高 级 技 师 专 业 论 文

高级技师专业论文
工种：电工
基于PLC系统的EBZ系列掘进机电控系统
姓名：郭长宏
工作单位：辽源煤矿机械制造有限责任公司等级：高级技师
培训单位：辽源市职业技能鉴定中心培训学校鉴定单位：吉林省职业技能鉴定中心
日期：20**年**月**日
基于PLC系统的EBZ系列掘进机电控系统
摘要：本文从掘进机电控系统使用可编程控制器（PLC）众多优点出发，介绍了EBZ系列掘进机电控系统的控制关系和电控原理，以及应用PLC实现这种关系和其它功能的硬件系统和软件设计方法。

关键词：PLC ；掘进机；电控
1概述
PLC（可编程控制器）以其高可靠性、抗干扰能力强广泛应用于工业控制现场。

EBZ系列掘进机是一种适合半煤岩巷道掘进的综合设备，它上面装配着掘进头切割电机、刮板运输机、行走电机、内喷雾电机、转载运输机和为其它设备提供油压的油泵电机以及各种保护线路，它们之间存在着一些闭锁关系，以保证其正常工作。

同时由于其工作特性，供电距离时长，供电电压波动大，且震动频繁，因此其电气控制要求有可靠性。

应用PLC能避免继电闭锁接点多、不可靠的缺陷，同时利用PLC的断电记忆功能，能方便地查出PLC 外的故障输入信号。

多重GOT人机界面显示，实时提示操作步骤，故障检测故障记忆，模式自由切换。

对掘进机系统的油压、水压、油箱温度等进行检测，并同时增加了随机电压显示、主泵油箱低液位及温度保护，截割部油箱低液位及
温度保护，更有利于工种现场。

2EBZ系列掘进机电控系统要求
2.1、设备控制信号：在司机操作控制台上，要求能启动各个设备和电机，而且要求油泵电机、转载电机、刮板运输机的正向启动；截煤电动机和油泵电机存在互锁，先启动油泵电机才能启动截煤电机。

系统上电后，系统自动检测各设备及电机的绝缘情况，要求各设备及电机绝缘良好，如有绝缘不好现象，则相应电机不能上电（由漏电检测装置输出闭锁）。

另外各个电机都有各自的漏电、过载、断相、过温和短路保护及语音预警、瓦斯检测等功能。

PLC控制系统图见附图。

2.2、各个设备或电机工作过程
系统工作在掘进模式下可进行主泵、截割、转载、备用电机操作。

系统工作在支护模式下不能启动截割电动机，其余电动机正常操作。

首先必须启动主泵电动机使油路先工作，方可启动其它电动机。

2.2.1、主泵电机的控制
主泵电机控制功能有两个：“泵启”和“泵停”
主泵启动：将主泵电机控制按钮扭到合位置（按标牌指示）后松手（该按钮自动复位），PLC上Y6开始预警（如在预警过程中，发现不能启动油泵电机或有相对危险时，把主泵按钮扭到停止位置，预警结束，主泵控制复位到初始状态），同时主泵电机检漏
装置开始工作，如要启动主泵电机必须在预警3秒到14秒之间再合一次主泵启动按钮(如启动一次不启动第二次，延时14秒钟后主泵预警结束，回到初始状态；如主泵电机对地绝缘电阻小于40K,则系统显示“主泵电机漏电，主泵电机不能启动”，主泵电机不能启动)。

这时如果正常情况下，预警结束，漏电检测结束，延时1秒后，Y1输出闭合并自保，接触器MC2吸合，自保电机启动。

主泵停止：将主泵电机控制按钮扭到主泵停位置，Y1断开，接触器MC2断开，主泵电机停止工作，此时如果要重新启动需延时15秒才能可以启动。

2.2.2截割电机的控制
截割电机控制功能有两个：“截高启”、“截低启”、截停。

截割启动：确认主泵电机已启动并且“支护/掘进”按钮打到掘进状态后，根据需要将截割按钮扭到截高启（截低启）位置后松手(该按钮自动复位)，Y6开始预警(如在预警过程中，发现不能启动截割(高/低速)电机或有相对危险时，把截割(高/低速)按钮扭到停止位置，预警结束，截割控制复位到初始状态），同时截割电机(高/低速)检漏装置开始工作，如要再启动截割电机(高/低速)，必须在预警3秒到14秒之间再合一次截割(高/低速)启动按钮(如启动一次不启动第二次，延时14秒钟后截割预警结束，回到初始状态；如截割电机(高/低速)对地绝缘电阻小于40K,则系统显示“截割(高/低速)电机漏电，截割电(高/低速)机不能启动”，
截割(高/低速)电机不能启动)。

这时如果正常情况下，预警结束，漏电检测结束，延时1秒后Y2(Y3)输出闭合并自保，接触器MC2(MC3)吸合，截割高速(低速)电机启动。

停止：将截割电机控制按钮扭到截割停位置，Y2(Y3)断开，接触器MC2(MC3)断开，截割电机停止工作，此时如要重新启动需延时15秒后才能可以启动。

2.2.3副泵电机的控制
副泵电机控制功能有两个：“副泵启”和“副泵停”
启动：将副泵电机控制按钮扭到合位置(按标牌指示）后松手（该按钮自动复位），PLC上Y6开始预警(如在预警过程中，发现不能启动副泵电机或有相对危险时，把副泵按钮扭到停止位置，预警结束，副泵控制复位到初始状态），同时副泵电机检漏装置开始工作，如要启动副泵电机必须在预警3秒到14秒之间再合一次副泵启动按钮(如启动一次不启动第二次，延时14秒钟后副泵预警结束，回到初始状态；如副泵电机对地绝缘电阻小于40K,则系统显示“副泵电机漏电，副泵电机不能启动”，副泵电机不能启动)。

这时如果正常情况下，预警结束，漏电检测结束，延时1秒后，Y4输出闭合并自保，接触器MC5吸合，副泵电机启动。

副泵停止：将副泵电机控制按钮扭到副泵停位置，Y4断开，接触器MC5断开，副泵电机停止工作，此时如果要重新启动需延时15秒才能可以启动。

2.2.4转载电机的控制
转载电机控制功能有两个：“转载泵启”和“转载泵停”
启动：将转载电机控制按钮扭到合位置(按标牌指示）后松手（该按钮自动复位），PLC上Y6开始预警(如在预警过程中，发现不能启动转载电机或有相对危险时，把转载按钮扭到停止位置，预警结束，转载控制复位到初始状态），同时转载电机检漏装置开始工作，如要启动转载电机必须在预警3秒到14秒之间再合一次转载启动按钮(如启动一次不启动第二次，延时14秒钟后转载预警结束，回到初始状态；如转载电机对地绝缘电阻小于40K,则系统显示“转载电机漏电，转载电机不能启动”，转载电机不能启动)。

这时如果正常情况下，预警结束，漏电检测结束，延时1秒后，Y0输出闭合并自保，接触器MC1吸合，转载电机启动。

转载停止：将转载电机控制按钮扭到转载停位置，Y0断开，接触器MC1断开，转载电机停止工作，此时如果要重新启动需延时15秒才能可以启动。

2.3各个设备或电机的保护
电控系统完成截割电机、油泵电机、转载电机、副泵电机的过流保护，缺相保护，对地绝缘阻值过低保护，以及截割，主泵电机的电机温度保护和油箱的温度保护。

2.3.1过流、缺相保护
PLC系统对截割电机、油泵电机、转载电机、副泵电机完成过流保护，完成1.2倍过流，1.5倍过流，6倍过流，8倍过流保护（以上指电机额定电流的倍数）。

主要原理：通过每个电机前级安装的三个电流互感器把电流信号变成4 - 20mA信号，再通过专用模块4AD把信号变成数字量，最后在PLC内部通过计算比较，完成各电机的过流和缺相保护。

A、1.2倍保护
当1.2Ie < 电机工作电流< 1.5Ie时，GOT显示屏显示“###电机1.2倍超载，8分钟后###电机断电”，同时系统开始计时，如果此状态一直保持8分钟则系统切断相应电机电源，并且界面保持，系统重新上电复位。

如中间过程中工作电流退出此范围，系统计时器清“0”，同时系统根据电机工况进行界面转换。

B、1.5倍保护
当1.5Ie < 电机工作电流< 6Ie时，GOT显示屏显示“###电机1.5倍超载，2分钟后###电机断电”，同时系统开始计时，如果此状态一直保持2分钟则系统切断相应电机电源，并且界面保持，系统重新上电复位。

如中间过程中工作电流退出此范围，系统计时器清“0”，同时系统根据电机工况进行界面转换。

C、6倍保护
当6Ie < 电机工作电流<8Ie时，GOT显示屏显示“###电机6倍超载，10秒钟后###电机断电”，同时系统开始计时，如果此
状态一直保持10秒钟则系统切断相应电机电源，并且界面保持，系统重新上电复位。

如中间过程中工作电流退出此范围，系统计时器清“0”，同时系统根据电机工况进行界面转换。

D、8倍保护
当8Ie < 电机工作电流时，GOT显示屏显示“###电机短路保护，###电机断电”，同时系统切断相应电机电源，并且界面保持，系统重新上电复位。

E. 缺相保护
当电机任意两相工作电流>1.15Ie,其余一相为“0”时，GOT显示屏显示“###电机缺相，30秒后电机断电！”字样，同时系统开始计时，如在30秒内系统一直处于在此工作区，则30秒后切断缺相电机电源，并且此故障显示得重新上电才能复位。

如在此过程中电机退出这种工作状态则计时器复位，同时根据电机工况GOT自动变换到相应界面。

2.3.2 超温保护
主要指截割电机，主泵电机及油箱温度保护，都是通过预埋在电机绕组里的PT-100热敏电阻或通过温度传感器检测现场温度，通过PT-100专业模块把PT-100阻值变成数字值，再传给PLC，在PLC内部通过比较计算完成温度保护功能。

A.截割电机温度保护
截割电机温度保护有两档保护，一个是135度保护，一个是155度保护。

当135度< 电机绕组温度< 155度时，GOT显示
屏显示“截割电机135度保护，请注意！”的字样，135度保护只显示，不执行任何动作。

当电机绕组温度> 155度时，GOT 显示屏显示“截割电机155度超温，5秒后截割电机断电！字样，同时系统开始计时，如在计时过程中截割电机一直> =155度，5秒钟后截割电机自动断电。

(如在计时过程中截割电机温度退出此区域，则计时器复位，GOT界面根据电机温度自动变换)。

B.主泵电机温度保护
主泵电机温度保护有两档保护，一个是135度保护，一个是155度保护。

当135度< 电机绕组温度< 155度时，GOT显示屏显示“主泵电机135度保护，请注意！”的字样，135度保护只显示，不执行任何动作。

当电机绕组温度> 155度时，GOT 显示屏显示“主泵电机155度超温，5秒后主泵电机断电！字样，同时系统开始计时，如在计时过程中主泵电机一直> =155度，5秒钟后主泵电机自动断电。

(如在计时过程中主泵电机温度退出此区域，则计时器复位，GOT界面根据电机温度自动变换)。

C.主泵油箱温度保护
主泵油箱温度保护有两档保护，一个是70度保护，一个是75度保护。

当70度< 电机绕组温度< 75度时，GOT显示屏显示“油箱一限超温，请注意！”的字样，70度保护只显示，不执行任何动作。

当电机绕组温度> 75度时，GOT显示屏显示“油箱温度二限超温，5秒后主泵电机断电！字样，同时系统开始计时，如在计时过程中油箱温度一直> =75度，5秒钟后主泵电机自动
断电。

(如在计时过程中油箱温度退出此区域，则计时器复位，GOT界面根据油箱温度自动变换)。

2.3.3瓦斯超标保护
通过装在电控箱内的瓦斯断电仪和在电控箱外侧的低浓度甲烷传感器共同完成工作面瓦斯浓度的监测，如工作在瓦斯浓度超过1.5%值时，探头发出预警信号，同时驱动电控箱内部的瓦斯断电仪的继电器触点断开，PLC检测到此触点断开后，切断所有电机工作电源，同时GOT显示器显示“瓦斯超标，请注意！”字样，此显示只有系统重新上电后复位。

3PLC系统配置及选型
PLC采用日本三菱公司的FX2N-64MR-001系列，分为开关量输入部分，开关量输出部分，模拟量输入部分三块。

模拟量输入部分包括两部分：一部分检测PT-100部分(采用FX2N-4AD-PT),一部分为4-20mA信号检测(采用FX2N-4AD）,
4软件设计
设计中主要要注意各电机的启动顺序以及电机的各种保护输入和闭锁关系。

按系统工作要求编制PLC梯形图。

下面就列出部分及保护部分的编程流程图，因篇幅有限只以大框形式列出系统控制流程图，图如下：
5结束语
本控制方案在我公司EBZ系列掘进机上实施后，和传统的继电器模拟量控制相比较，线路简单，体积小，运行可靠，维护量小，受到客户好评。

并且由于采用可编程性和节点记忆功能，使它的调试方便，并且能记忆PLC的输入和输出节点情况，从而能判断PLC以外的设备故障，为设备检修提供方便。

参考文献
[1] FX系列可编程控制器用户手册
[2] FX系列特殊扩展单元使用手册
[3] 三菱GOT显示器用户使用手册
10。