以PLC为基础的掘进机电控系统设计

赵强

【期刊名称】《《机电工程技术》》 【年(卷),期】2019(048)008 【总页数】3页(P230-232)

【关键词】PLC; 掘进机; 电控系统; 控制流程; 软件 【作 者】赵强

【作者单位】山西煤炭运销集团沁水峪煌煤业有限公司 山西晋城 048200 【正文语种】中 文 【中图分类】TD63 0 引言

目前的矿用掘进机一般采取的控制方法是机电一体化控制，掘进机控制方法的好坏关乎到矿井的安全运作以及生产效率的高低。对于矿井掘进机来说，其控制系统是整个设备的核心技术之一，也是最为关键的组成单位，只有先进且安全的控制系统作为保障，机器才可以正常的运行[1]。纵观我国的安全掘进机控制技术已经发展了几十年，逐步形成了自己的一套发展路线，摆脱了之前一直依靠进口的状态，从目前的发展形势来看，我国的电控技术已经处在世界的前列，甚至在一些方面已经处在最尖端的位置。

1 基于P LC的矿用掘进机电控系统

1.1 控制系统组成

基于PLC的掘进机控制系统包括六大基本组成部分，分别为电源控制模块、输入控制及保护模块、输出控制模块、传感器模块和显示模块，总的控制系统结构如图1所示。

图1 矿用掘进机电控系统结构组成示意 1.2 工作原理

该控制系统的原理如图2所示。在PLC在接通电源之后，正常情况下，整个主干电路会处于闭合状态，此时系统会对各个输入点的进行状态点的检测，看看是否存在控制信号；如果突然发生故障，在输入保护端口会产生一个表征故障存在的信号，该信号为+24 V的信号，系统接收传递过来的输入信号，对其进行分析，判断故障产生原因并处理，给出相应的指令控制电机的启动或者是其他的一些操作指令，于此同时，将控制指令输送到系统的人机交互端口，采集标志信息，保证对系统进行有效的监测与控制[2]。

图2 基于PLC的矿用掘进机的电控系统工作原理示意 2 电控系统设计 2.1 电控系统控制流程 图3 矿用掘进机启动顺序示意

对于整个掘进机电控系统进行操控，包含如下所示的一些流程，首先是进行控制系统的启动，启动之后再开启油泵电机，再依次启动转载发动机和截割电机，这是整个系统的启动流程，如图3所示，而关闭流程则执行与启动时相反的操作流程[3]。 2.2 主回路控制

一般情况下，掘进机的电控系统由四个基本部件组成，分别为相互隔离的回路开关、电阻电容吸收器、真空接收器和电流互感装置。通常情况下，电机的启动需要由1 140 V的大电压加以控制[4]。系统的主回路处于闭合状态时，真空接触器也处于

闭合状态，尤其其他设备则可以正常运转，而在这个过程中，接触器扮演的是一个过滤电压的角色，而后，电流互感器的作用则是保证PLC的控制端口可以顺利的接收到电压信号。 2.3 控制回路

控制回路包括三个基本组成部件，分别是负责核心控制的主控单元、真空接触装置、中央继电器。该系统的控制回路最为关键的部分就是系统的PLC控制中枢，本掘进机的电控系统可以接收到由控制系统传递过来的信号，运算器对该信号进行计算和处理，据此实现对输出信号的输出控制，由此就可以保证电机可以正常启停。PLC控制器所起的作用是接收并处理信号，而后在输出相应的控制信号[5]。 2.4 保护与显示回路

保护电路主要负责对系统进行漏电保护、高温保护以及电机的保护等。而显示回路则包含两个部分，一是用于输入指令的操作板，另一个是用于显示系统状态的显示区域。 3 主控制器设计

主控器在整个PLC电控系统中承担着非常关键的作用，它包含三个主要模块，分别是用以控制系统的电控模块、保证系统供电的供电电路以及显示系统状态的显示模块[6]。 3.1 PLC控制电路

在这套控制系统中，通过传感器和相应的机械按钮配合来实现对主控电路的控制。该控制系统的输入信号包括一个模拟输入信号和一个开关量输入信号。其中，后者包括急停控制、温度检测以及传感器信号等，主要都是一些安全控制或检测信号，而反馈信号则包含系统的运行状态、模拟输入、电源自锁等信号，相应的电源电压为1 140 V、220 V以及24 V[7]，如图4所示。 3.2 电源电路

由于整个控制台包含几种设备，而各个设备所需要的电压又是不同的，总的来说，这些电压主要包含六个类型（1）主回路中的三相高压电流，为1 140 V；（2）低压交流电，为220 V；（3）用于控制报警装置的110 V的低交流电压；（4）负责照明的24 V的照明系统的控制电压；（5）用于PLC原件供电的直流电电压，为24 V；（6）用于控制急停和传感器的12 V的工作电压。 图4 PLC控制电路输入与输出原理示意

不管是何种电压，都可以通过变压器向系统提供相应的电压，只有直流电压才需要进行整流，而本质安全电路如图5所示。 图5 本质安全电源电路原理 3.3 通信与显示电路

整个控制系统的通讯显示模块被设计成两个模块，固定控制基站和遥控检测基站。控制系统会借助通讯电路，完成控制元件和基站的之间的通讯，两个控制基站之间则采取无线通讯的方式进行远程通讯。其中，如图6所示的SWER-1200ND数据传输模块用于固定基站进行信号的收发工作，而有远程监控需求时，就需要通过遥控基站完成对相应的遥控操作。 图6 固定操作基站的结构原理 4 系统软件设计

整个系统的控制系统可以通过编程实现，而这款编程软件名为STVEP7.2，可以对PLC元件做实时监控，保证正常的运行状态，简化了操作人员的安全检查流程[8]，整个程序流程图7所示。

图7 PLC程序中的电机启动程序主要流程 5 结束语

由于采用了PLC控制，使得新型的掘进机电控系统性能大幅改进，大大改善了以前的旧式控制系统存在的诸多不足，尤其具备更好的可靠性、而且维修难度也大大

降低，并且还具备故障自检的功能，在安全生产效率上有着极大的改进，足以满足现在的经济发展需求，自从该新型掘进机投入使用，一直保持着非常好的运行状态。 参考文献：

【相关文献】

［1］孙大刚，张洋，张武鹏，等.掘进机电控箱悬置阻尼系统解耦及优化［J］.太原科技大学学报，2018（02）：97-99.

［2］阳廷军.远程控制掘进机电控系统及保护功能设计［J］.煤矿机械，2017（11）：80-82. ［3］魏骄.井下掘进机电控系统改良分析［J］.机械管理开发，2017（10）：61-63.

［4］刘建华.EBZ160TY型掘进机电控系统接触器存在问题与改进［J］.煤矿机械，2015（03）：74-76.

［5］孟泓宇，郭彦敬.EPEC 2024控制器在掘进机电控系统中的应用［J］.现代矿业，2014（06）：46-48.

［6］李昂.掘进机电控箱的电控门锁保护装置研究［J］.科技风，2013（03）：58-60. ［7］张金碑，李洪涛.EBZ260掘进机电控系统设计［J］.山东工业技术，2015（12）：11-13. ［8］闫伟.试论煤矿掘进机电控系统的可靠性设计［J］.技术与市场，2014（08）：80-82.