掘進機電控系統的改良設計分析

齊 靜

（新景公司生產技術部， 山西 陽泉 045000）

引言

伴隨著現代科技工藝的不斷發展，煤礦井下生產的機械化程度不斷提高，為礦井生產的持續高效開展提供了有力保障。其中掘進設備作為井下巷道設置的關鍵性設備，其運行效率的高低對整個礦井采掘質量有著直接性影響。而傳統的采掘機電控系統受井下復雜多變環境的影響，往往無法保障操控作業的有效性和穩定性，從而對掘進作業的高效開展造成一定負面影響。有鑒于此，借助PLC技術設計一種更加高效的掘進機電控系統，對于提升掘進作業的有效性便顯得意義重大。

1 基于PLC的掘進機電控制系統總體架構

圖1所示為基于PLC技術的掘進機電控系統架構示意圖。整個系統基于原有的掘進機電控系統改造而成，其主要構成包括通訊機構、執行結構、預警機構和兩個控制柜。通過對原控制系統的提升改造，可以實現井下掘進作業的自動化程度的顯著提升，從而達成作業面的無人化操作和故障的自我快速診斷。

圖1 基于PLC技術的掘進機電控系統架構示意圖

該系統所具備的信號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定性優良的PLC裝置，同時鑒于PLC裝置所用通訊方式可以借助拓展模塊達成，使得其能夠實現同井下絕大多數設備的有效互聯。除此之外，PLC裝置還負責同上位機之間的通訊互聯，確保能夠將井下監測所得數據實時傳遞至地面控制總站，并接受由地面監控總站所發出的操控指令。整個系統運行作業所需采集的數據信號主要包括數字量和模擬量信號，其中模擬量信號包括速度、油壓及溫度等參數，數字量信號包括移動長度、運行狀態等參數。

2 系統主控制器的選型

此次設計所選用的PLC主控制器采用西門子公司所生產的1200系列，該系列不僅在運行性能上相較以往的S7系列具有巨大提升，同時在內部配設有集成以太網通訊模塊，可以同井下以太環網實現有效融合。除此之外，該PLC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容需求。

2.1 PLC控制功能

作業時，PLC控制器接收到來自控制面板、地面監控中心及上位機等發出的操控指令，根據預設的邏輯控制系統對各個控制指令進行分析判定，指令判定通過后會立即將其下發至具體執行機構，并將相關命令同步上傳至地面監控中心。此外，PLC裝置還會對自身同上位機之間的通訊情況進行判定，若通訊不正常時需立即打開操作臺上控制通訊繼電裝置，確保上位機能夠及時獲得控制指令；當通訊正常時，則關閉有關繼電裝置。

PLC控制裝置除去能夠接收上位機信號之外還可以對井下各類傳感裝置、現場接觸裝置等發送的信號予以接收，并根據內部集成的程序邏輯功能對信號進行有效處置[1-3]。

2.2 PLC保護功能

為有效監測設備運行狀態，及時了解掌握其機械特征，該系統配設有位置監測和機械狀態監測裝置，通過各種類型的傳感裝置，可以對設備運行時的各項參數進行實時收集，進而將其傳輸至PLC控制中心。此外，為實時監測設備運行的啟停狀態，監測裝置內部要配設兩個限位開關，而PLC裝置借由對監測開關運行狀態的判定，便能夠實現對設備目前所處狀態的判斷，當發現設備處于異常狀態時，系統會立即發出預警信號，并終止掘進機作業，避免對設備造成更大的損害。

3 掘進機電控系統軟件架構

圖2所示即為基于PLC技術的掘進機電控系統軟件架構示意圖，該系統軟件構成模塊主要包括主控模塊、開關控制模塊、故障診斷模塊、預警模塊和邏輯分析模塊等。

圖2 基于PLC技術的掘進機電控系統軟件架構示意圖

3.1 主程序模塊

圖3所示即為基于PLC技術的掘進機電控系統主程序流程示意圖。該程序的主要作用是針對各個模塊進行初始化操作，其配置的主要功能包括中斷、定時等，此外還具有控制模式的選擇功能。

圖3 基于PLC技術的掘進機電控系統主程序流程示意圖

3.2 掘進作業流程

圖4所示為所設計系統作業流程圖，整個掘進機作業流程整體可分為啟動、加速、恒速運轉和減速等四種狀態，這樣劃分的優點在于系統能夠擁有充足的時間對設備所處位置和運行狀態進行精準測量。需注意的是，系統運行時必須對急停信號的輸入進行隨時監測，一旦發現急停信號必須立即操控設備停機。

3.3 通訊網絡設計

此次系統改良所選用通訊方式為CAN總線通訊方式，依托工業以太網實現，這種通訊方式具有良好的穩定性、便捷的安裝性能以及通訊快速等特點，使得其在工業電控系統中應用廣泛。

圖5所示即為所設計掘進機電控系統通訊結構示意圖，整個網絡采取一主多從的方式，通訊主站依靠PLC控制裝置進行操控，各從站為不同設備箱體中的控制裝置，在接收到主站發出的操作信號后執行相應動作。

圖4 掘進機電控作業流程示意圖

圖5 掘進機電控系統通訊結構示意圖

3.4 系統功能

一是參數修訂和查詢功能。該功能的設置目的在于增強系統兼容性和對環境的適應性。一般來說，在不同作業條件下要求掘進設備具備不同的作業狀態，這一功能的存在使得作業人員可以根據實際掘進作業條件，對掘進設備運行參數進行適度調整，從而使其更加符合生產實際，提升作業效率。同時，系統還支撐歷史數據查詢，作業人員可根據需要調取查閱以往運行數據，為設備的更好運行提供依據。

二是設備運行狀態顯示功能。為便于作業人員更好地掌握設備運行狀態，所設計控制系統中配設有顯示屏，可對監測所得設備運行數據進行實時的顯示，確保作業人員第一時間了解和掌握設備運行狀態，實現故障隱患及時發現[4-6]。

4 結語

掘進機作為井下采掘交替作業順利開展的關鍵前提，采取針對性舉措，不斷提升掘進機電控系統運行質量，進而實現掘進機的持續、穩定、高效運行，對于礦井生產發展意義重大。礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產實際中開展針對性的分析探究，實現對其的優化改良，從而為礦井發展提供更加堅實的保障。