掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)的改良設(shè)計(jì)分析

齊 靜

（新景公司生產(chǎn)技術(shù)部， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

伴隨著現(xiàn)代科技工藝的不斷發(fā)展，煤礦井下生產(chǎn)的機(jī)械化程度不斷提高，為礦井生產(chǎn)的持續(xù)高效開(kāi)展提供了有力保障。其中掘進(jìn)設(shè)備作為井下巷道設(shè)置的關(guān)鍵性設(shè)備，其運(yùn)行效率的高低對(duì)整個(gè)礦井采掘質(zhì)量有著直接性影響。而傳統(tǒng)的采掘機(jī)電控系統(tǒng)受井下復(fù)雜多變環(huán)境的影響，往往無(wú)法保障操控作業(yè)的有效性和穩(wěn)定性，從而對(duì)掘進(jìn)作業(yè)的高效開(kāi)展造成一定負(fù)面影響。有鑒于此，借助PLC技術(shù)設(shè)計(jì)一種更加高效的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)，對(duì)于提升掘進(jìn)作業(yè)的有效性便顯得意義重大。

1 基于PLC的掘進(jìn)機(jī)電控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖1所示為基于PLC技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。整個(gè)系統(tǒng)基于原有的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)改造而成，其主要構(gòu)成包括通訊機(jī)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、預(yù)警機(jī)構(gòu)和兩個(gè)控制柜。通過(guò)對(duì)原控制系統(tǒng)的提升改造，可以實(shí)現(xiàn)井下掘進(jìn)作業(yè)的自動(dòng)化程度的顯著提升，從而達(dá)成作業(yè)面的無(wú)人化操作和故障的自我快速診斷。

圖1 基于PLC技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)所具備的信號(hào)采集功能和集中處理功能均借由中央控制器完成，所配套中央控制器采用穩(wěn)定性優(yōu)良的PLC裝置，同時(shí)鑒于PLC裝置所用通訊方式可以借助拓展模塊達(dá)成，使得其能夠?qū)崿F(xiàn)同井下絕大多數(shù)設(shè)備的有效互聯(lián)。除此之外，PLC裝置還負(fù)責(zé)同上位機(jī)之間的通訊互聯(lián)，確保能夠?qū)⒕卤O(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至地面控制總站，并接受由地面監(jiān)控總站所發(fā)出的操控指令。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行作業(yè)所需采集的數(shù)據(jù)信號(hào)主要包括數(shù)字量和模擬量信號(hào)，其中模擬量信號(hào)包括速度、油壓及溫度等參數(shù)，數(shù)字量信號(hào)包括移動(dòng)長(zhǎng)度、運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)。

2 系統(tǒng)主控制器的選型

此次設(shè)計(jì)所選用的PLC主控制器采用西門子公司所生產(chǎn)的1200系列，該系列不僅在運(yùn)行性能上相較以往的S7系列具有巨大提升，同時(shí)在內(nèi)部配設(shè)有集成以太網(wǎng)通訊模塊，可以同井下以太環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有效融合。除此之外，該P(yáng)LC裝置具備完善的程序編輯功能，兼容性良好，能夠充分滿足使用中的不同擴(kuò)容需求。

2.1 PLC控制功能

作業(yè)時(shí)，PLC控制器接收到來(lái)自控制面板、地面監(jiān)控中心及上位機(jī)等發(fā)出的操控指令，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)控制指令進(jìn)行分析判定，指令判定通過(guò)后會(huì)立即將其下發(fā)至具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并將相關(guān)命令同步上傳至地面監(jiān)控中心。此外，PLC裝置還會(huì)對(duì)自身同上位機(jī)之間的通訊情況進(jìn)行判定，若通訊不正常時(shí)需立即打開(kāi)操作臺(tái)上控制通訊繼電裝置，確保上位機(jī)能夠及時(shí)獲得控制指令；當(dāng)通訊正常時(shí)，則關(guān)閉有關(guān)繼電裝置。

PLC控制裝置除去能夠接收上位機(jī)信號(hào)之外還可以對(duì)井下各類傳感裝置、現(xiàn)場(chǎng)接觸裝置等發(fā)送的信號(hào)予以接收，并根據(jù)內(nèi)部集成的程序邏輯功能對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效處置[1-3]。

2.2 PLC保護(hù)功能

為有效監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)了解掌握其機(jī)械特征，該系統(tǒng)配設(shè)有位置監(jiān)測(cè)和機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)各種類型的傳感裝置，可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，進(jìn)而將其傳輸至PLC控制中心。此外，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的啟停狀態(tài)，監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部要配設(shè)兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，而PLC裝置借由對(duì)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的判定，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備目前所處狀態(tài)的判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備處于異常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并終止掘進(jìn)機(jī)作業(yè)，避免對(duì)設(shè)備造成更大的損害。

3 掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)軟件架構(gòu)

圖2所示即為基于PLC技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)軟件構(gòu)成模塊主要包括主控模塊、開(kāi)關(guān)控制模塊、故障診斷模塊、預(yù)警模塊和邏輯分析模塊等。

圖2 基于PLC技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖

3.1 主程序模塊

圖3所示即為基于PLC技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)主程序流程示意圖。該程序的主要作用是針對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化操作，其配置的主要功能包括中斷、定時(shí)等，此外還具有控制模式的選擇功能。

圖3 基于PLC技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)主程序流程示意圖

3.2 掘進(jìn)作業(yè)流程

圖4所示為所設(shè)計(jì)系統(tǒng)作業(yè)流程圖，整個(gè)掘進(jìn)機(jī)作業(yè)流程整體可分為啟動(dòng)、加速、恒速運(yùn)轉(zhuǎn)和減速等四種狀態(tài)，這樣劃分的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)能夠擁有充足的時(shí)間對(duì)設(shè)備所處位置和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。需注意的是，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須對(duì)急停信號(hào)的輸入進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)急停信號(hào)必須立即操控設(shè)備停機(jī)。

3.3 通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

此次系統(tǒng)改良所選用通訊方式為CAN總線通訊方式，依托工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，這種通訊方式具有良好的穩(wěn)定性、便捷的安裝性能以及通訊快速等特點(diǎn)，使得其在工業(yè)電控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

圖5所示即為所設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采取一主多從的方式，通訊主站依靠PLC控制裝置進(jìn)行操控，各從站為不同設(shè)備箱體中的控制裝置，在接收到主站發(fā)出的操作信號(hào)后執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。

圖4 掘進(jìn)機(jī)電控作業(yè)流程示意圖

圖5 掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 系統(tǒng)功能

一是參數(shù)修訂和查詢功能。該功能的設(shè)置目的在于增強(qiáng)系統(tǒng)兼容性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。一般來(lái)說(shuō)，在不同作業(yè)條件下要求掘進(jìn)設(shè)備具備不同的作業(yè)狀態(tài)，這一功能的存在使得作業(yè)人員可以根據(jù)實(shí)際掘進(jìn)作業(yè)條件，對(duì)掘進(jìn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行適度調(diào)整，從而使其更加符合生產(chǎn)實(shí)際，提升作業(yè)效率。同時(shí)，系統(tǒng)還支撐歷史數(shù)據(jù)查詢，作業(yè)人員可根據(jù)需要調(diào)取查閱以往運(yùn)行數(shù)據(jù)，為設(shè)備的更好運(yùn)行提供依據(jù)。

二是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示功能。為便于作業(yè)人員更好地掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中配設(shè)有顯示屏，可對(duì)監(jiān)測(cè)所得設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，確保作業(yè)人員第一時(shí)間了解和掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)[4-6]。

4 結(jié)語(yǔ)

掘進(jìn)機(jī)作為井下采掘交替作業(yè)順利開(kāi)展的關(guān)鍵前提，采取針對(duì)性舉措，不斷提升掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的持續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，對(duì)于礦井生產(chǎn)發(fā)展意義重大。礦井管理者必須高度重視相關(guān)問(wèn)題，在生產(chǎn)實(shí)際中開(kāi)展針對(duì)性的分析探究，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的優(yōu)化改良，從而為礦井發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)的保障。