基于PLC的悬臂式掘进机电控系统的研究及改进

基于PLC的悬臂式掘进机电控系统的研究及改进
发表时间：2009-07-15T14:13:02.780Z 来源：《新科教》2009年第5期供稿作者：于惠洁刘晓军詹世杰（内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司设备
[导读] 本文通过可编程控制器对掘进机电控系统进行控制和改进，充分利用了可编程控制器的优点
摘要：本文通过可编程控制器对掘进机电控系统进行控制和改进，充分利用了可编程控制器的优点，最后改进并设计了PLC控制方法。

关键词：PLC；电控系统；掘进机
现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

他具有变成方法简单、功能强、适应性强、可靠性高、体积小和低功耗等许多优点，已经成为机电一体化的重要手段和发展方向。

1、悬臂式掘进机电控系统的基本要求
1).在掘进机非司机操作侧必须设置能紧急停止运转的紧急停止按钮;
2).应具有开机音响报警、延时接通油泵及切割电机的功能;
3).应该为在掘进工作面和转载点进行照明用的掘进机前灯、尾灯提供照明电源;
4).应设置支护闭锁开关;
5).应设置水压继电器;
6).在掘进机后部转载点应设置音响报警信号发送装置以及能紧急停止运转的按钮;
7).应设置机载瓦斯检测报警断电仪;
8).在强烈振动工况下能正常可靠地工作。

2、悬臂式掘进机电控系统的控制要求
1).设备控制信号:在司机操作台上，要求能启动各个设备和电机，而且要求油泉电机、转载电机、板运输机的正向启动和切割电机的启动带自维持。

对于在各设备和电机启动之前，其控制交流电源变压器要求绝缘良好，如有绝缘不好现象，则各电机的控制电源不能得电(由绝缘保护器输出闭锁)。

另外各个电机都有各自的漏地和过热保护，切割电机还有过载、断相和短路保护。

2).各个设备或电机工作过程及关系
首先必须启动油泵电动机使油路先工作，方可启动其它电动机。

a.油泵电动机:当油温、液位均处于正常状态时，可以通过操作台启动它。

只有当它启动后，其它电机的控制电源才能得电。

当液位过低或油温过高时它必须延时断电。

油泵电机断电后、其它电机的控制电源失电因而使其它电机断电。

b.转载电机:操作台将开关旋于启动位置可启动转载运输机;除操作合可通过旋转开关停止它外，远停按钮也可停止它。

c.刮板电机:只有在转载电机启动后，方司启动刮板电机，以免转载电机过负荷启动刮板电机可以用操作台上的两组旋钮实现正\反向启动反向启动不带自维持，正、反向启动之间要求闭锁。

d.行走电机:在两个制动闸释问状态下，可通过操作台两组旋钮控制掘进机的两个行走电机的正、反转实现掘进机的前进、后退、左转和右转。

电机的正反转要求严格闭锁。

e.切割电机和内喷雾电机:为作业安全，必须双手同时操作两个旋钮开关才能启动切割电机，并且在主电机运行前必须报警8秒钟，内喷雾电机必须在主电机运行前3秒钟启动。

可以通过两个旋钮中的任意一个旋至停止位置来实现对这两台电机的停止。

f.制动闸控制制动闸是用于行走电机的，具有通电释闸，断电抱闸的特性。

因而行走电机的任意一种动作都必须要求在释闸状态。

3、对漏电检测回路的改进
传统的漏电检测方法是利用漏电闭锁插件LB在电动机未启动前对接触器后面的主回路对地的绝缘状况进行检测，当绝缘电阻小于其整定值时，漏电闭锁装置动作并闭锁，电动机无法启动，从而实现低压供电系统的选择性漏电保护。

现在采用开机检测法，即接到某台电机的启动信号后，先延时一段时间，再把该电机的主回路与漏电闭锁装置接通进行一定时间的漏电检测，检测结束后，立即切断漏电检测回路，经过短暂延时后，若无漏电（主回路对地绝缘电阻大于漏电闭锁装置的整定值）则主接触器吸合，完成该电机的启动过程；若漏电（主回路对地绝缘电阻小于漏电闭锁装置的整定值）则漏电闭锁装置动作并闭锁，主接触器不能吸合，电动机无法启动，以达到漏电保护的目的。

4、PLC电控系统的设计
为实现这种电控要求，首先必须按照被控设备的需求，将要求的各种输人信号输入到PLC中，各种输出信号要能由PLC输出，选择好PLC 以及特殊功能模块，即硬件设计，其次要按照控制关系要求编制PLC梯形图，即软件设计。

4.1系统硬件的设计
此系统采用PLC完成控制信号的采集、主回路的通断控制、故障发生时的综合保护及故障状态显示。

其硬件电路主要包括主腔门盖、操作箱、主回路单元及接线箱等部分。

主回路控制单元主要由真空交流接触器，完成闭合及分断所控电动机的电路;控制变压器;一次熔断器和二次熔断器;电流互感器1-3;继电器1,2,3;隔离换相开关insulate phase switcher等部分组成。

主腔门盖主要包括稳压电源SPU (steady power supply)、可编程控制系统PLC (Programmable Logic Controller)、传感器S(sensor),继电器R (relay)以及多芯插座Socket、扩展模块EM (expanding module)以及中继电源板RPB(relay power board)等部件。

操作箱主要由显示屏、万能转换开关和行程开关组成。

4.2系统软件的设计
设计中上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。

其中重要的是电机的正、反转闭锁和行走电机的方向控制。

其控制梯形图（略），其中M1-M4为PLC的内部节点,Tl-T4为PLC的定时器及其节点，其中TI用于延时8秒允许油泵电机起动;T2用于上切割机延时起动与报警8秒钟，同时在这里要求司机双手操作起动旋钮8秒，电机方可起动;T3用于喷雾电机先于主切割电机5秒起动;T4用于计时主切
割机带载运行时间，以便确定整个掘进机的大修时间，这里要求T4具有断电保持功能。

由于T4计时容量不够.增加了计数器Cl来紧计时间，当累计时间达到所要求值时给出一超时信号。

为方便阅读，梯形图2中未使用PLC的输入和输出节点编号，而是采用掘进机旋钮开关和控制设备的符号。

编程时.要对照图1的节点编号PLC才能识别。

5、结论
根据PLC编程简单、可靠性高、适应性强等特点，使该掘进机系统具有操作简单、可靠性高、维修方便等优点。

可以满足煤矿井下工作的各项技术条件，是一种比较理想的电控系统。

参考文献：
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〔2〕.王曙光、魏秋月、张高记，等，S7-200 PLC应用基础与实例〔K〕，北京：人民邮电出版社，2007. 〔3〕.王迎旭，片机原理与应用〔M〕，北京：机械工业出版社，2005. 〔4〕.高俊玲等基于PLC的ARM50掘进机电控系统〔J〕,微计算机控制信息,02.06.。