基于PLC的掘進機電控系統設計

張明國 辛華

摘要：本文主要是基于分析的掘進機電氣控制系統的研究，借鑒國內外的先進技術，結合煤礦實際生產情況，針對傳統的掘進機繼電器 - 接觸器控制系統的不足之處，提出了一種基于PLC掘進機電氣控制系統的設計方案。

關鍵詞： PLC;掘進機;電控系統。

1掘進機電控系統組成

掘進機電控設備通常是由礦用本質安全型操作箱CX4-4/12E（以下簡稱操作箱）和礦用隔爆兼本質安全型開關箱KXJ4-258（218、203）/1140（660）E（以下簡稱開關箱）兩大部分構成， 另裝備了BAL1-36/127-150礦用隔爆電鈴;BZA1-10/24-1ZS隔爆型壓扣急停按鈕; DGY35/24B隔爆型照明燈和風機電機以及二運電機和截割電機，還有油泵電機等設施構成了掘進機的電氣系統。掘進機的電氣系統的每個電機均采用了雙電壓電機，工作時的電壓是 660V 和 1140V之一，工作電壓由電機接線形式決定。掘進機的電控系統將可編程控制器（以下簡稱 PLC）做為中心，對油泵、、風機、截割、二運四個電機的過壓、超溫、短路、欠壓、三相不平衡、過流、過載、電機絕緣實行監控與看護、而且具有瓦斯保護、低壓的漏電、電流異樣等方面的功用。開關箱與操作箱之間以工業上常常利用的 RS485 為通信方式，穩定性很高。只用兩芯信號線就能完成對截割、油泵、風機、二運的開停和反饋各電機運轉狀態狀況、截割電機的負荷、任務的電壓和各種系統故障的信息。極大的減少了操作箱和開關箱之間的連線數量，操作箱的電纜使用連接方式為疾速接頭方式。安裝操作便利，性能可靠性高。開關箱的視窗里面設有發光管，它可以顯示出32 種系統故障信息的起因，與在開關箱上的液晶屏獨離分開工作。圖1是掘進機的電氣系統圖。

2掘進機電氣控制設計

2.1主回路

主回路它是隔離開關QS以及阻容吸收的電路RC1-RC4以及真空的接觸器KM1-KM4和電流的互感器TA1-TA12組件構成。

電源的開關，當它被閉合的時候位于主回路的各個接觸器的上端通電。采納控制的回路依次使真空接觸器KM1-KM4閉合。油泵，二運，截割，風機的電機可以運行。每個回路使用阻容吸納電路RC1-RC4吸納主回路的過電壓。電流互感器TA1-TA12檢測的回路電流轉變為電壓的信號并且發送到可編程控制器中，電動機保護通過程序實現，并通過顯示窗口和液晶顯示器的得到事故的原因。

為了避免位于內層的系統暫態過電壓的沖擊（大部分用于接觸器，斷路器開斷迸發的操作過電壓。）顯著損壞主要電氣設備。常見的方法是，接近斷路器或是接觸器的地方裝設氧化鋅避雷器（MOA）或是阻容吸收器的方法來實行沖擊維護。相比兩種類型的產品的功能，氧化鋅的產品的長處。大部分體現在能量吸收能力，可用于雷電等大電流沖擊上的長處。阻容吸收器的主要優點是在初始低電壓時，就可以有效地吸收在設備上的小電流沖擊。

在真空斷路器的負載側連接電容的目，是與負載添加并聯的電容。由此，負載的特性阻抗可以減小，一方面，以降低過電壓角頻率。另一個表現，能夠縮小過電壓幅值。從而減少過電壓的回升。接入的電阻R旨在收納負荷電路中的能量，減少了高頻振蕩電流的幅度，從而使流過真空斷路器的電流，不超過因為對高頻電流的疊加。所引起的電弧電流忽然降至零點以下，這能明顯避免電弧引起過壓的結果。

用于電機，限制反復重燃過電壓的觀點考慮，R和C的值的選擇方法如下：

C=（1～2}

R=1/ （1+ /C）

其中，是電動機的原有電容為。電源到電動機的線路電感為。實際操作中，RC的范疇：

C=0.1～0.5Uf，，R=100～200Ω。

2.2控制回路

控制回路是一個可編程控制器（PLC）。它作為控制信號，經過RS485通信接納盒的中心操作中。里面的程序由操作控制繼電器釋放，實現電機的啟動和中止的。

在同一時間接受電流互感器信號的PLC也接受瓦斯繼電器信號泄，KM1-KM4的反饋信號，還有電機溫度的保障信號，經過程序來保護全部電控系統的安全。 SB1-SB3是緊急中止的按鈕。SB1安裝在操作箱內部，和整部機器油箱前的緊急停止按鈕SB2同樣功能為總急停。按總急停上的主控器的端子CZ2-25不釋放出AC220V。 KM5電源切斷，即切斷220V電源，每臺電機將無法工作。截割電機的急停按鈕SB3位于整部機器的左側，前排駕駛員座椅部位。截割電機將無法啟動。 PLC接收到瓦斯傳感器的工作信號，分斷開了CZ2-20，CZ2-19，停止了前一級的電源。控制電路的工作原理示意圖如圖2所示。電傳到電控系統之后，液晶屏幕顯示制造公司的具體消息。而在此時開關箱視窗的指示燈全部亮。查看是否有不能使用的燈，過后關閉指示器。PLC檢查是否有真空管粘連，如果正常的主終端CZ2-27釋放出AC220V。檢漏繼電器KM7、KM8閉合，接著各個回路漏電。

2.3保護回路（以油泵電機為例）

電機熱敏電阻，互感器TA1-TA12 ，低壓的漏電檢測等組成了一個保護回路。三相線電壓和線電流通過電流、電壓互感器的實時檢測。真空接觸器的管漏電、電機的絕緣性檢測和觸頭的粘連都采用粘連漏電檢測電路檢測;照明燈的漏電和電鈴的檢測用低壓漏電檢測電路檢測; 井下的瓦斯濃度由和甲烷傳感器和瓦斯斷電儀監測，除了電機溫度，油溫，液位，位移傳感??器的信號以外，PLC還接收熱敏電阻，電流互感器，漏電閉鎖的信號。將計算的信號值和之前設置的信號值比較，如果在范圍內，得到的信號在規定的故障范圍，被認為發生故障，則故障信號對電動機跳閘和報警，電鈴和照明燈被PLC發出的故障信號或切斷電源，在液晶屏上顯示錯誤消息，以達到保護整個電控系統的功能。假設沒有發生系統故障，那么就循環采樣，顯示和存儲的電壓和電流信號。

首先，檢查各回路絕緣狀態和檢查電源電壓在開機之前。當發生欠電壓事故、過電壓事故、漏電閉鎖事故、瓦斯超限事故，每個電機將無法啟動，并呈現系統故障的情況。發生過載事故、三相不平衡事故、過流事故、斷相事故等系統故障在油泵電機運轉中時。PLC就會接收到電流互感器的電流信號并進行相關程序的計算，分斷輸出點CZ2-21電源。分斷主接觸器KM1的主回路，運動的油泵電機終止運轉。而液晶屏上，和顯示的窗口呈現系統故障情況，當過流和相位發生時，按復位鍵在控制箱上的按鈕便能夠從新的啟動。漏電閉鎖和過載保護自動復位，過載保護復位在三分鐘之后，當漏電的閉鎖值到1.5倍時絕緣還原復位。風機電機，截割電機，二運電機的保護原理相同與油泵電機一樣。

各電機開始運行之前進行漏電閉鎖故障檢查和顯示。漏電閉鎖主要用來檢測當分斷狀時電磁啟動器負荷側或饋電開關的絕緣電阻值，假設低于設定的值，上述設備不能正常合閘送電。掘進機的主電路單相對地的絕緣電阻值低于規定的數值以下，電動機不啟動（基準值為AC1140V到40KΩ，AC660V是22KΩ）。

若系統送電，PLC會第一步檢測真空接觸器是否發生粘連，結果正常，端子CZ2-27一般釋放出AC220V， KM7和KM8檢漏繼電器閉合，漏電檢測每個回路，當絕緣電阻值太低時，電機將無法啟動。如果一切正常可以開始啟動電機，開啟電機前應該分段檢漏繼電器，不再進行漏電檢查，過后電機正常啟動。在電動機終止時，使用粘連回路檢查，真空管不粘連，檢漏繼電器延長2秒后閉合，檢查各系統回路是否有漏電情況。在未開機時，能夠進到參數修正屏幕對四個電機的漏電檢查回路實施漏電的實驗，以檢驗其系統穩定牢靠性。各油泵，截割，二運，風機，發生相應的漏電系統故障情況，則系統被認為是正常的。

3結束語

在礦山機械中電氣控制的性能對設備至關重要，通過對掘進機和電氣控制的結合，加強礦山掘進機的電氣管理，保證了煤礦生產安全和工作效率，同時也促進了煤礦綜掘技術的快速發展。

參考文獻

[1]陳志新，宋學軍.電器與PLC控制技術，中國林業出版社，2008，6

[2]弭洪濤. PLC應用技術（第二版），中國電力出版社，2007，7

[3]豈光明.PLC與變頻器快速入門與實踐.人民郵電出版社.2011.1

[4]李金城.PLC模擬量與通信控制應用實踐.電子工業出版社.2011.1.

作者簡介：張明國（1986-），男，黑龍江雙鴨山人，工程師，現就職于黑龍江能源職業學院機電系。

第二作者：辛華 ?（1985-），女，黑龍江雙鴨山人，講師，現就職于黑龍江能源職業學院機電系。