一、采煤机自动控制功能概述
采煤机的自动化是整个工作面自动化的中心环节。JOY7LS1A采煤机配备记忆智能程控煤岩分界识别及控制系统即记忆截割系统，该系统是一种基于位置传感器和计算机记忆截割的技术，通过计算机的记忆储存及自动控制实现采煤机滚筒的自动调高。
记忆截割系统是采煤机的可选功能。此系统增强了采煤机支架联动（SIRSA）系统功能，可在JNA Face Boss电控系统中编制不同的割煤方法。一旦编制了这些方法并启动后，采煤机将在司机最小限度的干预下自动运行。
记忆截割程序使用两个安装在摇臂根部的角度传感器，跟踪两个摇臂的高度，每个摇臂各使用1个角度传感器。在电控箱中装有两个俯仰/摇摆传感器，程序用来跟踪采煤机的俯仰和摇摆角度。这些部件与JNA Face Boss系统一起可使采煤机沿工作面自动运行，而不受坡度和摇摆角度的影响。
图1 采煤机传感器
二、自动控制实现方式
要实现采煤机记忆截割功能需按要求完成以下基本设置。
1.输入记忆截割参数
操作人员需要在自动操作屏幕上输入以下参数以实现记忆割煤。主要包括清除学习模式的数据、最大煤层厚度、最小煤层高度、采煤机“X”“Y”“Z”方向相关尺寸、摇臂的长度及其显示单位、支腿间距、滚筒直径、高度阈值、摇臂调整阈值、滚动传感器的满刻度值、俯仰传感器的满刻度值、左臂角度传感器满刻度值、右臂角度传感器满刻度值、Delta高度、手动转换模式、记忆截割控制模式、卧底控制最大范围、左滚筒卧底量、右滚筒卧底量、卧底控制选择、煤层俯仰角补偿、俯仰角变化增量、左摇臂角度修正值、右摇臂角度修正值、俯仰角度修正值、摇摆角度修正值、顶板控制、禁止检查。
2.采煤机支架联动参数
操作人员需打开牵引参数屏幕输入以下参数，主要包括左端头支架、右端头支架、机头自动停止支架、机尾自动停止支架、左复位支架、右复位支架。
3.俯仰/摇摆传感器设定
JNA Face Boss系统需要与关于采煤机位置有关的信息才能正常工作，俯仰和摇摆传感器给系统提供了采煤机水平位置的信息。使用记忆割煤前，必须先对俯仰和摇摆传感器进行标定。这两个传感器的校准程序要求标定以下四个参数：俯仰值的满刻度值、摇摆值的满刻度值、俯仰角度的修正值、摇摆角度的修正值。
4.支架宽度设定
JNA Face Boss系统存储的采煤机相对于支架系统的位置信息是记忆截割和采煤机支架联动的操作的基本信息。采煤机操作人员在执行这些操作以前必须先执行支架宽度标定。
5.摇臂角度传感器设定
JNA Face Boss系统需要摇臂的位置信息才能正确执行自动割煤功能。摇臂角度传感器放置在每一个摇臂中，能够为系统提供摇臂位置的信息。在使用记忆截割前，两个摇臂的测角仪都必须要进行校准。JNA Face Boss系统提供了自动的和手动两种校准传感器的方法。
测角仪的校准过程要求校准以下四个参数：左摇臂测角仪满刻度值、右摇臂测角仪满刻度值、左摇臂测角仪修正值、右摇臂测角仪修正值。
6.编辑记忆截割程序过程表
JNA Face BossSystem用过程表去控制所有记忆截割的程序。有不同的方法来配置记忆截割的功能。摇臂自动控制模式通常是输入一个“过程区间”，此过程区间包括相关的牵引和启/停的支架号。控制系统保存的过程区间的数量是不受限制的，这些过程区间组成一个过程表。能够创建和保存多个过程表，每个表都有唯一名字。
记忆截割系统使用存储在程序表中的信息自动的执行采煤机的某些操作。这些自动的操作包括沿着底板中部槽移动采煤机和升高/降低摇臂。过程表被分成不同的区间，每个区间制定采煤机在刮板输送机的某一段上的采煤机动作。在通常的记忆截割配置中，经常使用下列点作为参考。如图2所示。
图2 记忆割煤配置中的参考点
7.设定摇臂控制模式
在建立的一个过程区间内，每个摇臂都可以设定为不同的模式，包括：
1手动模式：操作人员手动控制每个摇臂的高度。
2程序模式：仅仅在水平或者坡度变化较小时使用。自动运行时，程序模式将控制摇臂并设定摇臂固定的截割高度。此高度为与当前摇摆角的平行线垂直的滚筒中心到中部槽底板之间的距离。
3程序差模式：允许采煤机在正的或负的高度情况下，自动的控制尾部或参考基准的滚筒。这个高度由导向滚筒和尾滚筒的高度差值所决定的。当采煤机开始截割时，导向滚筒的高度被储存。尾滚筒将以确定的垂直偏差值跟随相同的截割轮廓，垂直差值导向滚筒和尾滚筒中心间的垂直距离。当新建立一个程序差区间时，在过程表中输入此垂直差值。正确的差值为采高减去滚筒直径（偏差=要求采高-滚筒直径）。程序差模式、程序模式或重复模式都可以手动操作导向滚筒，程序差模式用于固定采高的煤层。
卧底控制功能加强了程序差模式的功能，它可以控制卧底量。如果记忆割煤程序试图把滚筒升离底板或试图向下割底板，卧底控制将把卧底深度限定在卧底控制量最大区间参数、左滚筒卧底量和右滚筒卧底量参数限定的范围内，每个方向都可以使用或禁止卧底控制。
4有基准的程序差模式：此模式用于自动控制导向滚筒和尾滚筒。这个模式和程序差模式相似，但不用导向滚筒作为基准，用程序表中以前一区间中储存的高度作为基准。
5重复模式：允许司机把工作面的轮廓输入记忆截割程序，然后在割煤过程中重复。在沿工作面的手动控制割煤过程中，记忆割煤系统保存或学习一个摇臂的高度轮廓。一旦采煤机保存了轮廓曲线，且处于自动模式，重复模式将复制保存割煤过程。如果在重复模式下，操作人员手动调节了摇臂高度，一旦松开摇臂按钮，摇臂将自动返回程序保存的高度。在任何时候操作人员能够将采煤机切换回“学习”重新保存一段工作面轮廓曲线。
6在线学习功能：当工作面轮廓变化，司机可能发现有必要重新执行教学模式来记忆工作面的轮廓。从自动模式切换到学习模式，可开始学习模式。
三、测试及应用情况
某矿44305工作面从2008年9月份开始采用自动化工艺进行生产，生产中实际采煤机速度为6-8m/min，最大可达10m/min，每刀煤平均用时1h，生产班割煤6-7刀，每天割煤14刀，每刀煤平均产量665t，工作面平均日产9310t，最高日产9730t，工作面具备年产300万t能力。
在自动化测试阶段，先后试验了采煤机尾滚筒随动割煤、采煤机记忆割煤、采煤机记忆割煤加有线远程干预三种自动化工艺。其效果评价如下：
①尾滚筒随动割煤评价
测试方案：由一个煤机司机操作导向滚筒，尾滚筒随动，并通过采高设定及底板控制等参数进行约束。
测试结果：可实现单人操作采煤机，煤机司机可根据工作面变化及时调整导向滚筒高度，采煤机对顶底板控制较好。该工艺必须有操作人员跟机作业，在1.8m采高条件下，当采煤机速度超过6m/min时，人员跟机操作困难，采煤机割煤能力得不到充分发挥。
②采煤机记忆割煤效果评价
测试方案：采煤机采用记忆截割，支架跟随采煤机自动拉架、推溜，在工作面条件恶劣的区段对采煤机进行人工干预，工作面变化较大时采煤机学习标准刀。正常工作时采煤机司机监护煤机运行状况，遇到紧急情况进行干预操作，支架工监护支架运行情况，对未动作到位的支架进行人工干预。
测试结果：采用双向割煤工艺进行“学习/重复模式”记忆割煤。采煤机可以对不同区段滚筒高度进行记忆，但试验过程中发现煤机在底板变化不大的情况下能够比较准确地控制滚筒高度，不割顶底板；在底板变化较大的地方，对割煤高度控制不好，时常出现割顶、割底、留台阶等情况，影响煤质，需要加以人工干预或重新学习。另外，该工艺通过采煤机自动重复示范刀割煤，该方式下不能有效对工作面内的设备和巡视人员的安全状况进行监测。
③采煤机记忆割煤加有线远程干预效果评价
测试方案：采用煤机记忆割煤、支架跟机自动化，操作人员根据工作面机头监控系统提供的信息对煤机及支架进行远程干预。该工艺通过采煤机上的摄像系统对工作面进行远程监视，主要解决了工作面内设备和人员的安全问题，并可通过远程干预实时调整采煤机滚筒高度，适应煤层变化。
测试结果：无人工作面自动化工艺在顶底板条件较好的情况下可以实现所要求的功能，实现工作面全自动化、无人化运行。在工作面地质条件变化区域，部分功能受干扰因素较多，应用效果有待提高。
存在的主要问题：首先视频监控范围有限，操作人员无法看到整个工作面设备的实际运行状态；发生支架推拉销断、液管损坏、煤机拖拽电缆损坏等紧急情况时无法及时发现。其次采煤机司机通过视频监测工作面顶底板情况存在一定视觉误差，无法做到准确控制采煤机滚筒高度，保证割煤质量。
④支架三角区域自动化试验效果评价
测试情况：对支架三角区自动化程序进行了测试，程序可以实现预期功能。原程序存在三角区范围太长的缺点，现在程序已经修改，可根据实际工艺设置三角区返刀距离。机头属人员相对集中区域，机头、机尾端头支架与刮板机驱动盖板间距离较小，在上述区域运行自动化拉架程序存在一定人员及设备安全隐患，需在监护下运行自动化程序。
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