基于PLC的煤矿掘进机电控系统的可靠性设计与实现-朱文忠

DOI:10.13436/j.mkjx.2013.08.016第34卷第08期煤矿机械Vol.34No.082013年08月CoalMineMachineryAug.2013基于PLC的煤矿掘进机电控系统的可靠性设计与实现朱文忠（四川理工学院计算机科学学院，四川自贡643000）摘要：煤矿掘进机主要分为横轴掘进机（EBH）和纵轴掘进机（EBZ）两种，是煤矿工作作业中很重要的一类机械。从电控系统出发，基于单片机系统的设计，对于煤矿掘进机的电控系统的可靠性设计进行了分析，并对其实现进行了阐述。关键词：PLC；煤矿掘进机；电控系统；设计与实现中图分类号：TD421.5文献标志码：A文章编号：1003－0794（2013）08－0269－02BasedonPLCofCoalMineMachineControlSystemReliabilityDesignandImplementationZHUWen-zhong（InstituteofComputerScience，SichuanInstituteofScienceandTechnology，Zigong643000，China）Abstract:Coalminemachinemainlydividedintohorizontalaxismachine(EBH)andverticalaxismachine(EBZ)twokinds,arecoalmineworkassignmentsveryimportantkindofmachinery.Thisarticlefromtheelectroniccontrolsystem,basedonthedesignofthesystembasedonsinglechipmicrocomputer,forcoalminemachineofthereliabilitydesignofelectriccontrolsystemareanalyzed,anditsrealizationisdiscussed.Keywords:PLC；coalminemachine；controlsystem；designandrealization1煤矿掘进机的概况与发展性能的完善性研究，要进一步加大研发力度，开展煤矿技术进步的一个标志就是机械化的不断新技术及新设备元部件的创新性研究，例如带式输发展，机械信息化的发展带来了煤矿技术的大发展送机的动态分析及监控技术、快速自移机尾等核心时期，目前采煤的设备正随着技术的发展而不断地技术，从而不断完善煤矿井下作业掘进机的性能。发展，而设备的重要性也正在不断的彰显，我国煤目前PLC的应用比较广泛，在机电系统设计层条件复杂，所以在开掘地过程中需要很多的设中，单片机的发展也很迅速，目前使用比较广泛的备，20世纪80年代，我国就对煤矿机械化开采技术是SIMATICS7-200系列，该系列的强大功能主要设备进行了研制和开发，在研制和开发的过程中，是在独立运行的过程中加以体现，还有就是在网络综采设备不断发展，但是与国外的先进技术相比还领域中应用，对于其他的单片机来说，S7-200系列是有差距的，所以掘进机电控系统的设计和实现，所无法比拟的性价比。其最大的优势就是程序编辑不仅是煤矿技术的发展，也是煤矿机电系统的发特性的兼容性强，为了能够控制相关设备，而且控展。制自动化的功能能够实现，S7-200系统用户程序指2煤矿掘进机电控系统的设计令内容主要有：计数器、位逻辑、复杂数学运算、定系统的设计是在煤矿掘进机电控系统基础上时器以及智能模块间通讯等，通过对输入状态的监进行的自动化改造，在改造完成之后，由PLC控制视以及对输出状态的调整，进而达到控制效果。柜、就地控制柜、报警模块、通讯模块以及具体的执操作PLC具备以下功能：对来自于操作台面板行机构等部分构成，能够实现在无人工干涉的情况的选择开关信号、来自于保护PLC的信号以及来自下通过程序控制，完成掘进机电控系统的自动运行于上位机的信号等进行接收，并以一定的逻辑为依以及自我诊断。据对操作台面板指示灯进行控制，在此基础上，分本系统采用了PLC单片机作为系统的中心控别向保护PLC以及上位机系统传输相应的信号。在制器，由其负责信号的采集和处理，并且与上位机上位机以及PLC无法进行正常通信的情况下，要保完成通信。要完成对模拟量的输入以及数字量的输证操作台继电器处于开启状态，以便PLC可以接收到入与输出，模拟量输入信号包括了各类掘进机需要能够取代上位机的信号，而如果上位机以及PLC处于的参数等。对于煤矿掘进机而言，其元部件运行的正常的运行状态下，则需要将操作台继电器关闭。可靠系数以及自身性能强弱直接影响着设备的开在继电柜的上端选定安装保护PLC的具体位机率。因此，要致力于对设备元部件运行可靠性及置，保护PLC的构成模块详见表1所示。269第34卷第08期基于PLC的煤矿掘进机电控系统的可靠性设计与实现—朱文忠Vol.34No.08表1保护PLC的构成模块电源模块CPU模块输出模块输入模块模块型号PS-307/5ASIMATICS7-200SM322/16×DC24VSM321/32×DC24V模块数量1122保护PLC具有以下几项功能：实现对接触器信号、继电器接点信号、来自于操作PLC的信号以及传感器信号等外部输入信号的接收，以相应的逻辑为依据对电气制动停车或者是紧急停车等继电器动作进行控制，并向操作PLC传输部分输出信号以及所有的输入信号。自动机械运行位置检测系统主要是控制机械的运行，为了使PLC随时了解机械处于何处并达到很好的控制效果，系统必须在有效的位置安装传感器来检测机械的位置，并且设置了2个极限开关分别用于检测机械是否处于完全打开和完全关闭状态。步进电机驱动是转化电脉冲的装置，其通过控制接收到的脉冲个数以及脉冲频率来达到准确定位和调速的目的。软件系统主要包括主程序模块、掘进机机电子程序模块、开关子程序模块和故障诊断与报警输出模块等。主程序模块主要完成下列功能：各阶段的系统初始化以及中断设置，使PLC根据不同指示进行相应处理的一系列过程，实现自动控制和手动控制的转换等。PLC的工作方式是顺序扫描、循环执行。掘进子程序及开关子程序模块都由缓慢加速、恒速、减速3个阶段组成，这样主要是保护系统和准确定位。当按掘进时，如果开启极限信号有效则程序处于完全关闭状态，形成变量自动变为零，调用掘进子程序，机械在转动时，每转一圈变量就增加一个单位，直到变量变成最大值时关闭电机输出。当按开启时，调用开启子程序，则机械反方向转动，每转一圈变量减少一个单位，当变量重新变为零时机械已经处于完全关闭状态，此时电机信号自动切断。（1）拥有操作管理和参数维护。该系统控制软件必须拥有操作权限管理的功能，在设置参数时，控制方式则采用密码来操作，并记录相关的操作。同时，控制软件测试时，软件必须维护功能参数，在系统初始化或者需要对参数进行修改时，能够自动为用户配置渠道，并通过一个密码身份验证；（2）可以进行实时和曲线显示。模拟显示生产地点和名称，以及监测等数据，实现实时模拟量报警，并将传感器测量点中的数据用曲线方式直观地进行显示。随着时间的不断变化，通过曲线显示传感器的位置等相关信息，并进行数据的统计。其中，不同的曲线用不同的颜色替代；（3）可以进行报警显示和打印。在测试的过程中，如果发生异常软件就会自动发出警报，并根据用户不同的选择分类显示不同的报警信息。同时，将相关报表进行打印。例如：瓦斯抽放和模拟量统计值报表、开关量报表等。3煤矿掘进机电控系统的实现在煤矿掘进机电控系统中应用PLC系统之后，相应的维修及维护费用得到有效控制，电脑显示器可以直接显示出大多数故障的情况，这样就省去确定故障点的工作，大大提高了工作效率。在具体运行过程中，电机与电枢之间不具有必然联系，二者互不影响和干涉，此外磁场采取串联方式，这样单机运行以及保持转速及转矩运行的均匀性的实现就具备了可靠性保证，还可以实现精准度较高的控制，操作便捷，系统还可以进行故障的自动检测，一旦有负力发生可以自动切换到发电反馈制动模式，这样就可以使系统运行的安全性得到保障，并提升运输性能，并对相关的费用及成本予以有效控制。对变频系统的实现通过先进矢量控制技术完成对变频器装置的保护功能。由于考虑到过载能力的问题，这里将采用2台200kW，功率大于400kW的变频器。通过主电动机的转速对带式输送机实际运行的速度进行确定，编码器获取电动机的频率信号，并传输到PLC中转换成速度信号进行速度的给定，同时由变频器调整电机速度。将采用多个输出设备24V红、绿2种信号灯来显示故障发生地，例如：提供输送带偏跑故障指示和打滑故障指示，以及变频器故障指示等，工作人员通过信号灯的标注，及时、准确的完成对故障的维护和排除。输入设备由操作按钮提供信号，例如：提供打滑信号和仓煤位堆煤信号等。测试可以利用DTC.cpp文件对监控系统控制软件的性能进行测试，例如：网关连接、功能、报警和环境等。采用80%~120%的负载通过测试，其控制率最接近100%的测试结果，符合条件。同时还要对每个控制命令的响应时间进行测试。其中，运行端命令和文件，做出的响应时间为0.05s；数据传输速度达到MFC传输文件水平，并且监控系统每500ms扫描1次，才能满足测试的条件。4结语机电技术是煤矿机械非常重要的性能指标，通过对煤矿综掘和机电技术的结合，加强煤矿综掘机电岗位的管理，得出了加强煤矿综掘机电技术的管理在保证煤矿生产质量和安全的同时也能促进综掘技术的快速发展。参考文献：［1］许立学.设备管理中的机械故障诊断技术与状态监测维修［J］.中山大学学报：自然科学版，2005（1）：56-57［2］孙祥国.Mastercam在虚拟加工中的应用［J］.煤矿机械，2011，32（4）：131－133.［3］田文德，胡明刚，王春利，等.基于解析模型的石化装置状态监测系统研究［J］.计算机与应用化学，2010（8）：76-78［4］殷侠，李殷.基于DSP的卸煤机电机矢量控制系统的设计研究［J］.煤矿机械，2011，32（4）：154-157.作者简介：朱文忠（1971－），四川荣县人，硕士，副教授，主要研究方向：计算机应用技术，人工智能，嵌入式系统.责任编辑：武伟民收稿日期：2013－02－21270