煤礦采煤機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用及可靠性分析

屈強(qiáng)

【摘 要】隨著我國(guó)煤炭行業(yè)設(shè)備的不斷更新和發(fā)展，機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化成為煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，在采煤機(jī)自動(dòng)化過(guò)程中，PLC電控系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動(dòng)化的重要技術(shù)支撐，本文以煤礦作業(yè)中所使用的某型號(hào)采煤機(jī)為例，設(shè)計(jì)PLC電控技術(shù)在采煤機(jī)作業(yè)中的應(yīng)用方案，初步設(shè)計(jì)PLC電控系統(tǒng)的功能和操作，為采煤自動(dòng)化提供一定的實(shí)踐支持。

【關(guān)鍵詞】采煤機(jī)；電控系統(tǒng)；可靠性

隨著煤炭工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，對(duì)電牽引采煤機(jī)提出了更高的要求，電牽引采煤機(jī)在應(yīng)用中表現(xiàn)出的不足，嚴(yán)重制約了礦山的進(jìn)一步發(fā)展，主要原因就是電牽引采煤機(jī)的調(diào)速方式過(guò)于落后。電子科技的進(jìn)步為變頻調(diào)速方式的發(fā)展提供了良好的發(fā)展空間，PLC調(diào)速方式已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并取得了顯著的效果。本文以我國(guó)某礦為背景，結(jié)合其電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)其進(jìn)行了基于 PLC 的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

一、采煤機(jī)中電控系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)述

當(dāng)前我國(guó)一些煤礦技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但是在工作穩(wěn)定性、可靠性和設(shè)備使用壽命等方面還存在一些差距。采煤機(jī)控制中心（PLC）主要采用了模塊化設(shè)計(jì)，主要包括 CPU、電源模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、模擬量輸入輸出模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、RTD 模塊、I/O通信接口模塊。

（一）多樣化的控制方式

在現(xiàn)階段的采煤機(jī)中，主體的控制方式并不單單有自動(dòng)化控制一種，很多時(shí)候，要根據(jù)采煤的實(shí)際需求，設(shè)置半自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。這樣的控制系統(tǒng)設(shè)置，對(duì)于應(yīng)對(duì)各種采煤過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，有著最為直接的作用。一旦其中的一種控制系統(tǒng)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，不能夠再進(jìn)行控制，可以迅速進(jìn)行切換，由其他的控制系統(tǒng)來(lái)完成控制工作。

（二）切實(shí)的監(jiān)控功能

一般而言，在運(yùn)用采煤機(jī)盡心工作的過(guò)程中，都會(huì)面對(duì)一些復(fù)雜的環(huán)境，如果不加以注意，很容易出現(xiàn)工程中的失誤或者儀器的損壞，為此，在使用電控系統(tǒng)為主的采煤機(jī)時(shí)，需要對(duì)它的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，一旦出現(xiàn)某一部分的運(yùn)行問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)迅速進(jìn)行檢查，必要時(shí)候應(yīng)該迅速進(jìn)行停用，直到排除故障。具體的監(jiān)控內(nèi)容主要包括采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、變頻器狀態(tài)、電流強(qiáng)度和信號(hào)狀態(tài)等，其中的任意一項(xiàng)內(nèi)容出現(xiàn)了問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致整體的工作效益迅速下降。對(duì)于采煤機(jī)而言，周圍的環(huán)境是對(duì)采煤機(jī)的最直接威脅，一旦把握不好，很容易出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。因此，在電控系統(tǒng)的規(guī)劃中，也要設(shè)置一部分切實(shí)有效的監(jiān)控系統(tǒng)。

二、采煤機(jī)的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）采煤機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

采煤機(jī)電氣系統(tǒng)主要由電控箱、高壓箱、分線盒、端頭站、遙控器以及各功能電機(jī)組成。電控箱內(nèi)部主要有主控中心（PLC）、電源組件、截割部主接觸器、隔離開(kāi)關(guān)、PO-Face GP 顯示器、操作面板組件以及電流電壓信號(hào)處理模塊等部件組成，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能，也是采煤機(jī)電氣系統(tǒng)的控制核心。高壓箱主要有主變壓器、主從變頻器、牽引接觸器等部件，主要實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)變頻牽引功能。

（二）采煤機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

采煤機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的功能控制，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：①采煤機(jī)主啟、停，遠(yuǎn)、近及遙控操作控制。②采煤機(jī)變頻牽引停、送電，實(shí)現(xiàn)采煤方向選擇和速度的勻速控制。③采煤機(jī)截割部升、降控制。④截割電機(jī)、牽引電機(jī)的實(shí)時(shí)電流、溫度保護(hù)、恒功率、反牽引保護(hù)控制。⑤各種參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)，牽引控制方向、速度，各電動(dòng)機(jī)溫度、電流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，設(shè)備運(yùn)行自診斷中文顯示等。⑥瓦斯超限報(bào)警和斷電保護(hù)。

（三） 采煤機(jī) PLC 電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

采煤機(jī)電控系統(tǒng)主要由主控器 PLC、變頻器及其控制模塊、遙控器及接收模塊、端頭站及數(shù)據(jù)編碼傳輸接收模塊、電流電壓信號(hào)處理和瓦斯監(jiān)控模塊、顯示模塊等部件和模塊組成。其中PLC 系統(tǒng)為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，包括電源模塊、CPU模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、熱電阻溫度模塊和機(jī)架底板組成。

（四）采煤機(jī) PLC 控制原理

采煤機(jī)經(jīng)過(guò)先導(dǎo)遠(yuǎn)控回路，控制前級(jí)開(kāi)關(guān)送電以后，系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行漏電及絕緣監(jiān)測(cè)。自檢結(jié)束以后，采煤機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)模式，PLC 通過(guò)開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入模塊對(duì)各種指令和信號(hào)經(jīng)過(guò) I/O 總線送入 CPU，CPU 根據(jù)程序進(jìn)行響應(yīng)，分別控制牽引接觸器啟動(dòng)和右截割接觸器啟動(dòng)，從而控制變頻器的運(yùn)行和右截割電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，使采煤機(jī)按照選擇方向和速度指令信號(hào)進(jìn)行割煤。當(dāng)采煤機(jī)司機(jī)通過(guò)端頭站或者無(wú)線遙控器進(jìn)行操作時(shí)，操作按鍵信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后分別經(jīng)端頭站接收模塊、遙控器接收模塊把信號(hào)送入PLC 開(kāi)關(guān)量輸入模塊。經(jīng)過(guò) PLC 內(nèi)部算法，分別發(fā)出不同的控制指令，控制 DC+24V 電磁閥組，使采煤機(jī)的左、右截割部能夠進(jìn)行升降，變頻器能夠控制左右兩個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)，按照操作按鈕功能實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)向運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭或者機(jī)尾以一定的速度行走，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)牽引接觸器的啟動(dòng)和停止以及采煤機(jī)整個(gè)電氣系統(tǒng)的總急停。溫度和各電動(dòng)機(jī)的電流等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及牽引方向、速度大小、故障診斷等信息由 PLC 電源模塊上的 RS485/232接口根據(jù) SNP 通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能。

三、采煤機(jī) PLC 電控系統(tǒng)程序的應(yīng)用

采煤機(jī) PLC 電控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、保護(hù)、輸出、開(kāi)關(guān)以及信息采集與處理等功能，PLC 系統(tǒng)通過(guò)一定規(guī)則的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)恒定功率的控制，從而使采煤機(jī)在前后左右的作業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作，提高采煤的效率和煤層的穩(wěn)定系數(shù)。在 PLC 電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)采煤牽引機(jī)恒定功率的設(shè)計(jì)，利用 PLC 電控系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)的恒定功率、電流以及電壓、牽引保護(hù)等方面進(jìn)行保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)供電的恒定性，能夠有效保證采煤機(jī)在復(fù)雜的井下工作環(huán)境中通過(guò)恒定的電流實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。另外，在對(duì)采煤機(jī) PLC 電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用梯形圖的編程語(yǔ)言，通過(guò)程序語(yǔ)言的運(yùn)用，一方面可以使 PLC 系統(tǒng)的主程序與子程序結(jié)構(gòu)和連接的高度優(yōu)化，使程序結(jié)構(gòu)較為清晰，而且還具備一定量的存儲(chǔ)空間。相對(duì)于其他設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，梯形圖編程語(yǔ)言其系統(tǒng)維護(hù)成本較低，節(jié)省了系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間，提升系統(tǒng)運(yùn)行速度，優(yōu)化 PLC 系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)的平穩(wěn)指揮。

四、結(jié)語(yǔ)

采煤機(jī) PLC 電控系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)功率的平穩(wěn)輸出，PLC 控制系統(tǒng)集合了控制中心、變頻技術(shù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、熱感系統(tǒng)等，將采煤機(jī)的工作環(huán)境和工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)、遠(yuǎn)程遙控等操作，提升了采煤機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性，提高了井下煤層采集的安全性。實(shí)踐表明，PLC 電控系統(tǒng)能夠滿足采煤機(jī)以及現(xiàn)代采煤工作面的需求。

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