PLC在交流電牽引采煤機電氣控制系統中的應用

摘 要：隨著科技的進步，世界上多數國家和地區的采煤工具都更新換代，采用交流電牽引采煤機。想要提高采煤機的工作效率，采煤機牽引速度是關鍵。提高牽引速度的關鍵就在于牽引力是否提高。交流電牽引機是現代化礦井的標配，能夠極大地提高工作效率。PLC在交流電牽引機的應用，能夠為采煤機提供先進先進的電子設備和安全性高的控制系統，從而提高采煤機應用的可靠性。

關鍵詞：PLC；采煤機；控制系統；應用

1 國內電牽引采煤機的發展現狀

我國從上世紀九十年代就已經逐步停止使用液壓牽引采煤機，而是逐步實現電牽引采煤機。經過實踐證明，形成以交流變頻調速的電牽引采煤機的格局。這種轉變提高了采礦的工作效率。其中提高采煤機工作效率的關鍵在于裝機效率，現階段我國的裝機功率已經高到1800kW。“兵馬未到糧草先行”，伴著采煤機裝機功率和切割電機功率的提高，必須要保證供電。比如說，1000kW的電牽引采煤機至少需要配備3300v的供電系統。從整體而言，我國電牽引采煤機的發展現狀大幅度進步，而且已經引用了全中文語言系統的PLC控制系統，實現了運行狀態過程中監控、檢測等功能。當然，在產量大幅度提高的今天，我國采煤機系統也要保證其安全性。事實證明，電牽引采煤機經過40年的發展已經有很大進步。液壓采煤機已經成為歷史，我國的煤礦業也全面迎來交流電牽引采煤機時代，電牽引系統也向PLC系統轉變。

2 PLC概述

眾所周知，采煤機的工作環境異常復雜和惡劣。在工作過程中，也會受到電磁波干擾、電源不穩、地體的強烈震動等問題，同時在地表下，采煤機還面臨著環境潮濕、灰塵等惡劣因素。同時，為了完成采煤機的正常運轉，必須保證它有高功率變頻器。總而言之，這些情況的存在都為采煤機的設計提供更高的要求。目前，我國常見的采煤機都是采用逆變器型交流牽引采煤機，這也是為了結合PLC系統設置。事實上，PLC在交流電牽引機的應用，能夠為采煤機提供更好的抗干擾性，提高配置的靈活性和安全性。可以說，配備PLC電氣控制系統的組件，就能夠實現采煤機控制系統的監測、保護功能。

PLC就是可編程邏輯控制器。它的運作原理是在可編程儲存器里面進行邏輯運算，并負責用戶發出的指令。存儲器對這些指令以數字或模擬的sin形式進行輸入、輸出的功能，從而完成對采煤機器械的控制。用事實話說，1998年7月，晉城礦務局引進一臺采用PLC電控系統的交流電牽引采煤機。事實證明，PLC電控系統不僅安全性能良好，而且工作效率高于市面上任何一款電控系統。同時，它還具有LCD超大顯示器，能夠自動檢測系統故障，機器運轉期間，能夠給操作人員準確的提示。具體來講，PLC的特點如下：

（1）操作性能優，編程語言采用簡明的梯形圖、邏輯圖等表達，即使沒有計算機知識，也沒有關系。在系統開發方面，PLC的系統具有開發時間快，效率高，輕而易舉現場調試的特點。即使在線改變程序設置，只需改變控制方案就能輕松搞定。

（2）系統機動靈活，開關量輕松控制，PID回路控制一體化。在生產過程中，能夠輕松構建復雜的控制系統，完成系統運作的全自動化。

（3）適應性強。PLC系統抗干擾能力強，能夠應對各種惡劣環境。可以說，在安全性方面，遠遠超過其他各種型號的系統。

3 電子控制系統控制

針對AC逆變器板式牽引采煤機 ，電子控制系統能夠保證其控制和保護功能，具體如下：其一，采煤機工作過程中需要驅動器負責主機運轉。其二，為了采煤機便于操作，AC逆變器板式牽引采煤機在設定末端控制器、中央機身控制箱面板和無線電遙控操作等工作方法。其三，要完成采煤機的切割功能，需要保護四臺電機反時限繼電器，從而保護電機塊。采煤機高溫作業時，電機過熱能自動斷電，從而保護電機的正常使用，提供采煤機的安全性。能夠控制采煤機搖臂的升降，并且顯示中文版的運行參數并進行記憶。

4 計算機數據信號處理單元

（1）計算機數據信號處理主要負責交流變頻控制信號和數據的處理。其中關鍵設備就有工業計算機，負責不同數據和信號的輸入，根據試驗要求，并對信號和數據進行處理。它能夠完成多種通訊設備信號和數據的接收，并能夠和交流變頻器完成聯系。其次，它具有彩色打印功能，能夠打印采煤機產生的實驗報告和圖片。除此之外，將計算機信號輸入計算機中，按照數據參數，完成機器設備要完成的形式。

（2）監控系統裝置。采煤機的監控系統裝置，主要有以下幾部分組成，其一是檢測信號模擬發生電路。我們知道采煤機實現切割功能會產生巨大熱量，承受巨大壓力。這就需要采煤機的監控系統進行信號模擬，根據信號反饋進行工采煤工作。其二是操作信號模擬發生電話，針對檢測信號的模擬對采煤機進行控制，時刻保持最新的數據參數，保證采煤機工作的安全進行。其三是采煤機顯示電路，并能夠在控制中心輸出實時信號。其四是綜合測試臺完成采煤機的主要測試功能。

5 變流變頻調速功能測試

5.1 變流變頻調速功能的測試對象

變流變頻調速功能主要負責的測試對象主要有電機性能的測試，牽引電機電器和機械的性能測試以及檢測交流電機驅動器。通過這些測試對象，通過了解電壓波動、速度調節等內容來了解驅動器的性能狀況。

5.2 計算機信號數據處理及功能顯示

計算機信號數據處理及功能顯示，主要包括以下幾方面內容。其一，接受AC逆變器發送的信號和數據，結合交流變頻調速項目的要求，處理數據，并完成相應的測試報告。其二，利用菜單對計算機進行設置，對單元交流變頻速度試點項目進行控制，從而完成規范項目設置。其三，對不同型號的采煤機進行連接，更加方便采煤工作。

5.3 采煤機控制單元功能

采煤機控制單元負責多種功能，比如說采煤機控制中心系統能夠檢測機器故障。監控中心負責數據采集功能測試。采煤機控制單元對手控、應急手控、終端站和遠程控制功能測試，還負責電力牽引部、切割機和電力性能的測試等等。

6 系統軟件結構

（1）系統軟件結構主要包括控制保護算法和顯示控制。PLC處理數據有十個模擬輸入、一個模擬輸出以及三十九個數字輸入、輸出組成。值得一提的是，雖然PLC具有超強的數據切換能力，然而，PLCGEFunac90-30的數據處理能力差的，并不能提供靈活的圖像編程能力。這也是構建模擬系統的技術難點。在PLC程序中，通常采用子程序方法設定結構。這樣設置的有點在于，它的結構簡單明了，方便維修，可以節省內存資源PLC。PLC通過十個子程序和一個主要程序完成對程序的控制。這些子程序在系統中具有相對獨立性，能夠明確接口之間的算法。舉例來講，針對模擬數據，可以編寫相關的子程序，通過移位操作，進行數字濾波，完成模擬數據的輸入。

（2）采煤機的工作環境復雜、惡劣，需要提高系統的抗干擾性，才能保障采煤機的正常運轉。所以，針對PLC采礦電器控制系統的設計，我們應該遵循以下原則。其一，加強PLC的防震功能和安全功能，能夠應對采礦過程中的潮濕環境。其二，保持高電壓，采用高耐壓的設備，控制電纜采用雙絞線和屏蔽電纜，確保發電能力保持在40%～50%。其三，控制系統設置在屏蔽腔內，確保控制系統在一個穩定的環境行使命令。其四，針對長距離傳送的電信號，理應放大信號幅度，提高信號噪聲比。在信號幾首電路中，帶通濾波器和其他綜合措施雙管齊下，盡可能減少信號電路噪聲的感染。其五，保證電流的正常供應，就應該利用電流和穩定信號控制軟件，用來分析系統經驗的正常參數，從而減少錯誤操作造成的停電現象。

7 國內電牽引采煤機的發展目標

和別的國家尤其是歐美國家相比，我國的電牽引采煤機還有很大差距。這主要表現在帶我國電牽引采煤機的總體參數如安全性能、信號傳輸、故障診斷等方面。發現問題，解決問題，今后我國國內電牽引采煤機的發展目標如下。其一，進一步完善PLC在交流電牽引采煤機電氣控制系統中的應用，重點提高系統裝置的抗干擾性、防熱和防潮等性能。其二，提高電控系統的監控功能，繼續拓展交流電的系統的監控功能。其三，裝機率繼續提高。對于采煤機而言，無論是面對中厚每層還是薄每層，裝機效率決定著采煤機的工作效率，這也決定著煤礦的經濟效益。所以，在將來，提高裝機效率也是重要發展方向。其四，滾筒截深繼續提高。其五，PLC系統在交流電采煤機的應用更加合理完善，綜合性能高利用率和安全性進一步發展。

當然實現這些發展目標，必須滿足一些條件，否則發展目標再美好也是紙上談兵。這就需要我們繼續堅持PLC系統在交流電采煤機的應用，開發安全性能高的電氣控制系統，能夠應對抗干擾性，適應惡劣環境下作業。在監控功能方面，應該重點以故障診斷、實時監測、信號傳輸、自動化控運行控制系統等目標努力。

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作者簡介：高德（1983—），2007年畢業于西安理工大工業自動化專業，2008年3月到檸條塔皮帶隊擔任區隊技術員，2012年被任命皮帶隊機電副隊長一直至今。