煤礦采煤機電控系統的應用及可靠性分析

屈強

【摘 要】隨著我國煤炭行業設備的不斷更新和發展，機械化、自動化、智能化成為煤炭行業的發展趨勢，在采煤機自動化過程中，PLC電控系統就是實現采煤機自動化的重要技術支撐，本文以煤礦作業中所使用的某型號采煤機為例，設計PLC電控技術在采煤機作業中的應用方案，初步設計PLC電控系統的功能和操作，為采煤自動化提供一定的實踐支持。

【關鍵詞】采煤機；電控系統；可靠性

隨著煤炭工業的不斷發展壯大，對電牽引采煤機提出了更高的要求，電牽引采煤機在應用中表現出的不足，嚴重制約了礦山的進一步發展，主要原因就是電牽引采煤機的調速方式過于落后。電子科技的進步為變頻調速方式的發展提供了良好的發展空間，PLC調速方式已廣泛應用于各行各業，并取得了顯著的效果。本文以我國某礦為背景，結合其電牽引采煤機電控系統應用現狀，對其進行了基于 PLC 的改進設計。

一、采煤機中電控系統的功能簡述

當前我國一些煤礦技術已經達到國際先進水平，但是在工作穩定性、可靠性和設備使用壽命等方面還存在一些差距。采煤機控制中心（PLC）主要采用了模塊化設計，主要包括 CPU、電源模塊、開關量輸入模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸出模塊、RTD 模塊、I/O通信接口模塊。

（一）多樣化的控制方式

在現階段的采煤機中，主體的控制方式并不單單有自動化控制一種，很多時候，要根據采煤的實際需求，設置半自動控制和手動控制。這樣的控制系統設置，對于應對各種采煤過程中出現的問題，有著最為直接的作用。一旦其中的一種控制系統出現了錯誤，不能夠再進行控制，可以迅速進行切換，由其他的控制系統來完成控制工作。

（二）切實的監控功能

一般而言，在運用采煤機盡心工作的過程中，都會面對一些復雜的環境，如果不加以注意，很容易出現工程中的失誤或者儀器的損壞，為此，在使用電控系統為主的采煤機時，需要對它的運行狀態進行監控，一旦出現某一部分的運行問題，應當迅速進行檢查，必要時候應該迅速進行停用，直到排除故障。具體的監控內容主要包括采煤機運行狀態、變頻器狀態、電流強度和信號狀態等，其中的任意一項內容出現了問題，都會導致整體的工作效益迅速下降。對于采煤機而言，周圍的環境是對采煤機的最直接威脅，一旦把握不好，很容易出現各種各樣的問題。因此，在電控系統的規劃中，也要設置一部分切實有效的監控系統。

二、采煤機的電控系統設計

（一）采煤機電控系統結構特點

采煤機電氣系統主要由電控箱、高壓箱、分線盒、端頭站、遙控器以及各功能電機組成。電控箱內部主要有主控中心（PLC）、電源組件、截割部主接觸器、隔離開關、PO-Face GP 顯示器、操作面板組件以及電流電壓信號處理模塊等部件組成，主要實現系統控制功能，也是采煤機電氣系統的控制核心。高壓箱主要有主變壓器、主從變頻器、牽引接觸器等部件，主要實現采煤機變頻牽引功能。

（二）采煤機電控系統設計要求

采煤機電控系統實現對采煤機的功能控制，主要實現的功能有：①采煤機主啟、停，遠、近及遙控操作控制。②采煤機變頻牽引停、送電，實現采煤方向選擇和速度的勻速控制。③采煤機截割部升、降控制。④截割電機、牽引電機的實時電流、溫度保護、恒功率、反牽引保護控制。⑤各種參數的實時顯示、存儲，牽引控制方向、速度，各電動機溫度、電流數據實時顯示，設備運行自診斷中文顯示等。⑥瓦斯超限報警和斷電保護。

（三） 采煤機 PLC 電控系統總體結構設計方案

采煤機電控系統主要由主控器 PLC、變頻器及其控制模塊、遙控器及接收模塊、端頭站及數據編碼傳輸接收模塊、電流電壓信號處理和瓦斯監控模塊、顯示模塊等部件和模塊組成。其中PLC 系統為整個控制系統的核心，包括電源模塊、CPU模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、熱電阻溫度模塊和機架底板組成。

（四）采煤機 PLC 控制原理

采煤機經過先導遠控回路，控制前級開關送電以后，系統進入自檢狀態，對整個系統進行漏電及絕緣監測。自檢結束以后，采煤機進入啟動模式，PLC 通過開關量和模擬量輸入模塊對各種指令和信號經過 I/O 總線送入 CPU，CPU 根據程序進行響應，分別控制牽引接觸器啟動和右截割接觸器啟動，從而控制變頻器的運行和右截割電動機運行，使采煤機按照選擇方向和速度指令信號進行割煤。當采煤機司機通過端頭站或者無線遙控器進行操作時，操作按鍵信號經過處理后分別經端頭站接收模塊、遙控器接收模塊把信號送入PLC 開關量輸入模塊。經過 PLC 內部算法，分別發出不同的控制指令，控制 DC+24V 電磁閥組，使采煤機的左、右截割部能夠進行升降，變頻器能夠控制左右兩個牽引電動機，按照操作按鈕功能實現采煤機向運輸機機頭或者機尾以一定的速度行走，同時也可以實現牽引接觸器的啟動和停止以及采煤機整個電氣系統的總急停。溫度和各電動機的電流等實時數據以及牽引方向、速度大小、故障診斷等信息由 PLC 電源模塊上的 RS485/232接口根據 SNP 通信協議，實現人機界面功能。

三、采煤機 PLC 電控系統程序的應用

采煤機 PLC 電控系統可以實現對采煤機電動機的啟動、保護、輸出、開關以及信息采集與處理等功能，PLC 系統通過一定規則的算法實現對采煤機恒定功率的控制，從而使采煤機在前后左右的作業過程中實現穩定操作，提高采煤的效率和煤層的穩定系數。在 PLC 電控系統的設計中，通過對采煤牽引機恒定功率的設計，利用 PLC 電控系統對采煤機的恒定功率、電流以及電壓、牽引保護等方面進行保護系統的設計，通過軟件實現對采煤機供電的恒定性，能夠有效保證采煤機在復雜的井下工作環境中通過恒定的電流實現安全、穩定、高效的運行。另外，在對采煤機 PLC 電控系統的設計中，采用梯形圖的編程語言，通過程序語言的運用，一方面可以使 PLC 系統的主程序與子程序結構和連接的高度優化，使程序結構較為清晰，而且還具備一定量的存儲空間。相對于其他設計語言來說，梯形圖編程語言其系統維護成本較低，節省了系統的存儲空間，提升系統運行速度，優化 PLC 系統對采煤機的平穩指揮。

四、結語

采煤機 PLC 電控系統的應用可以有效實現采煤機功率的平穩輸出，PLC 控制系統集合了控制中心、變頻技術、動態監控系統、熱感系統等，將采煤機的工作環境和工作狀態進行實時監控，實現人機互動、遠程遙控等操作，提升了采煤機的運行平穩性，提高了井下煤層采集的安全性。實踐表明，PLC 電控系統能夠滿足采煤機以及現代采煤工作面的需求。

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