基于PLC的煤礦采掘設(shè)備電控系統(tǒng)的設(shè)計

唐會成

（中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

隨著我國煤礦機(jī)械化開采持續(xù)發(fā)展，采掘設(shè)備電控控制系統(tǒng)的先行性、穩(wěn)定性、重要性不斷顯現(xiàn)，電氣控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到采掘設(shè)備的生產(chǎn)效率，可編程序控制器PLC在現(xiàn)代控制領(lǐng)域不在局限于邏輯控制，廣泛應(yīng)用于運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域。隨著煤礦企業(yè)對安全高效生產(chǎn)的重視，采掘設(shè)備對電氣控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性要求達(dá)到了新的高度。本文通過對采掘設(shè)備電氣控制系統(tǒng)硬件組成及功能介紹，利用PLC控制技術(shù)提高采掘設(shè)備自動化控制水平。

1 電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 電氣系統(tǒng)構(gòu)成

采掘設(shè)備電控系統(tǒng)主要包括：主電控控制箱、不同功能的電機(jī)、操作箱、人機(jī)界面、遙控器、各類傳感器、照明等，采掘設(shè)備電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1。電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計描繪了各電氣部分之間通訊和現(xiàn)場信號采集的結(jié)構(gòu)，掘采設(shè)備上電氣控制功能的最終實現(xiàn)依賴于各個電氣部分的可靠運(yùn)行。

圖1 總體設(shè)計圖

2 電氣系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)以PLC做為核心控制器，負(fù)責(zé)采集處理各類開關(guān)量及模擬量信號并執(zhí)行相應(yīng)的功能，配以相應(yīng)輸入輸出及信號調(diào)理電路，實現(xiàn)采掘設(shè)備本地控制或遙控控制，完成系統(tǒng)漏電閉鎖、過載、斷相、過熱等多種保護(hù)功能。

（1）控制模式：控制系統(tǒng)設(shè)有本機(jī)和遙控2種控制方式。本機(jī)控制方式通過駕駛室操作箱實現(xiàn)，通過本機(jī)操作箱控制按鈕可實現(xiàn)設(shè)備電機(jī)啟停、故障查詢、操作方式選擇等；遙控控制即遙控發(fā)射器與遙控接收機(jī)之間建立無線通訊，PLC控制器通過讀取遙控接收機(jī)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)代表的命令執(zhí)行相應(yīng)的控制功能，操作人員通過遠(yuǎn)程遙控操作可以更好的掌控設(shè)備以提高生產(chǎn)安全。

（2）保護(hù)功能：系統(tǒng)具有完善的保護(hù)功能，PLC對系統(tǒng)供電電壓、電機(jī)工作電流、電機(jī)繞組溫度、液壓系統(tǒng)油溫油位等參數(shù)均實時檢測。PLC檢測到參數(shù)異常或超出設(shè)定值，PLC停止設(shè)備運(yùn)行并通過人機(jī)界面顯示故障信息，為電機(jī)提供可靠的保護(hù)，有利于故障排查提高工作效率。

（3）人機(jī)界面：人機(jī)界面是操作人員了解采掘設(shè)備工作狀態(tài)、故障信息的窗口，顯示器采用臺達(dá)DOPS515，通過組態(tài)軟件編輯友好人機(jī)交互界面，實時顯示采掘設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)等參數(shù)，通過界面切換還可以查看PLC各IO口輸入輸出點的狀態(tài)，設(shè)備發(fā)生故障時可顯示故障相關(guān)信息及解決辦法。

3 主電氣控制箱

主電氣控制箱是整體控制系統(tǒng)的核心，內(nèi)部裝有PLC控制器、PLC擴(kuò)展IO模塊、斷電器、隔離開關(guān)、接觸器、綜合保護(hù)器、電流互感器、控制變壓器等 。主回路控制原理框圖如圖2所示。

圖2中，KM為交流真空接觸器，TA為電流互感器，KM1為接觸器的常閉輔助節(jié)點，KM2為接觸器的常開輔助節(jié)點，TB為電機(jī)繞組溫度保護(hù)開關(guān)，當(dāng)電機(jī)繞組的溫度過熱保護(hù)時，TB溫控開關(guān)斷開，PT100為埋在電機(jī)繞組里的鉑電阻，用于采集電機(jī)繞組溫度并通過顯示器實時顯示。保護(hù)器實現(xiàn)漏電閉鎖、電機(jī)過熱保護(hù)、PT100信號隔離變換。PLC控制器對采集的信號分析、處理、判斷，根據(jù)軟件控制程序執(zhí)行復(fù)合邏輯控制。

圖2 總回路控制原理圖

4 軟件設(shè)計

圖3 控制系統(tǒng)流程

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要由3部分組成，分別為系統(tǒng)初始化、本機(jī)操作、遙控操作。控制系統(tǒng)流程圖如圖3。

4.1 初始化

初始化程序由兩部分構(gòu)成，系統(tǒng)PLC控制器上電以后，PLC首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確定PLC硬件包括擴(kuò)展模塊及通訊口是否正常，而后進(jìn)行PLC輸入輸出口所接外部器件是否正常，如電機(jī)沒有啟動前，PLC采集電流互感器初始值應(yīng)為6400左右（電流互感器輸出2～10V，對應(yīng)PLC模擬量AD轉(zhuǎn)換6400～32000）。

4.2 本機(jī)控制

本機(jī)控制通過檢測操作箱上的本機(jī)/遙控操作模式開關(guān)來現(xiàn)實，開關(guān)打到本機(jī)控制，則PLC本機(jī)控制輸入點接通，此時可以通過操作箱功能按鍵實現(xiàn)對采掘設(shè)備的控制，而遙控器操作則無效。

4.3 遙控控制

遙控控制與本機(jī)操作同理，即模式開關(guān)打到遙控檔位，此時本機(jī)操作箱操作無效，系統(tǒng)只接收遙控器指令。為了提高系統(tǒng)的安全性，防止遙控器通訊數(shù)據(jù)丟失而引發(fā)事故，遙控系統(tǒng)與PLC控制器間加入心跳報文，報文為一個字節(jié)，遙控接收機(jī)100ms進(jìn)行加1操作并將報文發(fā)給遙控接收機(jī)，PLC通過讀取遙控接收機(jī)心跳報文判斷遙控系統(tǒng)是否正常，如PLC檢測到報文1s沒有變化則認(rèn)為系統(tǒng)遙控中斷，采掘設(shè)備將停止運(yùn)行，并顯示遙控中斷故障信息。

5 結(jié)語

煤礦采掘設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的可靠性和先進(jìn)性關(guān)系到煤炭開采過程中能否實現(xiàn)安全高效，本文設(shè)計基于PLC電氣控制系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程遙控的加入，提高了控制系統(tǒng)的先進(jìn)性、靈活性，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)的安全。此外，良好的人機(jī)交互界面，更加便于操作人員作用和維修，提高了工作效率。