PLC在交流電牽引采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，世界上多數(shù)國(guó)家和地區(qū)的采煤工具都更新?lián)Q代，采用交流電牽引采煤機(jī)。想要提高采煤機(jī)的工作效率，采煤機(jī)牽引速度是關(guān)鍵。提高牽引速度的關(guān)鍵就在于牽引力是否提高。交流電牽引機(jī)是現(xiàn)代化礦井的標(biāo)配，能夠極大地提高工作效率。PLC在交流電牽引機(jī)的應(yīng)用，能夠?yàn)椴擅簷C(jī)提供先進(jìn)先進(jìn)的電子設(shè)備和安全性高的控制系統(tǒng)，從而提高采煤機(jī)應(yīng)用的可靠性。

關(guān)鍵詞：PLC；采煤機(jī)；控制系統(tǒng)；應(yīng)用

1 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)從上世紀(jì)九十年代就已經(jīng)逐步停止使用液壓牽引采煤機(jī)，而是逐步實(shí)現(xiàn)電牽引采煤機(jī)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，形成以交流變頻調(diào)速的電牽引采煤機(jī)的格局。這種轉(zhuǎn)變提高了采礦的工作效率。其中提高采煤機(jī)工作效率的關(guān)鍵在于裝機(jī)效率，現(xiàn)階段我國(guó)的裝機(jī)功率已經(jīng)高到1800kW。“兵馬未到糧草先行”，伴著采煤機(jī)裝機(jī)功率和切割電機(jī)功率的提高，必須要保證供電。比如說(shuō)，1000kW的電牽引采煤機(jī)至少需要配備3300v的供電系統(tǒng)。從整體而言，我國(guó)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀大幅度進(jìn)步，而且已經(jīng)引用了全中文語(yǔ)言系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)過(guò)程中監(jiān)控、檢測(cè)等功能。當(dāng)然，在產(chǎn)量大幅度提高的今天，我國(guó)采煤機(jī)系統(tǒng)也要保證其安全性。事實(shí)證明，電牽引采煤機(jī)經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展已經(jīng)有很大進(jìn)步。液壓采煤機(jī)已經(jīng)成為歷史，我國(guó)的煤礦業(yè)也全面迎來(lái)交流電牽引采煤機(jī)時(shí)代，電牽引系統(tǒng)也向PLC系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。

2 PLC概述

眾所周知，采煤機(jī)的工作環(huán)境異常復(fù)雜和惡劣。在工作過(guò)程中，也會(huì)受到電磁波干擾、電源不穩(wěn)、地體的強(qiáng)烈震動(dòng)等問(wèn)題，同時(shí)在地表下，采煤機(jī)還面臨著環(huán)境潮濕、灰塵等惡劣因素。同時(shí)，為了完成采煤機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須保證它有高功率變頻器?？偠灾?，這些情況的存在都為采煤機(jī)的設(shè)計(jì)提供更高的要求。目前，我國(guó)常見(jiàn)的采煤機(jī)都是采用逆變器型交流牽引采煤機(jī)，這也是為了結(jié)合PLC系統(tǒng)設(shè)置。事實(shí)上，PLC在交流電牽引機(jī)的應(yīng)用，能夠?yàn)椴擅簷C(jī)提供更好的抗干擾性，提高配置的靈活性和安全性?？梢哉f(shuō)，配備PLC電氣控制系統(tǒng)的組件，就能夠?qū)崿F(xiàn)采煤機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、保護(hù)功能。

PLC就是可編程邏輯控制器。它的運(yùn)作原理是在可編程儲(chǔ)存器里面進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并負(fù)責(zé)用戶(hù)發(fā)出的指令。存儲(chǔ)器對(duì)這些指令以數(shù)字或模擬的sin形式進(jìn)行輸入、輸出的功能，從而完成對(duì)采煤機(jī)器械的控制。用事實(shí)話(huà)說(shuō)，1998年7月，晉城礦務(wù)局引進(jìn)一臺(tái)采用PLC電控系統(tǒng)的交流電牽引采煤機(jī)。事實(shí)證明，PLC電控系統(tǒng)不僅安全性能良好，而且工作效率高于市面上任何一款電控系統(tǒng)。同時(shí)，它還具有LCD超大顯示器，能夠自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)故障，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)期間，能夠給操作人員準(zhǔn)確的提示。具體來(lái)講，PLC的特點(diǎn)如下：

（1）操作性能優(yōu)，編程語(yǔ)言采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖等表達(dá)，即使沒(méi)有計(jì)算機(jī)知識(shí)，也沒(méi)有關(guān)系。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面，PLC的系統(tǒng)具有開(kāi)發(fā)時(shí)間快，效率高，輕而易舉現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的特點(diǎn)。即使在線(xiàn)改變程序設(shè)置，只需改變控制方案就能輕松搞定。

（2）系統(tǒng)機(jī)動(dòng)靈活，開(kāi)關(guān)量輕松控制，PID回路控制一體化。在生產(chǎn)過(guò)程中，能夠輕松構(gòu)建復(fù)雜的控制系統(tǒng)，完成系統(tǒng)運(yùn)作的全自動(dòng)化。

（3）適應(yīng)性強(qiáng)。PLC系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，能夠應(yīng)對(duì)各種惡劣環(huán)境?？梢哉f(shuō)，在安全性方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他各種型號(hào)的系統(tǒng)。

3 電子控制系統(tǒng)控制

針對(duì)AC逆變器板式牽引采煤機(jī) ，電子控制系統(tǒng)能夠保證其控制和保護(hù)功能，具體如下：其一，采煤機(jī)工作過(guò)程中需要驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。其二，為了采煤機(jī)便于操作，AC逆變器板式牽引采煤機(jī)在設(shè)定末端控制器、中央機(jī)身控制箱面板和無(wú)線(xiàn)電遙控操作等工作方法。其三，要完成采煤機(jī)的切割功能，需要保護(hù)四臺(tái)電機(jī)反時(shí)限繼電器，從而保護(hù)電機(jī)塊。采煤機(jī)高溫作業(yè)時(shí)，電機(jī)過(guò)熱能自動(dòng)斷電，從而保護(hù)電機(jī)的正常使用，提供采煤機(jī)的安全性。能夠控制采煤機(jī)搖臂的升降，并且顯示中文版的運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行記憶。

4 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)處理單元

（1）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)處理主要負(fù)責(zé)交流變頻控制信號(hào)和數(shù)據(jù)的處理。其中關(guān)鍵設(shè)備就有工業(yè)計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)不同數(shù)據(jù)和信號(hào)的輸入，根據(jù)試驗(yàn)要求，并對(duì)信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。它能夠完成多種通訊設(shè)備信號(hào)和數(shù)據(jù)的接收，并能夠和交流變頻器完成聯(lián)系。其次，它具有彩色打印功能，能夠打印采煤機(jī)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和圖片。除此之外，將計(jì)算機(jī)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)中，按照數(shù)據(jù)參數(shù)，完成機(jī)器設(shè)備要完成的形式。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)裝置。采煤機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)裝置，主要有以下幾部分組成，其一是檢測(cè)信號(hào)模擬發(fā)生電路。我們知道采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)切割功能會(huì)產(chǎn)生巨大熱量，承受巨大壓力。這就需要采煤機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)模擬，根據(jù)信號(hào)反饋進(jìn)行工采煤工作。其二是操作信號(hào)模擬發(fā)生電話(huà)，針對(duì)檢測(cè)信號(hào)的模擬對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行控制，時(shí)刻保持最新的數(shù)據(jù)參數(shù)，保證采煤機(jī)工作的安全進(jìn)行。其三是采煤機(jī)顯示電路，并能夠在控制中心輸出實(shí)時(shí)信號(hào)。其四是綜合測(cè)試臺(tái)完成采煤機(jī)的主要測(cè)試功能。

5 變流變頻調(diào)速功能測(cè)試

5.1 變流變頻調(diào)速功能的測(cè)試對(duì)象

變流變頻調(diào)速功能主要負(fù)責(zé)的測(cè)試對(duì)象主要有電機(jī)性能的測(cè)試，牽引電機(jī)電器和機(jī)械的性能測(cè)試以及檢測(cè)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。通過(guò)這些測(cè)試對(duì)象，通過(guò)了解電壓波動(dòng)、速度調(diào)節(jié)等內(nèi)容來(lái)了解驅(qū)動(dòng)器的性能狀況。

5.2 計(jì)算機(jī)信號(hào)數(shù)據(jù)處理及功能顯示

計(jì)算機(jī)信號(hào)數(shù)據(jù)處理及功能顯示，主要包括以下幾方面內(nèi)容。其一，接受AC逆變器發(fā)送的信號(hào)和數(shù)據(jù)，結(jié)合交流變頻調(diào)速項(xiàng)目的要求，處理數(shù)據(jù)，并完成相應(yīng)的測(cè)試報(bào)告。其二，利用菜單對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)置，對(duì)單元交流變頻速度試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行控制，從而完成規(guī)范項(xiàng)目設(shè)置。其三，對(duì)不同型號(hào)的采煤機(jī)進(jìn)行連接，更加方便采煤工作。

5.3 采煤機(jī)控制單元功能

采煤機(jī)控制單元負(fù)責(zé)多種功能，比如說(shuō)采煤機(jī)控制中心系統(tǒng)能夠檢測(cè)機(jī)器故障。監(jiān)控中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集功能測(cè)試。采煤機(jī)控制單元對(duì)手控、應(yīng)急手控、終端站和遠(yuǎn)程控制功能測(cè)試，還負(fù)責(zé)電力牽引部、切割機(jī)和電力性能的測(cè)試等等。

6 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

（1）系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)主要包括控制保護(hù)算法和顯示控制。PLC處理數(shù)據(jù)有十個(gè)模擬輸入、一個(gè)模擬輸出以及三十九個(gè)數(shù)字輸入、輸出組成。值得一提的是，雖然PLC具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)切換能力，然而，PLCGEFunac90-30的數(shù)據(jù)處理能力差的，并不能提供靈活的圖像編程能力。這也是構(gòu)建模擬系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)。在PLC程序中，通常采用子程序方法設(shè)定結(jié)構(gòu)。這樣設(shè)置的有點(diǎn)在于，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，方便維修，可以節(jié)省內(nèi)存資源PLC。PLC通過(guò)十個(gè)子程序和一個(gè)主要程序完成對(duì)程序的控制。這些子程序在系統(tǒng)中具有相對(duì)獨(dú)立性，能夠明確接口之間的算法。舉例來(lái)講，針對(duì)模擬數(shù)據(jù)，可以編寫(xiě)相關(guān)的子程序，通過(guò)移位操作，進(jìn)行數(shù)字濾波，完成模擬數(shù)據(jù)的輸入。

（2）采煤機(jī)的工作環(huán)境復(fù)雜、惡劣，需要提高系統(tǒng)的抗干擾性，才能保障采煤機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，針對(duì)PLC采礦電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該遵循以下原則。其一，加強(qiáng)PLC的防震功能和安全功能，能夠應(yīng)對(duì)采礦過(guò)程中的潮濕環(huán)境。其二，保持高電壓，采用高耐壓的設(shè)備，控制電纜采用雙絞線(xiàn)和屏蔽電纜，確保發(fā)電能力保持在40%～50%。其三，控制系統(tǒng)設(shè)置在屏蔽腔內(nèi)，確保控制系統(tǒng)在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境行使命令。其四，針對(duì)長(zhǎng)距離傳送的電信號(hào)，理應(yīng)放大信號(hào)幅度，提高信號(hào)噪聲比。在信號(hào)幾首電路中，帶通濾波器和其他綜合措施雙管齊下，盡可能減少信號(hào)電路噪聲的感染。其五，保證電流的正常供應(yīng)，就應(yīng)該利用電流和穩(wěn)定信號(hào)控制軟件，用來(lái)分析系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的正常參數(shù)，從而減少錯(cuò)誤操作造成的停電現(xiàn)象。

7 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展目標(biāo)

和別的國(guó)家尤其是歐美國(guó)家相比，我國(guó)的電牽引采煤機(jī)還有很大差距。這主要表現(xiàn)在帶我國(guó)電牽引采煤機(jī)的總體參數(shù)如安全性能、信號(hào)傳輸、故障診斷等方面。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，今后我國(guó)國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展目標(biāo)如下。其一，進(jìn)一步完善PLC在交流電牽引采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)提高系統(tǒng)裝置的抗干擾性、防熱和防潮等性能。其二，提高電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能，繼續(xù)拓展交流電的系統(tǒng)的監(jiān)控功能。其三，裝機(jī)率繼續(xù)提高。對(duì)于采煤機(jī)而言，無(wú)論是面對(duì)中厚每層還是薄每層，裝機(jī)效率決定著采煤機(jī)的工作效率，這也決定著煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。所以，在將來(lái)，提高裝機(jī)效率也是重要發(fā)展方向。其四，滾筒截深繼續(xù)提高。其五，PLC系統(tǒng)在交流電采煤機(jī)的應(yīng)用更加合理完善，綜合性能高利用率和安全性進(jìn)一步發(fā)展。

當(dāng)然實(shí)現(xiàn)這些發(fā)展目標(biāo)，必須滿(mǎn)足一些條件，否則發(fā)展目標(biāo)再美好也是紙上談兵。這就需要我們繼續(xù)堅(jiān)持PLC系統(tǒng)在交流電采煤機(jī)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)安全性能高的電氣控制系統(tǒng)，能夠應(yīng)對(duì)抗干擾性，適應(yīng)惡劣環(huán)境下作業(yè)。在監(jiān)控功能方面，應(yīng)該重點(diǎn)以故障診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、信號(hào)傳輸、自動(dòng)化控運(yùn)行控制系統(tǒng)等目標(biāo)努力。

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作者簡(jiǎn)介：高德（1983—），2007年畢業(yè)于西安理工大工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，2008年3月到檸條塔皮帶隊(duì)擔(dān)任區(qū)隊(duì)技術(shù)員，2012年被任命皮帶隊(duì)機(jī)電副隊(duì)長(zhǎng)一直至今。