淺談PLC控制器在采煤機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

[摘要]在對(duì)煤礦采煤機(jī)控制現(xiàn)狀進(jìn)行歸納總結(jié)后，對(duì)基于PLC控制器的采煤機(jī)控制方案進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述。最后，對(duì)采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件選型和軟件工作流程進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。

[關(guān)鍵詞]采煤機(jī)；PLC；電控系統(tǒng)

從目前煤礦作業(yè)上采煤機(jī)控制方式來(lái)看，電牽引采煤機(jī)的調(diào)速控制方式主要包括滑差調(diào)速、開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速、變頻調(diào)速、以及PLC控制調(diào)速等多種方式。工程實(shí)際應(yīng)用中，由于滑差調(diào)速和開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、接線較繁雜、檢修維護(hù)不方便、可靠性靈活性較差、以及實(shí)際使用過(guò)程中容易出現(xiàn)“拒動(dòng)”、“誤動(dòng)”等不利工況，而變頻調(diào)速控制方式其內(nèi)部電子元器件自身散熱問(wèn)題一直成為制約其在采煤機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展。采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能集成化、操作維護(hù)方便、可靠性高、靈活性強(qiáng)PLC控制器，對(duì)電牽引采煤機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，其所能獲得的控制效果十分優(yōu)越，能夠收到良好的應(yīng)用效果。

1、煤礦采煤機(jī)控制現(xiàn)狀

煤礦作業(yè)面上采煤機(jī)的主要包括割煤、裝煤等諸多功能，是煤礦開(kāi)采生產(chǎn)的核心機(jī)械設(shè)備之一，在整個(gè)煤礦采煤機(jī)械設(shè)備機(jī)械化、自動(dòng)化、高效化過(guò)程控制生產(chǎn)線上占據(jù)非常重要的地位。電牽引已成為我國(guó)采煤機(jī)發(fā)展的主要方向，但常規(guī)采煤機(jī)控制系統(tǒng)中，均存在分立式電控系統(tǒng)，也就是包括繼電器板、電源板、檢測(cè)電路板、顯示板、以及不同輸出電壓功率等級(jí)的控制變壓器，其內(nèi)部線路不僅復(fù)雜，外接插線部位較多，智能自動(dòng)化水平較低。因此，利用三菱PLC可編程控制器對(duì)常規(guī)采煤機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，不僅可以提高采煤機(jī)工作可靠性、安全性，同時(shí)還可以有效減少采煤機(jī)故障率和維修量，提高采煤機(jī)控制系統(tǒng)的智能自動(dòng)化水平。數(shù)字信息化技術(shù)深入到煤礦井下，這也是煤礦采煤技術(shù)向智能自動(dòng)化方向發(fā)展的主要方向。三菱PLC可編程控制器在采煤機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，以其優(yōu)良的工作性能在采煤機(jī)控制系統(tǒng)中發(fā)揮非常優(yōu)越的功能作用。三菱PLC利用集成存儲(chǔ)邏輯控制單元代替常規(guī)繼電器接線邏輯，不僅可以減少采煤機(jī)控制設(shè)備的外部電路接線，同時(shí)其集成智能自動(dòng)化水平較高，便于檢修維護(hù)。另外，基于PLC的控制系統(tǒng)，其電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)較常規(guī)控制系統(tǒng)減少非常多，其控制系統(tǒng)運(yùn)行故障率得到大大控制和降低。且PLC控制系統(tǒng)具備硬件故障自檢測(cè)功能，能夠根據(jù)內(nèi)部檢測(cè)信息自動(dòng)判斷故障類型和進(jìn)行故障定位，從而大大提高控制系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠性。

2、采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)方案

基于PLC的采煤機(jī)控制系統(tǒng)，其主要包括可編程控制器(PLC)、變頻器、數(shù)顯觸摸屏、以及數(shù)據(jù)信號(hào)通信傳輸共享技術(shù)，共同控制采煤機(jī)上的兩臺(tái)截割電機(jī)、兩臺(tái)牽引電機(jī)、以及兩臺(tái)油泵電機(jī)的運(yùn)行操作，從而使采煤機(jī)控制系統(tǒng)的控制方式和保護(hù)性能得到進(jìn)一步完善，不僅其操作方便靈活，同時(shí)大大提供控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。整個(gè)PLC控制系統(tǒng)采用“一拖一”控制方式，即兩臺(tái)變頻器分別獨(dú)立拖動(dòng)兩個(gè)采煤機(jī)牽引電機(jī)，確?？刂葡到y(tǒng)控制精度和可靠性?；赑LC采煤機(jī)控制系統(tǒng)，其電控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止；啟動(dòng)預(yù)報(bào)警；采煤機(jī)牽引電機(jī)左、右牽引；采煤機(jī)左、右滾筒油泵電機(jī)的升、降；采煤機(jī)左、右截割電機(jī)的啟動(dòng)、停止；采煤機(jī)左、右截割電機(jī)的恒功率動(dòng)作保護(hù)、溫度越限保護(hù)、電機(jī)過(guò)載保護(hù)、硬件故障監(jiān)測(cè)；以及采煤機(jī)牽引變壓器的溫度保護(hù)等動(dòng)作控制和保護(hù)功能。

3、采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件選型

3.1 可編程控制器(PLC)。PLC控制器是整個(gè)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)的邏輯控制中心，本控制方案中選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC[1]。當(dāng)采煤機(jī)在正常工作時(shí)，變頻器控制電機(jī)輸出功率是恒定的，也就是采煤機(jī)速度、牽引方向、采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)加、減速、以及兩臺(tái)截割電機(jī)的啟動(dòng)、停止、溫度、硬件電路檢測(cè)、電流電壓信號(hào)采樣、以及零位抱閘等功能和保護(hù)控制均可以通過(guò)PLC控制器的邏輯控制，而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制保護(hù)功能。擴(kuò)展功能模塊從電氣控制系統(tǒng)中的基本單元處獲得控制電源，也就是整個(gè)控制系統(tǒng)無(wú)需額外增加電源設(shè)備，就能確?？刂葡到y(tǒng)供電可靠性?；赑LC控制器的采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)，其I/O分配和對(duì)應(yīng)功能性能如圖1所示：

3.2 變頻器。本方案中變頻器選用日本三菱公司生產(chǎn)的FR-A740系列變頻器，其自身具有保護(hù)功能齊全，運(yùn)行可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，如過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓等均能通過(guò)內(nèi)部硬件電路自檢測(cè)進(jìn)行及時(shí)報(bào)警及停止，以減少采煤機(jī)故障，提高其運(yùn)行可靠性和安全性能。本系統(tǒng)中所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，兩臺(tái)變頻器分主、從變頻器。其中，主變頻器主要由PLC控制器給出速度給定，而從變頻器以主變頻器的轉(zhuǎn)矩輸出作為其轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，也就是說(shuō)主變頻器主要采取采煤機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩環(huán)相結(jié)合的控制方式，而從變頻器僅由轉(zhuǎn)矩環(huán)控制，即從變頻器是跟隨主變頻器動(dòng)作。

3.3 觸摸屏。本方案中選用西門(mén)子的TP170A彩色觸摸操作面板作為本系統(tǒng)的可視化操作控制平臺(tái)，與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)連接，利用強(qiáng)大的工業(yè)觸摸屏模擬組態(tài)仿真軟件進(jìn)行整個(gè)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[2]。

4、采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件控制流程

整個(gè)采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)的軟件編程時(shí)采用了模塊化、流程化簡(jiǎn)明結(jié)構(gòu)，每一功能模塊的邏輯程序結(jié)構(gòu)均較為簡(jiǎn)單，這樣有利于邏輯控制程序的修改和調(diào)試。如采煤機(jī)“左牽”或“右牽”邏輯控制程序而言，當(dāng)采煤機(jī)已處于左牽引控制工況，如果按下“右牽”按鈕時(shí)，此時(shí)PLC控制器會(huì)形成對(duì)應(yīng)控制信號(hào)作用在變頻器上控制采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)減速；如果PLC一直采集到“右牽”按鈕信號(hào)時(shí)，則采煤機(jī)在變頻器控制下其速度將會(huì)逐步減小直到零速。但當(dāng)采煤機(jī)達(dá)到零速后，其不會(huì)繼續(xù)向右牽引，只有在松開(kāi)“右牽”按鈕，并重新選擇“左牽”或“右牽”按鈕時(shí)，則采煤機(jī)在PLC和變頻器控制下才能沿所選的牽引方向行走，這樣可以有效避免操作人員人為誤操作事故發(fā)生，提高控制系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠性。

5、結(jié)束語(yǔ)

基于PLC控制器的采煤機(jī)控制系統(tǒng)，其將PLC、變頻器、以及觸摸屏等先進(jìn)控制設(shè)備應(yīng)用到采煤機(jī)電控系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)備故障自檢自診斷功能，使整個(gè)采煤機(jī)控制系統(tǒng)整體性能得到大大提高，在采煤機(jī)控制領(lǐng)域具有較大應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]三菱電氣公司.三菱可編程控制器FX系列特殊功能模塊用戶手冊(cè)[Z].北京:北京三菱電機(jī)出版，2007.

[2]李俊秀.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.