基于PLC的采煤機控制系統(tǒng)分析

摘 要：煤炭開采所處環(huán)境較為惡劣，所以，采煤機很容易受到矸石和煤炭載荷沖擊，對其造成損壞。使用PLC和變頻器相互結(jié)合的控制系統(tǒng)可以提高采煤機的可靠性，提高采煤效率。筆者對此進行研究，同時針對電磁干擾對該系統(tǒng)的影響，提出解決策略。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；采煤機；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)功能

中圖分類號：TD632 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）01-0048-02

Analysis of the Control System of the Shearer Based on PLC

DAI Shuguang

（China Pingmei Shenma Group One Mine，Pingdingshan Henan 467000）

Abstract： The environment of coal mining is very bad， so the coal mining machine is easily impacted by the load of gangue and coal， causing damage to it. The control system combined with PLC and frequency converter can improve the reliability of shearer and improve the efficiency of coal mining. The author studied it， and analyzed the solution strategy according to the influence of electromagnetic interference on the system.

Keywords： PLC control system；coal shearer；system structure；system function

在綜采工作面的機械設(shè)備里，采煤機工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，這對采煤機的重要部件會造成一定的損壞，進而使得采煤機不能正常運轉(zhuǎn)。要想使采煤機避免上述因素的影響，延長其使用期限，那么提高設(shè)備控制和監(jiān)控的自動化水平就顯得很有必要。

1 采煤機簡述

1.1 采煤機結(jié)構(gòu)

采煤機主要由電氣系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、截割部及牽引部組成。采煤機構(gòu)件分兩大類：其一是機械構(gòu)件，主要包括機架、液壓、左右牽引傳動箱、左右搖臂及滾筒、噴霧部件；其二是電氣構(gòu)件，主要包括左右牽引電機、左右截割電機和各種控制箱等。

1.2 采煤機工作流程

采煤機、液壓支架、刮板輸送機是綜采工作面主要用到的機電設(shè)備，也就是平常所說的“三機配套”。在采煤過程中，通過輸送機的銷排嚙合和牽引部的齒軌輪相互作用，使采煤機能夠往復(fù)行走，同時利用高泵升降滾筒來應(yīng)對每層高度的變化情況。割煤時，頂煤是由前滾筒來切割，而底煤是由后滾筒來切割，滾筒的旋轉(zhuǎn)可以使煤落進輸送機，然后輸送機送至轉(zhuǎn)載機及破碎機，最后由皮帶運出。

2 基于PLC的采煤機控制系統(tǒng)研究

2.1 PLC簡述

PLC就是可編程控制器的英文簡稱，其對硬件的控制是通過內(nèi)部存儲程序來進行的。PLC具有以下優(yōu)勢：第一，其編程語言相對較簡單，主要是梯形圖；第二，其抗干擾力比較強；第三，其制作工藝比較精良，功耗低、重量小、結(jié)構(gòu)緊湊，同時適應(yīng)性比較強，不用擔(dān)心工作環(huán)境是否惡劣；第四，在工業(yè)控制領(lǐng)域其可靠性和穩(wěn)定性都獨具優(yōu)勢；第五，PLC內(nèi)部電路是集成的，元件使用期限較長，最難能可貴的是故障率還特別低。有數(shù)據(jù)表明，PLC正常工作，且中間無故障，時間可持續(xù)大于20 000h。

2.2 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

上述提及，采煤機的工作環(huán)境比較復(fù)雜，正常工作中受不同因素的影響，可能會對其造成損壞。所以，采煤機在可靠性和安全性上的要求比較高。以往的電氣控制系統(tǒng)的控制元件主要是接觸器和繼電器，這樣的缺點就是故障率比較高，而且接線比較復(fù)雜。但是，采用PLC（可編程控制器）結(jié)合變頻器的控制方式，就可以顯著提高自動化水平，而且可靠性也有保障。

PLC是整個系統(tǒng)的控制核心，其主要是通過總線通信技術(shù)的方式來完成和各部分設(shè)備之間的連接和通信。采煤機在運行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由SM交換模塊進行采集，同時分別處理模擬量和數(shù)字量，然后PLC調(diào)整采煤機的運行狀態(tài)，這是通過控制內(nèi)部程序來實現(xiàn)的。另外，PLC還控制著各類電氣保護系統(tǒng)及報警系統(tǒng)，從這方面講，其也增加了系統(tǒng)的可靠性，同時使得工作效率得到提高[1]。

2.3 系統(tǒng)功能

第一，系統(tǒng)電源接通以后，隨著啟動命令的下達，其可以根據(jù)采煤機的啟動要求，實現(xiàn)油泵、截割電機、牽引電機的依次啟動。當(dāng)下達停止命令后，各電機就依次停止，此時順序和之前恰好相反。第二，變頻器啟動之后，一開始牽引電機的速度是零，當(dāng)下達加速命令之后，其頻率才會增加，電機才會加速，當(dāng)加速按鈕松開后，電機是勻速轉(zhuǎn)動的，只有下達減速命令，電機才會降低轉(zhuǎn)速，但不會停，按下復(fù)位按鈕，電機轉(zhuǎn)速才會變成零。第三，可以實現(xiàn)自動調(diào)速。電機轉(zhuǎn)速可以通過電流信號來控制，而系統(tǒng)能夠采集到相應(yīng)的電流信號，如果電流達不到額定電流的90%，轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速，此時牽引電機將會加速運行。反過來，如果說電流超過額定電流的110%，此時牽引電機將會自動減速運行。第四，能夠檢測電子溫度，原因就是在牽引電機繞組、截割電機中安裝了熱電阻。如果說電機溫度過高，超過135℃，電機將會自動降低轉(zhuǎn)速，同時發(fā)出高溫報警。如果超過155℃，電機就會停止運轉(zhuǎn)，同時發(fā)出故障信號。第五，自動檢測電機絕緣。在截割電機沒有啟動的時候，控制系統(tǒng)會先自動檢測各電機的對地絕緣情況，在絕緣程度大于40M的基礎(chǔ)上，電機才能正常啟動，如果小于該值，電機是不能啟動的，并且會發(fā)出警報。

2.4 采煤機控制系統(tǒng)軟件流程

通過圖1不難發(fā)現(xiàn)，變頻器啟動后，最先判斷的是牽引方向，然后才通過指令實現(xiàn)牽引電機加速和減速。具體情況如圖1所示。

從圖1可以看出，采集到的電流信號要和轉(zhuǎn)速信號、設(shè)定值進行對比，按照PLC內(nèi)部程序來對電機速度進行自動控制，可靠性和工作效率都得到了提高。

3 PLC采煤機控制系統(tǒng)抗干擾分析

3.1 電磁干擾弊端

電磁干擾會嚴(yán)重影響采煤機PLC控制系統(tǒng)，如系統(tǒng)失靈、采煤機不能工作、引發(fā)安全事故等，本文主要從以下三方面談起。第一，電磁干擾能夠使程序運行異常，產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)。如果PLC系統(tǒng)被電磁干擾了，其內(nèi)部數(shù)據(jù)在讀寫的時候就有可能發(fā)生錯誤，使程序出現(xiàn)問題。第二，電磁干擾會左右PLC和其他設(shè)備之間的通信。不僅如此，PLC系統(tǒng)和外部設(shè)備之間的通信也將被影響。會降低輸出的控制信號，同時令輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生混亂，最后使整個系統(tǒng)受到影響。第三，使PLC系統(tǒng)的能耗增加。電磁干擾PLC系統(tǒng)會導(dǎo)致諧波產(chǎn)生，而諧波會使電子元件能耗增加，從另一角度講，這也使電機的工作效率降低。

3.2 防止電磁干擾的策略

第一，通過屏蔽和接地的方式防止電磁干擾。屏蔽可以使電磁輻射減少，而接地可以使諧波降低。第二，通過交流電抗器來使輸入功率改變，盡量使波形正常，交流電抗器要在變頻器輸入段使用。而變頻器使用直流電抗器則可以使并聯(lián)功率因數(shù)改變。第三，通過安裝濾波器來檢測電網(wǎng)中存在的諧波，同時補償諧波，濾波器安裝在電源入口處。第四，通過使用數(shù)字濾波法，使PLC系統(tǒng)中硬件設(shè)備使用率降低，保障部分軟件正常工作，確保系統(tǒng)更加可靠。

4 結(jié)語

本文簡述了綜采工作面采煤機的結(jié)構(gòu)及工作原理，并提出設(shè)計新的控制系統(tǒng)，即PLC和變頻器相互結(jié)合代替以往的接觸器和繼電器為主元件的控制系統(tǒng)。新系統(tǒng)能幫助采煤機提高可靠性，延長使用年限，同時適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。本文還闡述了新系統(tǒng)的運行結(jié)構(gòu)，其中PLC是核心，通過總線通信技術(shù)完成通信工作。系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的方式是通過SM交換模塊進行，以內(nèi)部程序調(diào)整采煤機運行情況，最后對系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾弊端以及措施進行了研究。

參考文獻：

[1]何廣東.基于PLC控制的采煤機自動割煤技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015（S2）：100-103.