基于PLC的煤礦采掘設備電控系統的設計

唐會成

（中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

隨著我國煤礦機械化開采持續發展，采掘設備電控控制系統的先行性、穩定性、重要性不斷顯現，電氣控制系統的性能直接關系到采掘設備的生產效率，可編程序控制器PLC在現代控制領域不在局限于邏輯控制，廣泛應用于運動控制、過程控制等領域。隨著煤礦企業對安全高效生產的重視，采掘設備對電氣控制系統穩定性、可靠性要求達到了新的高度。本文通過對采掘設備電氣控制系統硬件組成及功能介紹，利用PLC控制技術提高采掘設備自動化控制水平。

1 電氣控制系統總體設計

1.1 電氣系統構成

采掘設備電控系統主要包括：主電控控制箱、不同功能的電機、操作箱、人機界面、遙控器、各類傳感器、照明等，采掘設備電氣控制系統總體設計如圖1。電氣控制系統總體設計描繪了各電氣部分之間通訊和現場信號采集的結構，掘采設備上電氣控制功能的最終實現依賴于各個電氣部分的可靠運行。

圖1 總體設計圖

2 電氣系統功能

本系統以PLC做為核心控制器，負責采集處理各類開關量及模擬量信號并執行相應的功能，配以相應輸入輸出及信號調理電路，實現采掘設備本地控制或遙控控制，完成系統漏電閉鎖、過載、斷相、過熱等多種保護功能。

（1）控制模式：控制系統設有本機和遙控2種控制方式。本機控制方式通過駕駛室操作箱實現，通過本機操作箱控制按鈕可實現設備電機啟停、故障查詢、操作方式選擇等；遙控控制即遙控發射器與遙控接收機之間建立無線通訊，PLC控制器通過讀取遙控接收機數據，根據數據代表的命令執行相應的控制功能，操作人員通過遠程遙控操作可以更好的掌控設備以提高生產安全。

（2）保護功能：系統具有完善的保護功能，PLC對系統供電電壓、電機工作電流、電機繞組溫度、液壓系統油溫油位等參數均實時檢測。PLC檢測到參數異常或超出設定值，PLC停止設備運行并通過人機界面顯示故障信息，為電機提供可靠的保護，有利于故障排查提高工作效率。

（3）人機界面：人機界面是操作人員了解采掘設備工作狀態、故障信息的窗口，顯示器采用臺達DOPS515，通過組態軟件編輯友好人機交互界面，實時顯示采掘設備運行的狀態等參數，通過界面切換還可以查看PLC各IO口輸入輸出點的狀態，設備發生故障時可顯示故障相關信息及解決辦法。

3 主電氣控制箱

主電氣控制箱是整體控制系統的核心，內部裝有PLC控制器、PLC擴展IO模塊、斷電器、隔離開關、接觸器、綜合保護器、電流互感器、控制變壓器等 。主回路控制原理框圖如圖2所示。

圖2中，KM為交流真空接觸器，TA為電流互感器，KM1為接觸器的常閉輔助節點，KM2為接觸器的常開輔助節點，TB為電機繞組溫度保護開關，當電機繞組的溫度過熱保護時，TB溫控開關斷開，PT100為埋在電機繞組里的鉑電阻，用于采集電機繞組溫度并通過顯示器實時顯示。保護器實現漏電閉鎖、電機過熱保護、PT100信號隔離變換。PLC控制器對采集的信號分析、處理、判斷，根據軟件控制程序執行復合邏輯控制。

圖2 總回路控制原理圖

4 軟件設計

圖3 控制系統流程

控制系統的軟件設計主要由3部分組成，分別為系統初始化、本機操作、遙控操作。控制系統流程圖如圖3。

4.1 初始化

初始化程序由兩部分構成，系統PLC控制器上電以后，PLC首先進行系統自檢，確定PLC硬件包括擴展模塊及通訊口是否正常，而后進行PLC輸入輸出口所接外部器件是否正常，如電機沒有啟動前，PLC采集電流互感器初始值應為6400左右（電流互感器輸出2～10V，對應PLC模擬量AD轉換6400～32000）。

4.2 本機控制

本機控制通過檢測操作箱上的本機/遙控操作模式開關來現實，開關打到本機控制，則PLC本機控制輸入點接通，此時可以通過操作箱功能按鍵實現對采掘設備的控制，而遙控器操作則無效。

4.3 遙控控制

遙控控制與本機操作同理，即模式開關打到遙控檔位，此時本機操作箱操作無效，系統只接收遙控器指令。為了提高系統的安全性，防止遙控器通訊數據丟失而引發事故，遙控系統與PLC控制器間加入心跳報文，報文為一個字節，遙控接收機100ms進行加1操作并將報文發給遙控接收機，PLC通過讀取遙控接收機心跳報文判斷遙控系統是否正常，如PLC檢測到報文1s沒有變化則認為系統遙控中斷，采掘設備將停止運行，并顯示遙控中斷故障信息。

5 結語

煤礦采掘設備電氣控制系統的可靠性和先進性關系到煤炭開采過程中能否實現安全高效，本文設計基于PLC電氣控制系統通過遠程遙控的加入，提高了控制系統的先進性、靈活性，促進煤礦生產的安全。此外，良好的人機交互界面，更加便于操作人員作用和維修，提高了工作效率。