基于PLC電鏟控制系統

陳美蓉

摘 要：2300XP電鏟主要用于采礦作業過程中，由于這一型號的電鏟年代比較早，其設備元件的老化問題是模擬控制系統一直以來存在的缺陷，加之電磁干擾和粉塵污染等也會對電鏟的穩定作業產生較大影響。2300XP電鏟經過多年使用，原控制系統的諸多問題越來越突出，比如說元件故障率高、維護成本高、電路布線復雜以及備件難以采購等，因此我們應當積極的應用PLC控制系統來對2300XP電鏟進行技術改造，下面我們針對這一問題展開分析。

關鍵詞：PLC控制；系統改造；2300XP電鏟

引言

我們結合2300XP電鏟原有控制系統的功能及安全穩定性要求較高的特征，選擇PLC來對過去以傳統繼電器為主的2300XP電鏟電氣控制系統進行升級與改造。而利用PLC控制系統主要是按照可靠性和先進性的要求來確定的，PLC控制系統具有較強的穩定性，其抗干擾能力也相對更好，因為PLC運用了大規模集成電路技術，其生產制造過程也運用了嚴格的工藝技術，控制系統內部電路的可靠性較強。我們從PLC控制系統的機外電路而言，借助于PLC進行技術改造和過去2300XP繼電器系統比起來，其設備元件的故障率將會得以極大的降低，維護和操作也更加方便。

1 原電氣控制系統及存在問題

2300XP型電鏟過去一直都是以繼電器為核心的電氣控制系統，在這一系統中其一個工作流程主要有挖掘、回轉、卸載以及返回，將行走、回轉、推壓以及開斗等動作綜合起來協調進行，各個環節通常都包括了兩個或者以上的動作相互配合，而以繼電器為主的控制系統一般存在下面的問題：一方面，系統中的中間繼電器與時間繼電器相對較多，開關接點較多，電氣線路比較復雜，加之控制系統的常年運行，很多設備元件逐漸老化，很容易發生故障，對電鏟的安全穩定作業產生影響；另一方面，2300XP電鏟的設備元件如果需要更換，采購起來比較困難，維修維護的成本較高，對采礦的經濟效益會產生一定的影響。因此我們應當積極的應用PLC對2300XP電鏟進行技術改造，從而提升其安全可靠性能[1]。

2 改造方案分析

我們在對PLC控制器進行選型的過程中必須要結合2300XP電鏟控制系統具體使用環境的情況，考慮到電鏟控制系統對于可靠性以及安全性的要求。因此可選擇SLC-300系列的PLC控制器，該系列控制器具備技術先進、穩定性高的特征，技術指標也與能夠滿足采礦作業要求，尤其是在進行振動、跌落等試驗之后，獲得的數據表明其適合應用于2300XP電鏟改造。改造后的控制系統設置有PLC主站，同時也增設輔助柜遠程I/O站、司機室遠程I/O站、變流柜遠程I/O站、RPC柜遠程I/O站以及潤滑室遠程I/O。這就在很大程度上讓原有控制系統的電氣線路變得更加簡化，比如說司機室，PLC控制系統選擇了遠程I/O通訊方式，可以憑借一根或者兩根通訊線便能夠代替過去數十根控制線，極大的增強了系統的穩定性。2300XP電鏟PLC系統在司機室與控制室都設置了觸摸屏。操作人員能夠通過觸摸屏直接的觀察電鏟運行的相關數據信息，同時觸摸屏上還能夠顯示報警指示以及故障記錄，另外操作人員還能夠通過它來對潤滑參數以及推壓限位等進行設置，非常簡便。觸摸屏與PLC主站CPU利用DP+網絡進行通訊。PLC主站以及遠程I/O站一般利用RIO網絡實現通訊，這些現代化的信息通信技術極大的對控制系統進行了簡化，從而真正實現了模塊化運行管理，在很大程度上增強了電鏟PLC系統的可靠性，同時增加了較多新的功能。

3 功能設計

電鏟控制系統進行改造之后，PLC系統能夠對外圍線路聯鎖、補償電容器投切以及傳動裝置啟停等動作進行有效的控制。PLC控制系統在遠程I/O邏輯的輔助之下，利用總線對數字調速器下達給定信號，從而實現挖掘動作。借助于PLC控制系統自身的運算功能，2300XP電鏟不但可以完全的實現過去的所有功能，同時也相應的增加了部分新功能[2]。

3.1 RPC自動投切

RPC通常是1/2組、1組、2組、固定組等電容器組構成的。對于容量方面，固定組和1/2組通常是300kV·A，而其余組基本相同，為450kV·A；對于補償方式方面，固定組恒定投入，其余組的具體狀態一般按照無功功率的實際需求呈現出不同的變化。因為1/2組容量基本等于其余獨立控制組容量的二分之一，所以我們利用各種組合能夠直接實現各個梯級的補償容量。和過去的控制系統比起來，PLC控制下的RPC各個組別的投入順序都具備輪換能力，按照其投入的作業時長和投入過程中電鏟實際狀態能夠對容量相同的RPC各組實現自由切換，這樣一來便能夠有效的降低設備發生故障的幾率。

3.2 卸料懸停控制

進行卸料操作時，當首臺裝料車撤回而第二臺裝料車尚未進入的時期，操作人員往往不會把電鏟大臂放下，同時第二臺裝料車若進入視線范圍，操作人員通常不會選擇使用抱閘固定大臂。為更好的解決短期內的空中懸停問題，PLC控制系統能夠提供卸料懸停功能，可以實現懸停狀態下的計算機判斷、懸停過程中設備的動作設置和退出機制。通過這樣計算機自動控制的機制，可以明顯的縮短停車再啟動時間。

3.3 開斗轉矩設定

開斗電動機通常負責裝車作業過程中控制斗門的開合，以便于卸料，另外電鏟在其他的作業流程中，開斗電動機同時要微微拉緊開斗鋼絲繩，而在這兩種情況之下都應當對開斗電動機進行轉矩控制。直接驅動電動機的變頻器通常采取速度偏差加轉矩限幅的控制手段。因為鏟斗自身的負荷量、礦石具體大小和形狀等因素的干擾，或多或少的會對開斗作業的負載轉矩產生影響，而上述因素都是處于不斷變化中的，所以導致各次開斗狀態下的負載轉矩也并非為定值。控制系統能夠存儲各負載范圍下的開斗負載轉矩當成是預控值，再引入動態轉矩給定，將二者相加得到的參數當成是轉矩限幅給定。另外程序會根據速度環退飽和的實際情況和開斗作業情況，對附加動態轉矩給定進行合理的修訂。引入這樣的算法能夠確保各次卸料所進行的開斗動作不大于兩次，同時還降低了鋼絲繩被拉斷的幾率。

3.4 人機界面

操作人員能夠通過觸摸屏對駕駛室和控制柜的工控一體機進行直接訪問，監控系統一般包括了主界面、故障診斷、參數設置以及幫助信息等。主界面能夠直觀的顯示挖掘機具體狀態、推壓限位等參數，也可以提供用戶登錄以及I/O查詢等功能，是其余各個界面的主要入口；調試監控可以讓操作人員直接對儀表進行開關操作，顯示電壓電流、運行曲線等數據信息；故障診斷系統能夠提供故障預警，便于我們對設備進行維護檢修；參數設置頁面，操作人員可以執行自動潤滑、RPC設置以及推壓限位設置等動作，而在幫助信息中可以了解該系統的詳細操作流程和系統概述信息[3]。

4 效益分析

對2300XP電鏟進行PLC改造之后，因為改造后的系統人機界面更加友好，同時硬件線路清洗簡明，原有系統內的繼電器和其他各類復雜的連線基本都已經省掉，日常維護和檢修工作變得更加便利，平均每個月的故障檢修時間降低了五小時，其能夠帶來的經濟效益約為每年八萬元。

（1）首先進行控制系統改造的電鏟會更換較多的備件，而這些備件可以留作后期改造的電鏟繼續使用，不需要再次進行采購，有效的降低設備維修成本。一臺電鏟更換下來的備件折合庫存價值一般為70萬元，能夠在很大程度上減少庫存成本。（2）進行PLC改造之后，2300XP電鏟使用通用性較強的工控產品，能夠實現備件庫存的統一規范處理，且維修管理工作十分方便。（3）觸摸屏顯示能夠非常直觀的為操作人員指出故障點，計算機控制不但可以對電鏟的實際運行狀態實施監控和預警，同時還能夠結合報警信息做出快速反應，在很大程度上減少了電鏟故障的處理時間，有效提升了作業效率。

參考文獻

[1]程榮火.基于提高安全性能的2800XP電鏟PLC控制系統改造[J].煤礦安全，2011（6）：16.

[2]楊進京.2800XP電鏟驅動系統燒保險及鏟斗墜落故障分析[J].露天采礦技術，2011（5）：10.

[3]李亞武，程榮火.2800XP電鏟無功補償控制系統的改造[J].露天采礦技術，2011（6）：29.