基于PLC的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張明國(guó) 辛華

摘要：本文主要是基于分析的掘進(jìn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究，借鑒國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合煤礦實(shí)際生產(chǎn)情況，針對(duì)傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)繼電器 - 接觸器控制系統(tǒng)的不足之處，提出了一種基于PLC掘進(jìn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞： PLC;掘進(jìn)機(jī);電控系統(tǒng)。

1掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)組成

掘進(jìn)機(jī)電控設(shè)備通常是由礦用本質(zhì)安全型操作箱CX4-4/12E（以下簡(jiǎn)稱操作箱）和礦用隔爆兼本質(zhì)安全型開關(guān)箱KXJ4-258（218、203）/1140（660）E（以下簡(jiǎn)稱開關(guān)箱）兩大部分構(gòu)成， 另裝備了BAL1-36/127-150礦用隔爆電鈴;BZA1-10/24-1ZS隔爆型壓扣急停按鈕; DGY35/24B隔爆型照明燈和風(fēng)機(jī)電機(jī)以及二運(yùn)電機(jī)和截割電機(jī)，還有油泵電機(jī)等設(shè)施構(gòu)成了掘進(jìn)機(jī)的電氣系統(tǒng)。掘進(jìn)機(jī)的電氣系統(tǒng)的每個(gè)電機(jī)均采用了雙電壓電機(jī)，工作時(shí)的電壓是 660V 和 1140V之一，工作電壓由電機(jī)接線形式?jīng)Q定。掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)將可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱 PLC）做為中心，對(duì)油泵、、風(fēng)機(jī)、截割、二運(yùn)四個(gè)電機(jī)的過壓、超溫、短路、欠壓、三相不平衡、過流、過載、電機(jī)絕緣實(shí)行監(jiān)控與看護(hù)、而且具有瓦斯保護(hù)、低壓的漏電、電流異樣等方面的功用。開關(guān)箱與操作箱之間以工業(yè)上常常利用的 RS485 為通信方式，穩(wěn)定性很高。只用兩芯信號(hào)線就能完成對(duì)截割、油泵、風(fēng)機(jī)、二運(yùn)的開停和反饋各電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)狀況、截割電機(jī)的負(fù)荷、任務(wù)的電壓和各種系統(tǒng)故障的信息。極大的減少了操作箱和開關(guān)箱之間的連線數(shù)量，操作箱的電纜使用連接方式為疾速接頭方式。安裝操作便利，性能可靠性高。開關(guān)箱的視窗里面設(shè)有發(fā)光管，它可以顯示出32 種系統(tǒng)故障信息的起因，與在開關(guān)箱上的液晶屏獨(dú)離分開工作。圖1是掘進(jìn)機(jī)的電氣系統(tǒng)圖。

2掘進(jìn)機(jī)電氣控制設(shè)計(jì)

2.1主回路

主回路它是隔離開關(guān)QS以及阻容吸收的電路RC1-RC4以及真空的接觸器KM1-KM4和電流的互感器TA1-TA12組件構(gòu)成。

電源的開關(guān)，當(dāng)它被閉合的時(shí)候位于主回路的各個(gè)接觸器的上端通電。采納控制的回路依次使真空接觸器KM1-KM4閉合。油泵，二運(yùn)，截割，風(fēng)機(jī)的電機(jī)可以運(yùn)行。每個(gè)回路使用阻容吸納電路RC1-RC4吸納主回路的過電壓。電流互感器TA1-TA12檢測(cè)的回路電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱男盘?hào)并且發(fā)送到可編程控制器中，電動(dòng)機(jī)保護(hù)通過程序?qū)崿F(xiàn)，并通過顯示窗口和液晶顯示器的得到事故的原因。

為了避免位于內(nèi)層的系統(tǒng)暫態(tài)過電壓的沖擊（大部分用于接觸器，斷路器開斷迸發(fā)的操作過電壓。）顯著損壞主要電氣設(shè)備。常見的方法是，接近斷路器或是接觸器的地方裝設(shè)氧化鋅避雷器（MOA）或是阻容吸收器的方法來(lái)實(shí)行沖擊維護(hù)。相比兩種類型的產(chǎn)品的功能，氧化鋅的產(chǎn)品的長(zhǎng)處。大部分體現(xiàn)在能量吸收能力，可用于雷電等大電流沖擊上的長(zhǎng)處。阻容吸收器的主要優(yōu)點(diǎn)是在初始低電壓時(shí)，就可以有效地吸收在設(shè)備上的小電流沖擊。

在真空斷路器的負(fù)載側(cè)連接電容的目，是與負(fù)載添加并聯(lián)的電容。由此，負(fù)載的特性阻抗可以減小，一方面，以降低過電壓角頻率。另一個(gè)表現(xiàn)，能夠縮小過電壓幅值。從而減少過電壓的回升。接入的電阻R旨在收納負(fù)荷電路中的能量，減少了高頻振蕩電流的幅度，從而使流過真空斷路器的電流，不超過因?yàn)閷?duì)高頻電流的疊加。所引起的電弧電流忽然降至零點(diǎn)以下，這能明顯避免電弧引起過壓的結(jié)果。

用于電機(jī)，限制反復(fù)重燃過電壓的觀點(diǎn)考慮，R和C的值的選擇方法如下：

C=（1～2}

R=1/ （1+ /C）

其中，是電動(dòng)機(jī)的原有電容為。電源到電動(dòng)機(jī)的線路電感為。實(shí)際操作中，RC的范疇：

C=0.1～0.5Uf，，R=100～200Ω。

2.2控制回路

控制回路是一個(gè)可編程控制器（PLC）。它作為控制信號(hào)，經(jīng)過RS485通信接納盒的中心操作中。里面的程序由操作控制繼電器釋放，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)和中止的。

在同一時(shí)間接受電流互感器信號(hào)的PLC也接受瓦斯繼電器信號(hào)泄，KM1-KM4的反饋信號(hào)，還有電機(jī)溫度的保障信號(hào)，經(jīng)過程序來(lái)保護(hù)全部電控系統(tǒng)的安全。 SB1-SB3是緊急中止的按鈕。SB1安裝在操作箱內(nèi)部，和整部機(jī)器油箱前的緊急停止按鈕SB2同樣功能為總急停。按總急停上的主控器的端子CZ2-25不釋放出AC220V。 KM5電源切斷，即切斷220V電源，每臺(tái)電機(jī)將無(wú)法工作。截割電機(jī)的急停按鈕SB3位于整部機(jī)器的左側(cè)，前排駕駛員座椅部位。截割電機(jī)將無(wú)法啟動(dòng)。 PLC接收到瓦斯傳感器的工作信號(hào)，分?jǐn)嚅_了CZ2-20，CZ2-19，停止了前一級(jí)的電源。控制電路的工作原理示意圖如圖2所示。電傳到電控系統(tǒng)之后，液晶屏幕顯示制造公司的具體消息。而在此時(shí)開關(guān)箱視窗的指示燈全部亮。查看是否有不能使用的燈，過后關(guān)閉指示器。PLC檢查是否有真空管粘連，如果正常的主終端CZ2-27釋放出AC220V。檢漏繼電器KM7、KM8閉合，接著各個(gè)回路漏電。

2.3保護(hù)回路（以油泵電機(jī)為例）

電機(jī)熱敏電阻，互感器TA1-TA12 ，低壓的漏電檢測(cè)等組成了一個(gè)保護(hù)回路。三相線電壓和線電流通過電流、電壓互感器的實(shí)時(shí)檢測(cè)。真空接觸器的管漏電、電機(jī)的絕緣性檢測(cè)和觸頭的粘連都采用粘連漏電檢測(cè)電路檢測(cè);照明燈的漏電和電鈴的檢測(cè)用低壓漏電檢測(cè)電路檢測(cè); 井下的瓦斯?jié)舛扔珊图淄閭鞲衅骱屯咚箶嚯妰x監(jiān)測(cè)，除了電機(jī)溫度，油溫，液位，位移傳感??器的信號(hào)以外，PLC還接收熱敏電阻，電流互感器，漏電閉鎖的信號(hào)。將計(jì)算的信號(hào)值和之前設(shè)置的信號(hào)值比較，如果在范圍內(nèi)，得到的信號(hào)在規(guī)定的故障范圍，被認(rèn)為發(fā)生故障，則故障信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)跳閘和報(bào)警，電鈴和照明燈被PLC發(fā)出的故障信號(hào)或切斷電源，在液晶屏上顯示錯(cuò)誤消息，以達(dá)到保護(hù)整個(gè)電控系統(tǒng)的功能。假設(shè)沒有發(fā)生系統(tǒng)故障，那么就循環(huán)采樣，顯示和存儲(chǔ)的電壓和電流信號(hào)。

首先，檢查各回路絕緣狀態(tài)和檢查電源電壓在開機(jī)之前。當(dāng)發(fā)生欠電壓事故、過電壓事故、漏電閉鎖事故、瓦斯超限事故，每個(gè)電機(jī)將無(wú)法啟動(dòng)，并呈現(xiàn)系統(tǒng)故障的情況。發(fā)生過載事故、三相不平衡事故、過流事故、斷相事故等系統(tǒng)故障在油泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中時(shí)。PLC就會(huì)接收到電流互感器的電流信號(hào)并進(jìn)行相關(guān)程序的計(jì)算，分?jǐn)噍敵鳇c(diǎn)CZ2-21電源。分?jǐn)嘀鹘佑|器KM1的主回路，運(yùn)動(dòng)的油泵電機(jī)終止運(yùn)轉(zhuǎn)。而液晶屏上，和顯示的窗口呈現(xiàn)系統(tǒng)故障情況，當(dāng)過流和相位發(fā)生時(shí)，按復(fù)位鍵在控制箱上的按鈕便能夠從新的啟動(dòng)。漏電閉鎖和過載保護(hù)自動(dòng)復(fù)位，過載保護(hù)復(fù)位在三分鐘之后，當(dāng)漏電的閉鎖值到1.5倍時(shí)絕緣還原復(fù)位。風(fēng)機(jī)電機(jī)，截割電機(jī)，二運(yùn)電機(jī)的保護(hù)原理相同與油泵電機(jī)一樣。

各電機(jī)開始運(yùn)行之前進(jìn)行漏電閉鎖故障檢查和顯示。漏電閉鎖主要用來(lái)檢測(cè)當(dāng)分?jǐn)酄顣r(shí)電磁啟動(dòng)器負(fù)荷側(cè)或饋電開關(guān)的絕緣電阻值，假設(shè)低于設(shè)定的值，上述設(shè)備不能正常合閘送電。掘進(jìn)機(jī)的主電路單相對(duì)地的絕緣電阻值低于規(guī)定的數(shù)值以下，電動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)（基準(zhǔn)值為AC1140V到40KΩ，AC660V是22KΩ）。

若系統(tǒng)送電，PLC會(huì)第一步檢測(cè)真空接觸器是否發(fā)生粘連，結(jié)果正常，端子CZ2-27一般釋放出AC220V， KM7和KM8檢漏繼電器閉合，漏電檢測(cè)每個(gè)回路，當(dāng)絕緣電阻值太低時(shí)，電機(jī)將無(wú)法啟動(dòng)。如果一切正?？梢蚤_始啟動(dòng)電機(jī)，開啟電機(jī)前應(yīng)該分段檢漏繼電器，不再進(jìn)行漏電檢查，過后電機(jī)正常啟動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)終止時(shí)，使用粘連回路檢查，真空管不粘連，檢漏繼電器延長(zhǎng)2秒后閉合，檢查各系統(tǒng)回路是否有漏電情況。在未開機(jī)時(shí)，能夠進(jìn)到參數(shù)修正屏幕對(duì)四個(gè)電機(jī)的漏電檢查回路實(shí)施漏電的實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)其系統(tǒng)穩(wěn)定牢靠性。各油泵，截割，二運(yùn)，風(fēng)機(jī)，發(fā)生相應(yīng)的漏電系統(tǒng)故障情況，則系統(tǒng)被認(rèn)為是正常的。

3結(jié)束語(yǔ)

在礦山機(jī)械中電氣控制的性能對(duì)設(shè)備至關(guān)重要，通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)和電氣控制的結(jié)合，加強(qiáng)礦山掘進(jìn)機(jī)的電氣管理，保證了煤礦生產(chǎn)安全和工作效率，同時(shí)也促進(jìn)了煤礦綜掘技術(shù)的快速發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：張明國(guó)（1986-），男，黑龍江雙鴨山人，工程師，現(xiàn)就職于黑龍江能源職業(yè)學(xué)院機(jī)電系。

第二作者：辛華 ?（1985-），女，黑龍江雙鴨山人，講師，現(xiàn)就職于黑龍江能源職業(yè)學(xué)院機(jī)電系。