礦山掘進機械設備的電氣自動化改造研究

吳 濤

（甘肅畜牧工程職業技術學院，甘肅 武威 733006）

礦山掘進機械設備是礦山的關鍵設備，其工作環境往往十分惡劣，給礦山施工增加了難度，嚴重制約了施工進度，隨著現代化生產技術的進步，掘進機械設備的自動化設計逐漸成為研究熱點，自動化的操作模式也在逐漸取代原有的操作模式。因此，提出礦山掘進機械設備的電氣自動化改造研究，優化掘進設備的電氣自動化性能，使其協調性滿足實際應用需求，解決上述中存在的問題。

1 礦山掘進機械設備的電氣自動化改造原理及特征分析

1.1 電氣自動化改造原理

礦山掘進設備的電氣自動化改造融合了多個領域的相關知識，所以其發展往往會受到外界多種因素的影響。諸如：在針對電氣自動化技術進行研發工作的時候，運用電子計算機技術以及專業控制技術的效果，都與電氣自動化技術的成效存在密切的關聯。其次，電氣自動化的運用并非是簡單的程序，其涉及到了諸多的復雜工序，并且具有較高的危險性，所以在將其與礦山掘進機械設備加以綜合運用的時候，需要對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，要想保證技術的作用能夠被徹底的發揮出來，利用有效的方法對電氣自動化改造的實用性加以檢驗，利用電子設備進行模擬。自動化技術在電氣工程控制技術之中作用是十分巨大的，并且也是整個領域中的關鍵部分，在實施專門的研究工作的時候，要全面的對相關信息加以收集，結合各方面情況，制定正確的研究目標。

1.2 電氣自動化改造特征

就以往陳舊的電氣自動化技術實際情況來說，其中最為突出的問題就是控制系統的性能較差不能滿足礦山掘進工作的實際需要。在實踐使用陳舊的電氣自動化技術的時候，整個操作過程十分的復雜，并且操作的準確性較差。電氣自動化控制所針對的對象并非是固定的，所以也會對電氣自動化控制的效果造成不良影響[2]。與控制設備的使用效果存在關聯的因素較多，控制的模式不需要綜合控制對象來進行調整，所以諸多負面因素是可以實現避免的，并且能夠對于電氣自動化控制準確度的提升起到良好的影響。這也充分的說明了，電氣工程運行因為自動化技術的運用，充分的表現出了便利性，從而實現地電氣系統運行切實控制的目的，這樣才能為自動化控制器運行效率的不斷提升創造良好的基礎。

2 礦山掘進機械設備的電氣自動化改造設計

2.1 掘進機械設備可編程控制器設計

根據掘進機械設備電氣自動化功能需求，以及掘進機械設備所處的復雜的工作環境，設計的可編程控制器必須具有較強的抗干擾能力和較強的穩定性。因此，在可編程控制器設計中，選用西門子S7-319PLC作為核心模塊，配合數字量模擬量擴展模塊和其它模塊，實現機械設備的自動化。

S7-319為掘進機械設備的實際應用提供了一個多點接口和DP接口，多點接口有助于實時更新控制程序，DP接口可實現自動化工作中各個模塊之間的無障礙通信。由于S7-319沒有集成的裝載存儲器，在使用中必須插入微存儲卡，用以備份用戶程序和自動化數據。

掘進機械設備的自動化實現需要液壓模塊和控制模塊的話合作，兩者之間的協調合作需要大量輸入輸出端口，S7-319的應用已經為其提供了眾多種類的擴展模塊。根據功能不同，將控制模塊設計為主從模式，主機PLC負責與其它模塊進行通信，通過模擬量輸入模塊和數字量輸入模塊讀取用戶指令和控制參數。根據掘進機械設備自動化需求，統計需要的模擬量輸入接口數目、數字量輸出接口數目和數字量輸入接口數目。

從機PLC負責控制液壓模塊，通過上訴中的輸出模塊，控制掘進機械設備的各個變化，同樣在設計時需要根據實際需求，統計模擬量輸入接口數目、數字量輸出接口數目和數字量輸入接口數目。

在確定所有模塊后，選用合適功率的電源模塊支持各個模塊的供電，以此保證掘進機械設備的正常運行。S7-319作為核心模塊，在選擇之前，計算核心模塊所需的功率，以及其它相關擴展模塊的功率，預留一定比例的余量。在考慮上述各種因素的情況下，選用PS307電源擴展模塊，輸入220V交流電，為掘進機械設備的各個模塊提供24V/5A的穩定輸出，保證機械設備穩定工作。在安裝中，將其安裝在核心模塊的左側[3]。

2.2 制動模塊的優化

制動模塊的優化，主要結合前人的研究經驗和成果，建立制動模塊的數學模型，基于該模型對制動模塊內的傳遞函數進行優化。制動模塊的原理圖如圖1所示。

圖1 制動模塊的原理圖

礦山掘進機械設備是一個復雜的機電設備，其制動模塊是通過改變送向電液比例閥的電流大小，來實現對制動模塊的壓力輸出，進而控制制動力矩，實現對掘進機械設備運行狀態的控制。

3 礦山掘進機械設備的電氣自動化改造實驗研究

3.1 實驗準備

礦山掘進機械設備的電氣自動化改造實驗研究，需要對掘進機械設備進行多項目測試，為了保證機械設備的正常運行，在實驗室內進行模擬測試，實驗測試完成后，聯合掘進設備的配電系統和液壓系統，模擬礦山環境，對掘進機械設備的各項功能進行測試及研究。

根據掘進機械設備的功能需求和硬件配置，在實驗室內搭建模擬實驗系統，完成相關程序設計和硬件配置。在正式實驗前，測試程序中的工作流程和功能切換邏輯，若存在異常問題，在測試過程中修正邏輯錯誤和功能問題。考慮到機械設備的電氣自動化與控制性能息息相關，為了保證實驗結果的公平公正，實驗中設置統一的控制參數，如表1所示。

表1 控制參數設置

引入常規的電氣自動化改造方法，設計協調性對比實驗，依據實驗結果分析各個電氣自動化改造方法的實際應用性能。

3.2 實驗結果分析與結論

基于上述內容，整理各個電氣自動化改造方法下的實驗結果，具體內容如表2所示。

表2 不同方法的協調性實驗結果

通過表1中數據分布情況可知，常規的電氣自動化改造方法1在控制度逐漸增加的情況下，其速度斜率逐漸下降，對應的制動力也有所減少，說明其控制效果比較差，自身協調性不理想；常規的電氣自動化改造方法2存在相同的問題。與前兩組實驗數據相比，提出的電氣自動化改造方法速度斜率變化穩定，其相對應的制動力變化也同現穩定，該方法的協調性效果能夠達到理想狀態，消除了倒轉現象，完全可以取代手動操作。

4 結束語

本文以礦山掘進機械設備為研究目標，在大量文獻資料的支持下，提出了礦山掘進機械設備的電氣自動化改造研究。并在方法設計完成后，通過大量對比實驗，驗證了提出的電氣自動化改造方法的可靠性，解決了常規方法中存在的缺陷，為礦山掘進機械設備的自動化提供更多的可能。