主机27控制采煤机11运行，所述采煤机电缆拖拽装置随动运行；
步骤四、判断采煤机控制主机与随动控制主机之间是否有采煤机运行反馈信号：采煤机控制主机27向随动控制主机18发送运行反馈信号，所述运行反馈信号包括采煤机11的运行方向信号、运行速度信号和采煤机启停信号，当随动控制主机18能够连续接收到采煤机控制主机27发送的运行反馈信号时，说明采煤机控制主机27和随动控制主机18之间有采煤机运行反馈信号，执行步骤五；当随动控制主机18在时间段t内均接收不到采煤机控制主机27发送的运行反馈信号时，说明采煤机控制主机27和随动控制主机18之间无采煤机运行反馈信号，执行步骤六；
本实施例中，步骤四中所述t的取值为3s～15s。
步骤五、判断有采煤机运行反馈信号时电动机的转动方向是否为逆时针：采煤机控制主机27控制采煤机11运行割煤并向随动控制主机18输出该采煤机运行反馈信号，当采煤机11上行割煤时，电动机9逆时针转动，执行步骤501；当采煤机11下行割煤时，电动机9顺时针转动，执行步骤503；
步骤501、有采煤机运行反馈信号时电动机逆时针转动：首先，以主动链轮28主轴为受力点，存在采煤机11的反作用力F′c且F′c<Fc；然后，根据Fh-Fx-Fl-Fd-F′c>0，随动控制主机18驱动电动机9逆时针转动，链条2和滑动拖缆小车3被动随动；
如图4所示，本实施例中，有采煤机运行反馈信号，采煤机控制主机27控制采煤机11上行割煤，采煤机11主动向左运行，滑动拖缆小车3同步向左运行且链条2和滑动拖缆小车3被动运行，此时，采煤机11给主动链轮28主轴的作用力减小，因此，存在采煤机11的反作用力F′c变小，随动控制主机18根据接收的反馈信号以及检测的Fh-Fx-Fl-Fd-F′c>0，实时控制电动机9逆时针转动；
步骤502、判断有采煤机运行反馈信号且电动机逆时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：通过随动控制主机18设置链条2的张紧力临界范围，所述张紧力临界范围为[0,0.9Fa)∪(1.1Fa,+∞)，采用张力传感器13实时测量链条2的张紧力，当张力传感器13实时测量链条2的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤501中，有采煤机运行反馈信号且电动机9逆时针转动时，检测链条的张紧力是为了保证设备运行出现大块煤堵或者链条2断链时及时停机，避免运行设备工作在异常条件下，给生产带来更大的损失，其中，当随动控制主机18检测到链条2的张紧力突然处于(1.1Fa,+∞)范围时，说明出现大块煤堵，导致链条2异常被拉紧；当随动控制主机18检测到链条2的张紧力突然处于[0,0.9Fa)范围时，说明出现链条2断链，导致链条2上拉力减小或消失。
步骤503、有采煤机运行反馈信号时电动机顺时针转动：变频器22给电动机9方向为负方向的扭矩T1，计算负方向扭矩T1时电缆夹4的张力并以滑动拖缆小车3主轴为受力点，获取负方向扭矩T1时电缆夹4的张力FH＝Fd+Fl+Fx-Fcc，其中，Fcc为方向与张力FH相同的采煤机11的作用力且Fcc＝0.5FM，随动控制主机18驱动电动机9顺时针转动，链条2和滑动拖缆小车3主动随动；
如图3所示，本实施例中，有采煤机运行反馈信号，采煤机控制主机27控制采煤机11下行割煤，采煤机11主动向右运行，此时合力的受力点发生变化，滑动拖缆小车3同步向右运行且链条2和滑动拖缆小车3主动运行，变频器22给电动机9方向为负方向的扭矩T1，以滑动拖缆小车3主轴为受力点，重新计算受力情况，此时，负方向扭矩T1时电缆夹4的张力FH与采煤机11的作用力Fcc方向相同且向右，滑动拖缆小车3的摩擦力Fx、链条2的摩擦力Fl、采煤机电缆8的摩擦力Fd均向左，保持受力平衡实时控制电动机9顺时针转动；
步骤504、判断有采煤机运行反馈信号且电动机顺时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：当张力传感器13实时测量链条2的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤504中，有采煤机运行反馈信号且电动机9顺时针转动时，检测链条的张紧力是为了保证设备运行出现大块煤堵或者链条2断链时及时停机，避免运行设备工作在异常条件下，给生产带来更大的损失，检测方法与步骤502相同。
步骤六、判断无采煤机运行反馈信号时链条的张紧力的变化是否为下降：采用张力传感器13实时检测链条2的张紧力，当链条2的张紧力下降，且链条2的张紧力下降至0.9Fa时，执行步骤601；当链条2的张紧力未下降而上升时，且链条2的张紧力上升至1.1Fa时，执行步骤603；
步骤601、无采煤机运行反馈信号时电动机逆时针转动：链条2的张紧力下降至0.9Fa时，随动控制主机18驱动电动机9逆时针转动，保持链条2的张紧力变化不超过0.05Fa，链条2和滑动拖缆小车3被动随动；
当采煤机11与随动控制主机18之间的信号线出现异常无法传送信号时，采用张力传感器13检测链条2的张紧力上升或是下降的变化过程，避免多次停机造成生产的异常，由于采煤机11与随动控制主机18之间的无信号传输，链条2的张紧力下降至0.9Fa时，说明采煤机11向左运行，而链条2还来不及向左运行，此时，随动控制主机18驱动电动机9逆时针转动，及时对链条2进行舒展，提升张紧力，避免链条2的张紧力持续下降导致设备故障，如图4所示，电动机9逆时针转动，采煤机控制主机27控制采煤机11上行割煤。
步骤602、判断无采煤机运行反馈信号且电动机逆时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：采用张力传感器13实时测量链条2的张紧力，当张力传感器13实时测量链条2的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤602中，检测链条2的张紧力是为了保证设备运行出现大块煤堵或者链条2断链时及时停机，避免运行设备工作在异常条件下，给生产带来更大的损失，检测方法与步骤502相同。
步骤603、无采煤机运行反馈信号时电动机顺时针转动：链条2的张紧力上升至1.1Fa时，随动控制主机18驱动电动机9顺时针转动，保持链条2的张紧力变化不超过0.05Fa，链条2和滑动拖缆小车3主动随动；
由于采煤机11与随动控制主机18之间的无信号传输，链条2的张紧力上升至1.1Fa时，说明采煤机11向右运行，拉动滑动拖缆小车3带动链条2向右运行，但是，由于电动机9还未转动，导致安装在机尾电缆槽1内壁上且用于对链条2的张力检测的张力传感器13检测的数据增大，此时，随动控制主机18驱动电动机9顺针转动，及时缓解链条2扩张，减小张紧力，避免链条2的张紧力上升导致链条断裂使设备故障，如图3所示，电动机9顺时针转动，采煤机控制主机27控制采煤机11下行割煤。
步骤604、判断无采煤机运行反馈信号且电动机顺时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：采用张力传感器13实时测量链条2的张紧力，当张力传感器13实时测量链条2的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤504中，检测链条的张紧力是为了保证设备运行出现大块煤堵或者链条2断链时及时停机，避免运行设备工作在异常条件下，给生产带来更大的损失，检测方法与步骤502相同。
步骤七、故障报警及随动控制系统的停机：当链条2的张紧力处于张紧力临界范围内时，随动控制主机18控制电动机9停止转动，随动控制主机18与采煤机控制主机27通信控制采煤机11停机，并将故障信息通过串口通信模块24上传至上位机25，且通过与上位机25连接的显示屏26显示故障结果，同时随动控制主机18控制报警器23报警提示发生故障。
本实施例中，步骤二中滑动拖缆小车3的摩擦力Fx满足：Fx＝Mgμg，其中，M为滑动拖缆小车3质量且其单位为kg，g为重力加速度且其单位为N/kg，μg为滑动拖缆小车3与中部电缆槽的底部和侧部导轨之间的摩擦因数；链条2的摩擦力Fl满足：Fl＝2Gkμl，其中，Gk为链条2的重量且其单位为N，μl为链条2和电缆槽的摩擦因数；采煤机电缆8的摩擦力Fd满足：Fd＝2Qdμd，其中，Qd为采煤机电缆8的重量且其单位为N，μd为采煤机电缆8和电缆槽的摩擦因数。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，包括与用于控制采煤机(11)运行的采煤机控制主机(27)通信且用于控制采煤机电缆拖拽装置运行的随动控制终端，所述采煤机电缆拖拽装置包括用于保护并拖动采煤机电缆(8)的电缆夹(4)、通过链条(2)拖动电缆夹(4)在采煤机运动方向上运动的滑动拖缆小车(3)、用于带动链条(2)运动的电动机(9)和与电动机(9)的输出轴连接的减速器(10)，以及机尾电缆槽(1)、中部电缆槽和机头电缆槽(6)，减速器(10)的输出轴上连接有设置在机尾电缆槽(1)内的主动链轮(28)，机头电缆槽(6)内设置有从动链轮(5)，链条(2)绕在主动链轮(28)和从动链轮(5)上形成了闭合的链条环，位于所述链条环上部的链条(2)与滑动拖缆小车(3)的下部固定连接，电缆夹(4)与滑动拖缆小车(3)的上部连接，其特征在于：所述随动控制终端包括随动控制主机(18)和电源(19)，以及与随动控制主机(18)相接的存储器(17)和连接上位机(25)的串口通信模块(24)，随动控制主机(18)的输入端接有安装在机尾电缆槽(1)内壁上且用于对链条(2)的张力进行实时检测的张力传感器(13)、安装在电缆夹(4)上用于对采煤机电缆(8)的夹持力进行实时检测的压力传感器(15)和安装在滑动拖缆小车(3)上用于检测滑动拖缆小车(3)与主动链轮(28)之间的距离的测距传感器(16)，随动控制主机(18)的输出端接有报警器(23)、用于驱动主动链轮(28)转动的变频器(22)和用于驱动油缸(21)运行的电磁比例阀(20)，油缸(21)安装在机头电缆槽(6)上且用于推动从动链轮(5)张紧。
2.按照权利要求1所述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其特征在于：所述张力传感器(13)向随动控制主机(18)输入张力信号的回路中串联有张力变送器(14)。
3.按照权利要求1或2所述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其特征在于：所述上位机(25)的输出端连接有用于显示所述采煤机电缆拖拽装置运行的显示屏(26)。
4.按照权利要求3所述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其特征在于：所述随动控制主机(18)为PLC控制模块，所述PLC控制模块通过串口通信模块与采煤机控制主机(27)进行通信。
5.按照权利要求3所述的一种链传动采煤机电缆智能随动控制系统，其特征在于：所述测距传感器(16)为雷达测距传感器。
6.一种利用如权利要求4所述系统进行链传动采煤机电缆智能随动控制的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、随动控制终端初始化：随动控制终端采用上电初始化；
步骤二、链条和电缆夹的张紧控制及信号采集：首先，随动控制主机(18)预设链条(2)的张紧力阈值Fa，采用张力传感器(13)实时测量链条(2)的张紧力，并将测量得到的张紧力与张紧力阈值进行比对，采用PID控制电磁比例阀(20)调节油缸(21)伸缩对链条(2)进行张紧，使链条(2)的张紧力保持为Fa；然后，随动控制主机(18)预设电缆夹(4)的张力Fh且电缆夹(4)的张力Fh满足：Fh＝Fx+Fl+Fd+Fc且Fh与Fx、Fl、Fd和Fc的方向相反，其中，T0为初始状态下，变频器(22)给电动机(9)方向为正方向的初始扭矩，R为主动链轮(28)的节圆半径，Fx为滑动拖缆小车(3)的摩擦力，Fl为链条(2)的摩擦力，Fd为采煤机电缆(8)的摩擦力，Fc为采煤机(11)的反作用力且Fc＝0.5FM，FM为电缆夹(4)的拉断力；
规定采煤机(11)上行割煤时，电动机(9)逆时针转动，输出正方向扭矩；采煤机(11)下行割煤时，电动机(9)顺时针转动，输出负方向扭矩；
步骤三、随动控制系统的启动运行：采煤机控制主机(27)控制采煤机(11)运行，所述采煤机电缆拖拽装置随动运行；
步骤四、判断采煤机控制主机与随动控制主机之间是否有采煤机运行反馈信号：采煤机控制主机(27)向随动控制主机(18)发送运行反馈信号，所述运行反馈信号包括采煤机(11)的运行方向信号、运行速度信号和采煤机启停信号，当随动控制主机(18)能够连续接收到采煤机控制主机(27)发送的运行反馈信号时，说明采煤机控制主机(27)和随动控制主机(18)之间有采煤机运行反馈信号，执行步骤五；当随动控制主机(18)在时间段t内均接收不到采煤机控制主机(27)发送的运行反馈信号时，说明采煤机控制主机(27)和随动控制主机(18)之间无采煤机运行反馈信号，执行步骤六；
步骤五、判断有采煤机运行反馈信号时电动机的转动方向是否为逆时针：采煤机控制主机(27)控制采煤机(11)运行割煤并向随动控制主机(18)输出该采煤机运行反馈信号，当采煤机(11)上行割煤时，电动机(9)逆时针转动，执行步骤501；当采煤机(11)下行割煤时，电动机(9)顺时针转动，执行步骤503；
步骤501、有采煤机运行反馈信号时电动机逆时针转动：首先，以主动链轮(28)主轴为受力点，存在采煤机(11)的反作用力Fc'且Fc'＜Fc；然后，根据Fh-Fx-Fl-Fd-F'c＞0，随动控制主机(18)驱动电动机(9)逆时针转动，链条(2)和滑动拖缆小车(3)被动随动；
步骤502、判断有采煤机运行反馈信号且电动机逆时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：通过随动控制主机(18)设置链条(2)的张紧力临界范围，所述张紧力临界范围为[0,0.9Fa)∪(1.1Fa,+∞)，采用张力传感器(13)实时测量链条(2)的张紧力，当张力传感器(13)实时测量链条(2)的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤503、有采煤机运行反馈信号时电动机顺时针转动：变频器(22)给电动机(9)方向为负方向的扭矩T1，计算负方向扭矩T1时电缆夹(4)的张力并以滑动拖缆小车(3)主轴为受力点，获取负方向扭矩T1时电缆夹(4)的张力FH＝Fd+Fl+Fx-Fcc，其中，Fcc为方向与张力FH相同的采煤机(11)的作用力且Fcc＝0.5FM，随动控制主机(18)驱动电动机(9)顺时针转动，链条(2)和滑动拖缆小车(3)主动随动；
步骤504、判断有采煤机运行反馈信号且电动机顺时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：当张力传感器(13)实时测量链条(2)的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤六、判断无采煤机运行反馈信号时链条的张紧力的变化是否为下降：采用张力传感器(13)实时检测链条(2)的张紧力，当链条(2)的张紧力下降，且链条(2)的张紧力下降至0.9Fa时，执行步骤601；当链条(2)的张紧力未下降而上升时，且链条(2)的张紧力上升至1.1Fa时，执行步骤603；
步骤601、无采煤机运行反馈信号时电动机逆时针转动：链条(2)的张紧力下降至0.9Fa时，随动控制主机(18)驱动电动机(9)逆时针转动，保持链条(2)的张紧力变化不超过0.05Fa，链条(2)和滑动拖缆小车(3)被动随动；
步骤602、判断无采煤机运行反馈信号且电动机逆时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：采用张力传感器(13)实时测量链条(2)的张紧力，当张力传感器(13)实时测量链条(2)的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤603、无采煤机运行反馈信号时电动机顺时针转动：链条(2)的张紧力上升至1.1Fa时，随动控制主机(18)驱动电动机(9)顺时针转动，保持链条(2)的张紧力变化不超过0.05Fa，链条(2)和滑动拖缆小车(3)主动随动；
步骤604、判断无采煤机运行反馈信号且电动机顺时针转动时链条的张紧力是否处于张紧力临界范围内：采用张力传感器(13)实时测量链条(2)的张紧力，当张力传感器(13)实时测量链条(2)的张紧力处于张紧力临界范围内时，执行步骤七；否则，执行步骤二；
步骤七、故障报警及随动控制系统的停机：当链条(2)的张紧力处于张紧力临界范围内时，随动控制主机(18)控制电动机(9)停止转动，随动控制主机(18)与采煤机控制主机(27)通信控制采煤机(11)停机，并将故障信息通过串口通信模块(24)上传至上位机(25)，且通过与上位机(25)连接的显示屏(26)显示故障结果，同时随动控制主机(18)控制报警器(23)报警提示发生故障。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤二中滑动拖缆小车(3)的摩擦力Fx满足：Fx＝Mgμg，其中，M为滑动拖缆小车(3)质量且其单位为kg，g为重力加速度且其单位为N/kg，μg为滑动拖缆小车(3)与中部电缆槽的底部和侧部导轨之间的摩擦因数；链条(2)的摩擦力Fl满足：Fl＝2Gkμl，其中，Gk为链条(2)的重量且其单位为N，μl为链条(2)和电缆槽的摩擦因数；采煤机电缆(8)的摩擦力Fd满足：Fd＝2Qdμd，其中，Qd为采煤机电缆(8)的重量且其单位为N，μd为采煤机电缆(8)和电缆槽的摩擦因数。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤四中所述t的取值为3s～15s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171222 Termination date: 20200322 |