基于PLC的掘进机电控系统设计-张宏强

第11期工矿自动化No.112009年11月IndustryandMineAutomationNov.2009文章编号:1671-251X(2009)11-0106-03基于PLC的掘进机电控系统设计张宏强,贾存良,薛婷(中国矿业大学信电学院,江苏徐州221008)摘要:针对传统的掘进机继电器-接触器控制系统存在可靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高的问题,提出了一种基于PLC的掘进机电控系统的设计方案,详细介绍了电控系统的组成、工作原理、系统硬件和软件的设计。关键词:掘进机;电控系统;PLC控制;故障指示中图分类号:TD631文献标识码:B0引言掘进机工作环境复杂、恶劣,控制任务繁琐、要求严格。当前仍有不少掘进机控制系统采用传统的继电器-接触器控制,存在可靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高、维护工作繁重等问题。针对继电器-接触器控制系统的缺点,笔者提出了一种基于PLC的掘进机电控系统的设计方案,以某公司的掘进机系统为例,介绍了西门子S7-300PLC在掘进机电控系统中的应用。基于PLC的掘进机控制系统具有可靠性高、故障率低、维护简单、检修费用低等优点,大大提高了煤矿企业的生产效率和经济效益。1基于PLC的掘进机电控系统机由1台电机驱动。整个系统共有5台电机。电控系统采用1台PLC控制,如图1所示。图1基于PLC的掘进机电控系统组成结构图1.2工作原理基于PLC的掘进机电控系统工作原理如图2所示。PLC上电运行后,接收各故障输入点给出的信号,信号电平为+24V,如果无故障,则闭合主回路,同时检测各输入点状态,即接收各个控制信号。1.1系统组成基于PLC的掘进机电控系统由升降油缸、回转油缸、切割头伸缩、上下、左右回旋、洒水、右支撑等12个电磁阀组成,电磁阀的油泵由1台电机驱动,切割头高低速运行分别由2台电机驱动,第二输送收稿日期:2009-06-23作者简介:张宏强(1984-),男,中国矿业大学信电学院2007级硕士研究生,主要研究方向为控制理论与控制工程,现主要从事PLC和嵌入式系统的设计研究工作。E-mail:[e-mail]程序对各个输入信号进行分析处理,并按照系统控制方案输出控制信号,以达到控制电机启停、故障诊断与保护以及状态指示的目的。同时,HMI(人机界面装置)通过读取PLC中的相关标志位,实时地对系统运行状态进行监控指示。2系统硬件设计该系统硬件由输入、输出电路、PLC以及人机界面组成,如图3所示。[2]张宁.MC68LK332单片机结构与应用[M].北京:[J].机械与电子,2008(1):17-18,54.北京航空航天大学出版社,2003.[6]陈鹏,张爱民,李杰.基于以太网控制器CS8900A[3]赵宝健.远程机电控制Internet接口单元的研究与同嵌入式系统的网络互连[J].电子工程师,2002(12).设计[D].兰州:西北工业大学,2005.[7]刘书明,罗军辉.双口RAM在DSP处理系统中的应用[4]梁瑾.基于以太网的网络控制系统的研究[D].[J].国外电子元器件,2002(11):64-66.天津:天津大学,2004.[8]张凤均.LabWindows/CVI开发入门和进阶[M].[5]杜新虎,韩芝侠.嵌入式远程网络化电机控制系统设计北京:北京航空航天大学出版社,2001.2009年第11期张宏强等:基于PLC的掘进机电控系统设计·107·模拟量输入电路,这4路模拟量由变送装置转换为标准信号输入到PLC。PLC主要是对输入信号进行处理,并输出控制信号,达到控制系统的目的。输出电路中KA1、KA2、KA3、KA4分别为控制油泵电机、切割低速电机、切割高速电机、第二输送机电机的接触器线圈。PLC通过I/O点的输出对这些接触器进行控制,从而达到控制各个电机的目的。此外,输出电路还包括电机运行指示灯和各种故障状图2基于PLC的掘进机电控系统工作原理图态指示灯。PLC通过这些指示灯指示电机的运行状态和各种故障状态。同时输出电路还包括HMI人机界面。HMI人机界面主要是对系统的各个状态和输入输出信号以及故障状态、故障记录进行现场监控。3系统软件设计由于PLC采用的是西门子公司的S7-300PLC,因此,编程环境采用西门子公司的STEP7编程软件。同时STEP7还具有现场监控PLC状态的功能,给现场调试程序提供了方便。PLC程序中的电机启动部分是程序中的重要组成部分,其程序如图4所示。图3基于PLC的掘进机电控系统硬件组成图其中输入电路中的各个开关为继电器开关。该继电器由相应的传感器和开关信号控制,并将这些控制信号输入到PLC中。输入电路中还包括4路图4PLC程序中的电机启动程序流程图开机时首先检测系统是否存在故障。当掘进机系统无故障时,系统主回路闭合,进行启动预警3s后开始启动油泵电机,稍后进行切割预警,5s后启动切割低速电机,5s后将切割低速电机切换到切割高速电机运行。之后即可对各电磁阀进行相应控制,至于第二输送机如必要则可随时启动。当系统运行稳定后,即可对掘进机进行有效的操作和控制,如图5所示。4系统特点基于PLC的掘进机电控系统除了提供正常运行状态下的系统控制功能外,还具有以下功能:(1)具有试验检测功能该PLC电控系统具有试验检测功能,通过外部·108·工矿自动化2009年11月图5掘进机电控系统操作示意图硬件电路使故障输入继电器动作,其常闭触点打开,常开触点闭合,向PLC输入故障信号,从而模拟某些故障产生,方便检测故障发生时的处理情况。(2)具有安全保护措施①配电部分除对于电机设有断相、过载、过流保护外,还设置了照明漏电保护、反相保护以及各个电机的漏电保护。另外由于该掘进机系统工作在矿井下,还设置了瓦斯断电保护措施。②电机启动部分油泵电机和切割电机启动前都必须进行预警,提醒工作人员注意。③油泵部分对于供应电磁阀油压的油泵而言,设置了油位低、油温高以及油泵电机过热的保护措施。④切割电机部分切割电机有过热保护、冷却水流量不足的保护措施。⑤电磁阀部分对于电磁阀设置了漏电保护措施,并在程序中设置了使能标志,针对不同的情况可同时禁止/允许所有电磁阀工作。⑥其它部分还设置了自动复位和手动复位2种保护方式。(3)具有运转指示及故障显示功能HMI人机界面通过MPI方式与PLC通信,并经过西门子公司的WinCCFlexible组态软件设计各个画面,可以显示各个I/O口的状态、以及各个电机的运行状态和所有的故障状态。同时为了操作人员的使用方便,还在掘进机机体一侧设置了运行状态和故障显示LED。因此,各个电机的运行状态和故障状态,既可以在HMI人机界面上看到,还可设置运行状态和故障显示指示LED。5结语基于PLC的掘进机电控系统克服了传统掘进机控制系统可靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高、维护工作繁重等缺点,具有可靠性高、故障率低、维护简便的优点,能够较好地完成掘进机的相关控制任务,大幅提升了煤矿企业的生产效率和经济效益。该系统已经应用于实际掘进机控制系统的设计中,运行状态良好。参考文献:[1]廖常初.S7-300/400PLC应用教程[M].2版.北京:机械工业出版社,2008.[2]廖常初.西门子人机界面(触摸屏)组态与应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007.[3]刑印成,王凤林,郭滨.掘进机的发展[J].煤炭技术,2005(5).[4]戴冠秀,刘太湖,李明,等.PLC在运料小车自动控制系统中的应用[J].工矿自动化,2005(6).鲍店煤矿实现了智能化配煤装车兖矿集团鲍店煤矿选煤厂针对原先煤炭产品品种少的弊病,对配煤装车方式进行了改造,实现了智能化配煤装车,较好地解决了难以满足不同用户对产品质量要求的问题。该选煤厂的自动配煤装车包括以下内容:(1)灰分的在线测量及显示:测灰仪的输出信号传输到计算机,通过计算机处理运算,在显示屏上分别显示“灰分的瞬时值”和已装车煤的当前“累计灰分”;(2)配煤流量的控制:当装车过程中有超过规定允许的偏差时,适当调整各煤种的胶带秤流量给定值,以该给定值反馈调节相应给煤机的变频器,调节相应给煤机的工作频率,最终实现给煤量的调控;(3)配煤装车控制系统:主要由主控制柜、变频器控制柜、现场操作台及调度室上位机组成,可实现装车设备的自动开停及闭锁控制、手动操作与系统自动操作集中切换、配煤参数设定及配煤策略计算、根据测灰仪、胶带秤的检测数据实现基于目标灰分的自动配煤装车等功能。(李剑峰)真正好的朋友，从来不需要这些表面功夫。走在这漫漫俗尘，形如微尘的我们，每天忙碌的像只蝼蚁，哪有时间去整那些虚假的表面文章。那些沉淀在岁月里的真情实意，哪一个不是无事各自忙，有事时，却又从不问回报几何的真心相助？至于那些平日里看上去可以一起打闹，一起吃喝，一起厮混，看似好成一片的人，或许，只是你在多少次的四目相对之时，动了真心，存了真义，是你默默认定对方可称朋友，有困难的时候是你愿意伸以援手，但未必对方一样。多少看似热情的人，内心是薄情的。而多少看似淡漠的人，内心实则一片温热。那些表面热诚的人，总是相安无事各自好，一旦你有事需要援助，别说大事，就是小事需代劳，你都会发现原来不过情比纸薄，对方远比你自己想的要现实的多。有些人，自从与你接近，内心就存有一份自己的打算。定是你于他而言，多少有些可用之处。正所谓无事献殷勤，非奸即盗。在这个功利心弥漫的世态下，没有哪一份意外的热情不无所图。不仅是职场如此，男人如此，就连女人也不能免俗。接孩子的时候，被困高层电梯下不来，一个电话打来，希望能帮忙照看一下放学的孩子。实在的人总是把别人毫不见外的信任，当作是一种荣幸，于是想都不用想就能一口答应。可当你有事需要对方只是代笔签个字这样的举手之劳时，对方都能各种不情愿各种推脱，至此你终是发现，原来人与人之间真不是一杯换一盏的事儿。关键时刻，还是得找那些看似平时不联系，但一开口能力范围之内就愿意为你想办法的人。多少人天真的以为，认识的人越多，人脉就越广，自己就越厉害，其实，那些所谓的人脉，不过廉价。倘若你没有同等的利用价值，谁会与你建立起所谓的交际？最是谈钱伤感情，也最是感情不值钱。别结识了比自己优秀比自己有能力的人，就觉得有了依靠有了光环，自己不足够优秀，结识谁都没有用。在你困难需求的时候，你开口求助，能够推脱敷衍那算给面子，对你闭门不见佯装不熟也是情理之中。日久见人心，患难见真情。平时是平时，别把平时当真情。这世上多少人变脸如翻书，有求于你一个样，各自安好一个样，最是有求于他嘴脸陋，让你瞬间就明白，何谓人情凉薄。随着年龄的增长，人心的不再纯澈，人与人之间的交往就不再那么的纯粹而真心了。也正是因为如此，才更要珍惜那些默默守护在你生活中的朋友。别看平时忙的少有见面，少有聊天，就连微信，都少有私信。但有事儿的时候，只一声招呼，谁能出力都会挺身而出，义不容辞。真正好的朋友，从来不需要这些表面功夫。走在这漫漫俗尘，形如微尘的我们，每天忙碌的像只蝼蚁，哪有时间去整那些虚假的表面文章。那些沉淀在岁月里的真情实意，哪一个不是无事各自忙，有事时，却又从不问回报几何的真心相助？至于那些平日里看上去可以一起打闹，一起吃喝，一起厮混，看似好成一片的人，或许，只是你在多少次的四目相对之时，动了真心，存了真义，是你默默认定对方可称朋友，有困难的时候是你愿意伸以援手，但未必对方一样。多少看似热情的人，内心是薄情的。而多少看似淡漠的人，内心实则一片温热。那些表面热诚的人，总是相安无事各自好，一旦你有事需要援助，别说大事，就是小事需代劳，你都会发现原来不过情比纸薄，对方远比你自己想的要现实的多。有些人，自从与你接近，内心就存有一份自己的打算。定是你于他而言，多少有些可用之处。正所谓无事献殷勤，非奸即盗。在这个功利心弥漫的世态下，没有哪一份意外的热情不无所图。不仅是职场如此，男人如此，就连女人也不能免俗。接孩子的时候，被困高层电梯下不来，一个电话打来，希望能帮忙照看一下放学的孩子。实在的人总是把别人毫不见外的信任，当作是一种荣幸，于是想都不用想就能一口答应。可当你有事需要对方只是代笔签个字这样的举手之劳时，对