基于PLC的采煤機(jī)控制系統(tǒng)分析

摘 要：煤炭開采所處環(huán)境較為惡劣，所以，采煤機(jī)很容易受到矸石和煤炭載荷沖擊，對(duì)其造成損壞。使用PLC和變頻器相互結(jié)合的控制系統(tǒng)可以提高采煤機(jī)的可靠性，提高采煤效率。筆者對(duì)此進(jìn)行研究，同時(shí)針對(duì)電磁干擾對(duì)該系統(tǒng)的影響，提出解決策略。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；采煤機(jī)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)功能

中圖分類號(hào)：TD632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）01-0048-02

Analysis of the Control System of the Shearer Based on PLC

DAI Shuguang

（China Pingmei Shenma Group One Mine，Pingdingshan Henan 467000）

Abstract： The environment of coal mining is very bad， so the coal mining machine is easily impacted by the load of gangue and coal， causing damage to it. The control system combined with PLC and frequency converter can improve the reliability of shearer and improve the efficiency of coal mining. The author studied it， and analyzed the solution strategy according to the influence of electromagnetic interference on the system.

Keywords： PLC control system；coal shearer；system structure；system function

在綜采工作面的機(jī)械設(shè)備里，采煤機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，這對(duì)采煤機(jī)的重要部件會(huì)造成一定的損壞，進(jìn)而使得采煤機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。要想使采煤機(jī)避免上述因素的影響，延長(zhǎng)其使用期限，那么提高設(shè)備控制和監(jiān)控的自動(dòng)化水平就顯得很有必要。

1 采煤機(jī)簡(jiǎn)述

1.1 采煤機(jī)結(jié)構(gòu)

采煤機(jī)主要由電氣系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、截割部及牽引部組成。采煤機(jī)構(gòu)件分兩大類：其一是機(jī)械構(gòu)件，主要包括機(jī)架、液壓、左右牽引傳動(dòng)箱、左右搖臂及滾筒、噴霧部件；其二是電氣構(gòu)件，主要包括左右牽引電機(jī)、左右截割電機(jī)和各種控制箱等。

1.2 采煤機(jī)工作流程

采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)是綜采工作面主要用到的機(jī)電設(shè)備，也就是平常所說(shuō)的“三機(jī)配套”。在采煤過(guò)程中，通過(guò)輸送機(jī)的銷排嚙合和牽引部的齒軌輪相互作用，使采煤機(jī)能夠往復(fù)行走，同時(shí)利用高泵升降滾筒來(lái)應(yīng)對(duì)每層高度的變化情況。割煤時(shí)，頂煤是由前滾筒來(lái)切割，而底煤是由后滾筒來(lái)切割，滾筒的旋轉(zhuǎn)可以使煤落進(jìn)輸送機(jī)，然后輸送機(jī)送至轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)，最后由皮帶運(yùn)出。

2 基于PLC的采煤機(jī)控制系統(tǒng)研究

2.1 PLC簡(jiǎn)述

PLC就是可編程控制器的英文簡(jiǎn)稱，其對(duì)硬件的控制是通過(guò)內(nèi)部存儲(chǔ)程序來(lái)進(jìn)行的。PLC具有以下優(yōu)勢(shì)：第一，其編程語(yǔ)言相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要是梯形圖；第二，其抗干擾力比較強(qiáng)；第三，其制作工藝比較精良，功耗低、重量小、結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)適應(yīng)性比較強(qiáng)，不用擔(dān)心工作環(huán)境是否惡劣；第四，在工業(yè)控制領(lǐng)域其可靠性和穩(wěn)定性都獨(dú)具優(yōu)勢(shì)；第五，PLC內(nèi)部電路是集成的，元件使用期限較長(zhǎng)，最難能可貴的是故障率還特別低。有數(shù)據(jù)表明，PLC正常工作，且中間無(wú)故障，時(shí)間可持續(xù)大于20 000h。

2.2 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上述提及，采煤機(jī)的工作環(huán)境比較復(fù)雜，正常工作中受不同因素的影響，可能會(huì)對(duì)其造成損壞。所以，采煤機(jī)在可靠性和安全性上的要求比較高。以往的電氣控制系統(tǒng)的控制元件主要是接觸器和繼電器，這樣的缺點(diǎn)就是故障率比較高，而且接線比較復(fù)雜。但是，采用PLC（可編程控制器）結(jié)合變頻器的控制方式，就可以顯著提高自動(dòng)化水平，而且可靠性也有保障。

PLC是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，其主要是通過(guò)總線通信技術(shù)的方式來(lái)完成和各部分設(shè)備之間的連接和通信。采煤機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由SM交換模塊進(jìn)行采集，同時(shí)分別處理模擬量和數(shù)字量，然后PLC調(diào)整采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這是通過(guò)控制內(nèi)部程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另外，PLC還控制著各類電氣保護(hù)系統(tǒng)及報(bào)警系統(tǒng)，從這方面講，其也增加了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)使得工作效率得到提高[1]。

2.3 系統(tǒng)功能

第一，系統(tǒng)電源接通以后，隨著啟動(dòng)命令的下達(dá)，其可以根據(jù)采煤機(jī)的啟動(dòng)要求，實(shí)現(xiàn)油泵、截割電機(jī)、牽引電機(jī)的依次啟動(dòng)。當(dāng)下達(dá)停止命令后，各電機(jī)就依次停止，此時(shí)順序和之前恰好相反。第二，變頻器啟動(dòng)之后，一開始牽引電機(jī)的速度是零，當(dāng)下達(dá)加速命令之后，其頻率才會(huì)增加，電機(jī)才會(huì)加速，當(dāng)加速按鈕松開后，電機(jī)是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的，只有下達(dá)減速命令，電機(jī)才會(huì)降低轉(zhuǎn)速，但不會(huì)停，按下復(fù)位按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)速才會(huì)變成零。第三，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過(guò)電流信號(hào)來(lái)控制，而系統(tǒng)能夠采集到相應(yīng)的電流信號(hào)，如果電流達(dá)不到額定電流的90%，轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)牽引電機(jī)將會(huì)加速運(yùn)行。反過(guò)來(lái)，如果說(shuō)電流超過(guò)額定電流的110%，此時(shí)牽引電機(jī)將會(huì)自動(dòng)減速運(yùn)行。第四，能夠檢測(cè)電子溫度，原因就是在牽引電機(jī)繞組、截割電機(jī)中安裝了熱電阻。如果說(shuō)電機(jī)溫度過(guò)高，超過(guò)135℃，電機(jī)將會(huì)自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速，同時(shí)發(fā)出高溫報(bào)警。如果超過(guò)155℃，電機(jī)就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)發(fā)出故障信號(hào)。第五，自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)絕緣。在截割電機(jī)沒(méi)有啟動(dòng)的時(shí)候，控制系統(tǒng)會(huì)先自動(dòng)檢測(cè)各電機(jī)的對(duì)地絕緣情況，在絕緣程度大于40M的基礎(chǔ)上，電機(jī)才能正常啟動(dòng)，如果小于該值，電機(jī)是不能啟動(dòng)的，并且會(huì)發(fā)出警報(bào)。

2.4 采煤機(jī)控制系統(tǒng)軟件流程

通過(guò)圖1不難發(fā)現(xiàn)，變頻器啟動(dòng)后，最先判斷的是牽引方向，然后才通過(guò)指令實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)加速和減速。具體情況如圖1所示。

從圖1可以看出，采集到的電流信號(hào)要和轉(zhuǎn)速信號(hào)、設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，按照PLC內(nèi)部程序來(lái)對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行自動(dòng)控制，可靠性和工作效率都得到了提高。

3 PLC采煤機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾分析

3.1 電磁干擾弊端

電磁干擾會(huì)嚴(yán)重影響采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)，如系統(tǒng)失靈、采煤機(jī)不能工作、引發(fā)安全事故等，本文主要從以下三方面談起。第一，電磁干擾能夠使程序運(yùn)行異常，產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。如果PLC系統(tǒng)被電磁干擾了，其內(nèi)部數(shù)據(jù)在讀寫的時(shí)候就有可能發(fā)生錯(cuò)誤，使程序出現(xiàn)問(wèn)題。第二，電磁干擾會(huì)左右PLC和其他設(shè)備之間的通信。不僅如此，PLC系統(tǒng)和外部設(shè)備之間的通信也將被影響。會(huì)降低輸出的控制信號(hào)，同時(shí)令輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生混亂，最后使整個(gè)系統(tǒng)受到影響。第三，使PLC系統(tǒng)的能耗增加。電磁干擾PLC系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致諧波產(chǎn)生，而諧波會(huì)使電子元件能耗增加，從另一角度講，這也使電機(jī)的工作效率降低。

3.2 防止電磁干擾的策略

第一，通過(guò)屏蔽和接地的方式防止電磁干擾。屏蔽可以使電磁輻射減少，而接地可以使諧波降低。第二，通過(guò)交流電抗器來(lái)使輸入功率改變，盡量使波形正常，交流電抗器要在變頻器輸入段使用。而變頻器使用直流電抗器則可以使并聯(lián)功率因數(shù)改變。第三，通過(guò)安裝濾波器來(lái)檢測(cè)電網(wǎng)中存在的諧波，同時(shí)補(bǔ)償諧波，濾波器安裝在電源入口處。第四，通過(guò)使用數(shù)字濾波法，使PLC系統(tǒng)中硬件設(shè)備使用率降低，保障部分軟件正常工作，確保系統(tǒng)更加可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了綜采工作面采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，并提出設(shè)計(jì)新的控制系統(tǒng)，即PLC和變頻器相互結(jié)合代替以往的接觸器和繼電器為主元件的控制系統(tǒng)。新系統(tǒng)能幫助采煤機(jī)提高可靠性，延長(zhǎng)使用年限，同時(shí)適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。本文還闡述了新系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，其中PLC是核心，通過(guò)總線通信技術(shù)完成通信工作。系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的方式是通過(guò)SM交換模塊進(jìn)行，以內(nèi)部程序調(diào)整采煤機(jī)運(yùn)行情況，最后對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾弊端以及措施進(jìn)行了研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]何廣東.基于PLC控制的采煤機(jī)自動(dòng)割煤技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015（S2）：100-103.