基于PLC的煤矿掘进机电控系统设计

　　摘要：为提高掘进机电控系统运行的安全性、可靠性，设计了一种以PLC自动控制为基础的掘进机电控系统，介绍该系统的整体结构，并详细设计了其硬件部分与软件部分，实际应用结果表明，该基于PLC的电控系统，可实现连续稳定运行，能很好的满足掘进机运行需求，值得推广与应用。

　　关键词：PLC,电控系统,结构,硬件,软件

　　0引言

　　掘进机的关键构成是电控系统，该系统与液压系统相互合作，以实现掘进机的各项作业，以及实现对各种系统的控制，如报警系统、照明系统等。通常情况下，该设备所处的工作环境多具有温度较高、湿度较大、粉尘量较大及较强的电磁干扰等特点，掘进机的传统电控系统不具备较高的可靠性，也无法达到较低的故障率，因此，笔者基于PLC设计了一个新的电控系统[1]。

　　1系统结构

　　该电控系统的组成主要包含主回路、控制、显示及保护5个回路，设备上的第二台输送机电动机就是二运电动机。

　　1.1主回路

　　该回路的构成主要包含了4部分：(1)电流互感器。主要用于检测各个回路的电流，将其转变为电压信号输送至PLC;(2)真空接触器。当其处于闭合状态时，该设备中的四个电动机才能够启动;(3)隔离开关。当其处于闭合状态时，真空接触器通电;(4)阻容吸收电路。主要就是将主回路中的过电压进行滤除，通过对具有1140V的电压回路的导通及断开进行控制，完成电机的启动与停止[2]。

　　1.2控制回路

　　该回路的构成主要有主控器、中间继电器及真空接触器，其核心为PLC，运用相应的通信形式来对操作箱的控制信号加以接收，通过内部程序的运算将中间继电器的输出进行控制，以完成各个电机的启动与停止。同时，PLC所接收的信号主要源于电流互感器、真空接触器、瓦斯传感器、漏电检测及电动机温度保护，再将这些信号进行检测处理，将控制信号输出。

　　1.3保护回路该回路的构成主要有漏电保护电路、门闭锁电路、瓦斯闭锁电路等等。

　　1.4显示回路该回路的构成主要为显示回路及操作箱而板[3]。

　　2主控器设计

　　对于该电控系统而言，主控器是控制的核心，其主要由电源、PLC控制、通信和显示这3部分电路组成。

　　2.1PLC控制电路

　　PLC型号为FPU-C32，其处理迅速，程序的容量为32KB，能够使电控系统的有关要求得以满足，如功耗低、体积小、丰富的借口及性能高[4]。其输入电路的构成主要包含了相关的按钮和传感器，输入信号主要有两类，即开关量及模拟量两种信号。

　　瓦斯传感器、电动机温度传感器及开关量输入电路中的急停按钮的设计均属于安全型。PLC所接收的反馈信号主要有电源连锁信号及电机工作状况两类。模拟量输入信号主要有3类，分别为1140V的高压电路检测信号、24V和220V的低压电路检测信号。

　　2.2电源电路

　　该电控系统的各个设备需要不同的电源电压，其中主回路的三相、真空接触器、警铃、照明灯、电路板所需的交流电压分别为1140V、220V、110V、24V和36V，而PLC、瓦斯传感器与急停按钮、实时运行状态显示器所需的直流电压分别为24V、12V和5V。通过变压器、整流电路分别相对应的得到交流、直流两类电压。

　　输入电压为24V的交流电压经过相应的处理转变为稳定的直流电压，其电压由W电压维持15V，再由第二级的W电压维持12V。电源的输出电压一般为12V的直流电压，通过对V1和V2进行调节来改变一级和二级的输出电压。当电源自身或者外部电路的某个元件产生故障时，保护电路启动。如因某种原因导致一级输出电压大于Z1时，Z1就会被穿透，通过R3、D5，电流促使相应元件的输入二极管发光，连通输出三极管，W1的控制端电位接近于零，进而将输出控制的电压维持在设定的范围内。

　　二级的过压保护原理也同上。例如因某种原因，电流提升至设定数值，电流再经过R1、R5时，在电阻处形成电压降，促使T1和T2导通，之后再通过R1、R6，先后达到两个光电隔离元件的输入端，导通其三极管，从而对W1和W2的输出电压加以限制，促使电流降低[6]。

　　2.3通信和显示电路

　　该电路的构成主要包含固定操作站及远程遥控站，RS485端口运用相关的通路完成其与固定操作站的通信，利用无线通信形式，固定操作站及远程遥控站实现信号传输，其中远程遥控站所运用的形式为主从通信。

　　每200ms，PLC会将数据发送至固定操作站，而该操作站在将数据接收后，会传输至显示器来显示设备的运行状态，同时将遥控指令进行返回[7]。无线收发所运用的模块为SRWS-1100DB，当固定操作站通电后，首先会将单片机的P1.5降低50ms，促使该数据传输模块待机，此时所用电流仅为2μA。当需要遥控器加以控制时，可以触动固定操作站的遥控按钮，单片机就会受到相应设备的作用而降低5ms，SRWF-1100DB再次启动，而遥控器所传输的数据就能被接收。

　　3系统软件设计

　　FPWIN编程软件是PLC的编程环境，同时该软件还具备了监督PLC运行状态的功能[8]，从而使该电控系统更便捷的实施调试，其关键流程图如图6所示。

　　4结束语

　　与传统的掘进机电控系统相比，笔者所介绍的电控系统具备更高的安全度、更低的故障率。以模块化设计为根本，促使硬件升级，实施故障自诊断，方便检修，使矿井下的工作需求得以满足。该系统目前在实际生产中已得到广泛运用，且工作状态良好。

　　参考文献：

　　[1]杨成龙，王勇.EBZ160掘进机电气控制系统优化设计[J].神华科技，2016(04)：33-36.

　　[2]郭继毅.本安隔离技术在掘进机电控系统中的应用[J].煤矿机械.2016(01)：80-82.

　　[3]刘国鹏.煤矿掘进机电控系统控制器选型研究[J].煤矿机电，2015(02)：24-26.

　　[4]崔成梅.煤矿掘进机电控箱接触器的常见故障与处理方法[J].煤炭技术，2014(02)：73-75.

　　[5]朱文忠.基于PLC的煤矿掘进机电控系统的可靠性设计与实现[J].煤矿机械，2013(08)：69-71.

　　[6]胡欢欢.煤矿掘进机电控系统的可靠性设计[J].化工管理，2017(14)：30-32.

　　[7]朱雷.掘进机电气系统研制[J].山东工业技术，2017(10)：15-17.

　　[8]赵亚阳.煤矿掘进机电控系统的可靠性设计[J].技术与市场，2015(09)：58-60.

　　煤矿方向论文投稿期刊：《煤矿机械》(CoalMineMachinery)杂志创刊于1980年03月，由哈尔滨煤矿机械研究所主办，国家煤矿安全监察局主管的煤矿机械行业综合性技术刊物，国内统一刊号：CN23-1280/TD，国际标准刊号：ISSN1003-0794，国内邮发代号：14-38，国外邮发代号：4857M，国内总发行：哈尔滨市邮政局报刊发行局，国外总发行：中国国际图书贸易总公司，广告经营许可证号：2301060000008，每月5日出版，国内外公开发行。

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