礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化改造研究

吳 濤

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備是礦山的關(guān)鍵設(shè)備，其工作環(huán)境往往十分惡劣，給礦山施工增加了難度，嚴(yán)重制約了施工進(jìn)度，隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化設(shè)計(jì)逐漸成為研究熱點(diǎn)，自動(dòng)化的操作模式也在逐漸取代原有的操作模式。因此，提出礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化改造研究，優(yōu)化掘進(jìn)設(shè)備的電氣自動(dòng)化性能，使其協(xié)調(diào)性滿足實(shí)際應(yīng)用需求，解決上述中存在的問題。

1 礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化改造原理及特征分析

1.1 電氣自動(dòng)化改造原理

礦山掘進(jìn)設(shè)備的電氣自動(dòng)化改造融合了多個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，所以其發(fā)展往往會(huì)受到外界多種因素的影響。諸如：在針對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行研發(fā)工作的時(shí)候，運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)以及專業(yè)控制技術(shù)的效果，都與電氣自動(dòng)化技術(shù)的成效存在密切的關(guān)聯(lián)。其次，電氣自動(dòng)化的運(yùn)用并非是簡(jiǎn)單的程序，其涉及到了諸多的復(fù)雜工序，并且具有較高的危險(xiǎn)性，所以在將其與礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備加以綜合運(yùn)用的時(shí)候，需要對(duì)其適用性加以全面的分析研究，保證將其作用能夠充分的施展出來[1]。其次，要想保證技術(shù)的作用能夠被徹底的發(fā)揮出來，利用有效的方法對(duì)電氣自動(dòng)化改造的實(shí)用性加以檢驗(yàn)，利用電子設(shè)備進(jìn)行模擬。自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程控制技術(shù)之中作用是十分巨大的，并且也是整個(gè)領(lǐng)域中的關(guān)鍵部分，在實(shí)施專門的研究工作的時(shí)候，要全面的對(duì)相關(guān)信息加以收集，結(jié)合各方面情況，制定正確的研究目標(biāo)。

1.2 電氣自動(dòng)化改造特征

就以往陳舊的電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際情況來說，其中最為突出的問題就是控制系統(tǒng)的性能較差不能滿足礦山掘進(jìn)工作的實(shí)際需要。在實(shí)踐使用陳舊的電氣自動(dòng)化技術(shù)的時(shí)候，整個(gè)操作過程十分的復(fù)雜，并且操作的準(zhǔn)確性較差。電氣自動(dòng)化控制所針對(duì)的對(duì)象并非是固定的，所以也會(huì)對(duì)電氣自動(dòng)化控制的效果造成不良影響[2]。與控制設(shè)備的使用效果存在關(guān)聯(lián)的因素較多，控制的模式不需要綜合控制對(duì)象來進(jìn)行調(diào)整，所以諸多負(fù)面因素是可以實(shí)現(xiàn)避免的，并且能夠?qū)τ陔姎庾詣?dòng)化控制準(zhǔn)確度的提升起到良好的影響。這也充分的說明了，電氣工程運(yùn)行因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)的運(yùn)用，充分的表現(xiàn)出了便利性，從而實(shí)現(xiàn)地電氣系統(tǒng)運(yùn)行切實(shí)控制的目的，這樣才能為自動(dòng)化控制器運(yùn)行效率的不斷提升創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)。

2 礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)

2.1 掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備可編程控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化功能需求，以及掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備所處的復(fù)雜的工作環(huán)境，設(shè)計(jì)的可編程控制器必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此，在可編程控制器設(shè)計(jì)中，選用西門子S7-319PLC作為核心模塊，配合數(shù)字量模擬量擴(kuò)展模塊和其它模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化。

S7-319為掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用提供了一個(gè)多點(diǎn)接口和DP接口，多點(diǎn)接口有助于實(shí)時(shí)更新控制程序，DP接口可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作中各個(gè)模塊之間的無(wú)障礙通信。由于S7-319沒有集成的裝載存儲(chǔ)器，在使用中必須插入微存儲(chǔ)卡，用以備份用戶程序和自動(dòng)化數(shù)據(jù)。

掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)需要液壓模塊和控制模塊的話合作，兩者之間的協(xié)調(diào)合作需要大量輸入輸出端口，S7-319的應(yīng)用已經(jīng)為其提供了眾多種類的擴(kuò)展模塊。根據(jù)功能不同，將控制模塊設(shè)計(jì)為主從模式，主機(jī)PLC負(fù)責(zé)與其它模塊進(jìn)行通信，通過模擬量輸入模塊和數(shù)字量輸入模塊讀取用戶指令和控制參數(shù)。根據(jù)掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化需求，統(tǒng)計(jì)需要的模擬量輸入接口數(shù)目、數(shù)字量輸出接口數(shù)目和數(shù)字量輸入接口數(shù)目。

從機(jī)PLC負(fù)責(zé)控制液壓模塊，通過上訴中的輸出模塊，控制掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的各個(gè)變化，同樣在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求，統(tǒng)計(jì)模擬量輸入接口數(shù)目、數(shù)字量輸出接口數(shù)目和數(shù)字量輸入接口數(shù)目。

在確定所有模塊后，選用合適功率的電源模塊支持各個(gè)模塊的供電，以此保證掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。S7-319作為核心模塊，在選擇之前，計(jì)算核心模塊所需的功率，以及其它相關(guān)擴(kuò)展模塊的功率，預(yù)留一定比例的余量。在考慮上述各種因素的情況下，選用PS307電源擴(kuò)展模塊，輸入220V交流電，為掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的各個(gè)模塊提供24V/5A的穩(wěn)定輸出，保證機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定工作。在安裝中，將其安裝在核心模塊的左側(cè)[3]。

2.2 制動(dòng)模塊的優(yōu)化

制動(dòng)模塊的優(yōu)化，主要結(jié)合前人的研究經(jīng)驗(yàn)和成果，建立制動(dòng)模塊的數(shù)學(xué)模型，基于該模型對(duì)制動(dòng)模塊內(nèi)的傳遞函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。制動(dòng)模塊的原理圖如圖1所示。

圖1 制動(dòng)模塊的原理圖

礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，其制動(dòng)模塊是通過改變送向電液比例閥的電流大小，來實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)模塊的壓力輸出，進(jìn)而控制制動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制。

3 礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化改造實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化改造實(shí)驗(yàn)研究，需要對(duì)掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行多項(xiàng)目測(cè)試，為了保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬測(cè)試，實(shí)驗(yàn)測(cè)試完成后，聯(lián)合掘進(jìn)設(shè)備的配電系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，模擬礦山環(huán)境，對(duì)掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試及研究。

根據(jù)掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的功能需求和硬件配置，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成相關(guān)程序設(shè)計(jì)和硬件配置。在正式實(shí)驗(yàn)前，測(cè)試程序中的工作流程和功能切換邏輯，若存在異常問題，在測(cè)試過程中修正邏輯錯(cuò)誤和功能問題?？紤]到機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化與控制性能息息相關(guān)，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的公平公正，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置統(tǒng)一的控制參數(shù)，如表1所示。

表1 控制參數(shù)設(shè)置

引入常規(guī)的電氣自動(dòng)化改造方法，設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析各個(gè)電氣自動(dòng)化改造方法的實(shí)際應(yīng)用性能。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

基于上述內(nèi)容，整理各個(gè)電氣自動(dòng)化改造方法下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具體內(nèi)容如表2所示。

表2 不同方法的協(xié)調(diào)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過表1中數(shù)據(jù)分布情況可知，常規(guī)的電氣自動(dòng)化改造方法1在控制度逐漸增加的情況下，其速度斜率逐漸下降，對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力也有所減少，說明其控制效果比較差，自身協(xié)調(diào)性不理想；常規(guī)的電氣自動(dòng)化改造方法2存在相同的問題。與前兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，提出的電氣自動(dòng)化改造方法速度斜率變化穩(wěn)定，其相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力變化也同現(xiàn)穩(wěn)定，該方法的協(xié)調(diào)性效果能夠達(dá)到理想狀態(tài)，消除了倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，完全可以取代手動(dòng)操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備為研究目標(biāo)，在大量文獻(xiàn)資料的支持下，提出了礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的電氣自動(dòng)化改造研究。并在方法設(shè)計(jì)完成后，通過大量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了提出的電氣自動(dòng)化改造方法的可靠性，解決了常規(guī)方法中存在的缺陷，為礦山掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化提供更多的可能。