摘要：以自然γ射线煤层识别传感模型为基础，对基于单片机的采煤滚筒自动调控控制系统进行了分析，并制定了调高方案，构建了理想化控制模型，实际应用效果较理想。
关键词：单片机；采煤机；自动调高控制系统
引言
现有采煤作业中，滚筒高度依然采用人工操作，主要利用电磁阀带动油缸完成操作，但是如果调节不及时，就会导致滚筒切入上方岩石，进而产生一系列问题，严重时还会产生爆炸。目前在科学技术的带动下，很多新型技术和工艺已经成功应用到采煤中，提高了采煤机械化。目前，我国要求采煤机工作中必须使用预留顶煤工艺作业，但此种要求人工很难完成，因此必须实现滚筒自动调高，满足采煤自动化的发展。
1滚筒调高控制系统作业原理
双滚筒采煤机双向均可采煤，一般上巷滚筒采集上部区域，下巷采集下半区域。通常将传感器安装在滚筒位置。由于采煤机结构特殊，必须借助传感器获得相关数据。所以将传感器布置在两个滚筒中央靠近煤壁的一侧操作[1]。为了得到理想的支撑顶板效果，必须合理控制顶板起伏与支架的接触面。一般将最大台阶控制在4cm。煤厚传感器被安装在采煤机中央，实际工作中，滚筒中心轴可与传感器保持一定距离，进而发出牵引响声，导致传输数据出现延时。为了消除延时，可将上次测量数据作为本次定值，然后记录切割循环顶板变化。除此之外，由于采煤机连续煤体作业，所以必须合理选择采样间隔。从现场调研结果分析，在2m中顶板一般不会出现较大起伏，因此可在1.5m处进行测量，满足系统操作要求。系统运行时，在第一个工作循环时，采用人工控制滚筒顺着煤岩分界线运行。等到采集点时，将数据转换成煤厚代码应用，可表示滚筒理想参考信号。之后从若干个工作循环，储存本次煤层厚，并跟踪上一次，利用控制器控制滚筒高度。
2滚筒调高控制系统的组成
经过分析可知，采煤机对调控控制系统的要求较低，保证方便调节滚筒高度即可，所以进行整体系统设计时，只需针对性的选择各个元件即可，而且有校准装置的作用，可满足系统工作精细度要求[2]。2.1煤厚传感器该传感器属于碘化钠闪烁晶体γ射线探测器，主要使用γ射线测量，安全性较高，一般操作人员与井下工作者不会存下放射源等问题。2.2数字控制器2.2.1系统传递函数伺服系统开闭环传递函数可从下图方框图（见图1）中求得。经过分析发现，该电液伺服阀主要进行二阶振荡，油缸主要进行惯性操作，电液伺服为非线性环节，一般由饱和与非线性组成。可以将传递函数表示如下:如果传感器放大倍数K4=0.027，油缸位移在0到50m，A/D转换输入电压在0~5V，那么电压伺服阀最大为9V时，为提高前向通道倍数，减少对空气输出的影响，可将K1×K3=30。经过上述取值分析后，可以将非线性环境提高控制器，系统图表示为下页图2所示。2.2.2采样周期采样周期较重要，直接系统运行效率。由于采煤机调高控制系统主要进行流量控制，所以可令T0=1。2.2.3设计数字控制器由于系统运行时间较长，所以实际操作中可应用变放大系数进行数字控制器控制。可以将数字控制器和非线性元件合成为较统一的整体，并记为D-D环节，则放大系数Kk与非线性元件特性密切相关[3]。
3液压组件合理选择
滚筒高度对危机控制系统的调节具有很大作用，属于附加的采煤控制功能，由于原有控制逻辑所受的影响因素较多，所以进行液压组建时，必须以原始采煤机液压组件为基础。电液伺服阀为QDY1型电流伺服阀，同时还要合理控制线圈电阻，通常将其设定为30Ω；额定电流是300mA；电压设定成90V；允许通过电流是450mA；灵敏度必须低于0.05%。应用可进行正负输出的GF-10型功率放大器操作，可以将输出最大电流设置成10V，电流为1A，满足电液伺服阀工作要求[4]。
4硬件系统组成及作业原理
采煤机调高控制图如图3所示，系统的主要器件为MCS51的8031单片机，采用Intel8030微控制器操作，属于8位微控制器，具有较强的兼容性，软件资料较充足，具有较广的应用范围。系统中的8030可结合煤厚度及数字控制器处理数据[5]。
4.1A/D转换
位移传感器主要输出模拟量，利用单片机及时处理数字量，并对模拟量A/D进行转换。该系统使用ADC0809八位A/D转换器，要求最大不可调误差必须小于±1LSB，各个通道转换时间控制在100μs。模拟通道所需地址译码可输入A、B、C由P0.0到P0.2提供，由于ADC0809通道锁存功能不存在，所以P0.0到P0.2一般不使用锁存器就能接入A、B、C。此外系统可以利用ADC0809引脚联系ALE和ATART，进而让ALE信号直接写入地址信息，然后快速启动模数转换。
4.2D/A转换
电液伺服阀所输入均为模拟量，因此实际应用中，要将输出的数字量转化为模拟量再进行应用。本系统中主要使用ADC0809数模转换器操作，由于其数字量输入锁存功能较强，所以数字量可直接从8031P0口送入。此外，0832是电流输出型D/A转换器，如果要得到模拟电压，必须增加转换电路。该系统主要使用两级运算放大器组建模拟电压输出电路。从伺服阀输出信号性质判断，伺服阀输入端信号呈双极性，因此可以将信号输出电压表示成±5V。
4.3键盘/显示
该系统的核心是完成γ射线强度、数据显示、煤厚度测量与功能转换等与操作，所以要求系统键盘必须显示扩展。经过分析可知，8031应用的I/O线数量较少，一般可扩展形成I/O行列键盘。同时能够应用8155并列扩展接口芯片组成6位LED显示器和4×4键盘电路。进行此种操作，可形成10个数字键和6个功能键。PA提供列输入，PC0-PC3提供行输出。按键设计的核心是列与行焦点，列与行主要与按键开关相连。行线在5.1kΩ上拉电阻并接连到+5V的电压上，此种操作的主要特点是确保断开按键后钳位可高度平衡。
4.4软件设计
进行系统程序设计时，核心是进行系统初始化操作，主要目的是及时解决子程序模块存放起始地址与参数传递的问题。经过分析，可以将主程序思路设计为：开始显示“请提供符合符的功能键”，各按键满足各项要求后，再处理定时计数，最后计算煤厚度。主程序框图如下页图4所示。
5结语
采煤机自动调高控制系统对采煤工作效率的提升具有很大作用。因此，结合实践需求，构建控制模型，并进行相关计算，验证以单片机为核心的控制系统的作用，可以精确、有效地对煤厚及滚筒高度进行预测，进而得到理想的结果。
参考文献
[1]苏秀平.采煤机自动调高控制及其关键技术研究[J].中国矿业大学，2013（5）：58.
[2]李晓豁，李烨健，刘述明，等.基于预测控制的采煤机滚筒自动调高系统[J].计算机系统应用，2014（4）：72-73.
[3]苏秀平，李威，樊启高.采煤机滚筒调高滑模变结构控制策略[J].煤炭学报，2012（12）：36-38.
[4]张春雨.采煤绘画艺术论文机滚筒调高电液比例控制系统的研究[J].太原理工大学，2014（9）：23.
[5]赵丽娟，李苗.采煤机自动调高系统的模糊PID控制仿真[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版），2016（10）：45-47.
作者：武文超 单位：山西焦煤汾西矿业高阳煤矿
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