PLC在交流电牵引采煤机电气控制系统中的应用

摘 要：随着科技的进步，世界上多数国家和地区的采煤工具都更新换代，采用交流电牵引采煤机。想要提高采煤机的工作效率，采煤机牵引速度是关键。提高牵引速度的关键就在于牵引力是否提高。交流电牵引机是现代化矿井的标配，能够极大地提高工作效率。PLC在交流电牵引机的应用，能够为采煤机提供先进先进的电子设备和安全性高的控制系统，从而提高采煤机应用的可靠性。

关键词：PLC；采煤机；控制系统；应用

1 国内电牵引采煤机的发展现状

我国从上世纪九十年代就已经逐步停止使用液压牵引采煤机，而是逐步实现电牵引采煤机。经过实践证明，形成以交流变频调速的电牵引采煤机的格局。这种转变提高了采矿的工作效率。其中提高采煤机工作效率的关键在于装机效率，现阶段我国的装机功率已经高到1800kW。“兵马未到粮草先行”，伴着采煤机装机功率和切割电机功率的提高，必须要保证供电。比如说，1000kW的电牵引采煤机至少需要配备3300v的供电系统。从整体而言，我国电牵引采煤机的发展现状大幅度进步，而且已经引用了全中文语言系统的PLC控制系统，实现了运行状态过程中监控、检测等功能。当然，在产量大幅度提高的今天，我国采煤机系统也要保证其安全性。事实证明，电牵引采煤机经过40年的发展已经有很大进步。液压采煤机已经成为历史，我国的煤矿业也全面迎来交流电牵引采煤机时代，电牵引系统也向PLC系统转变。

2 PLC概述

众所周知，采煤机的工作环境异常复杂和恶劣。在工作过程中，也会受到电磁波干扰、电源不稳、地体的强烈震动等问题，同时在地表下，采煤机还面临着环境潮湿、灰尘等恶劣因素。同时，为了完成采煤机的正常运转，必须保证它有高功率变频器。总而言之，这些情况的存在都为采煤机的设计提供更高的要求。目前，我国常见的采煤机都是采用逆变器型交流牵引采煤机，这也是为了结合PLC系统设置。事实上，PLC在交流电牵引机的应用，能够为采煤机提供更好的抗干扰性，提高配置的灵活性和安全性。可以说，配备PLC电气控制系统的组件，就能够实现采煤机控制系统的监测、保护功能。

PLC就是可编程逻辑控制器。它的运作原理是在可编程储存器里面进行逻辑运算，并负责用户发出的指令。存储器对这些指令以数字或模拟的sin形式进行输入、输出的功能，从而完成对采煤机器械的控制。用事实话说，1998年7月，晋城矿务局引进一台采用PLC电控系统的交流电牵引采煤机。事实证明，PLC电控系统不仅安全性能良好，而且工作效率高于市面上任何一款电控系统。同时，它还具有LCD超大显示器，能够自动检测系统故障，机器运转期间，能够给操作人员准确的提示。具体来讲，PLC的特点如下：

（1）操作性能优，编程语言采用简明的梯形图、逻辑图等表达，即使没有计算机知识，也没有关系。在系统开发方面，PLC的系统具有开发时间快，效率高，轻而易举现场调试的特点。即使在线改变程序设置，只需改变控制方案就能轻松搞定。

（2）系统机动灵活，开关量轻松控制，PID回路控制一体化。在生产过程中，能够轻松构建复杂的控制系统，完成系统运作的全自动化。

（3）适应性强。PLC系统抗干扰能力强，能够应对各种恶劣环境。可以说，在安全性方面，远远超过其他各种型号的系统。

3 电子控制系统控制

针对AC逆变器板式牵引采煤机 ，电子控制系统能够保证其控制和保护功能，具体如下：其一，采煤机工作过程中需要驱动器负责主机运转。其二，为了采煤机便于操作，AC逆变器板式牵引采煤机在设定末端控制器、中央机身控制箱面板和无线电遥控操作等工作方法。其三，要完成采煤机的切割功能，需要保护四台电机反时限继电器，从而保护电机块。采煤机高温作业时，电机过热能自动断电，从而保护电机的正常使用，提供采煤机的安全性。能够控制采煤机摇臂的升降，并且显示中文版的运行参数并进行记忆。

4 计算机数据信号处理单元

（1）计算机数据信号处理主要负责交流变频控制信号和数据的处理。其中关键设备就有工业计算机，负责不同数据和信号的输入，根据试验要求，并对信号和数据进行处理。它能够完成多种通讯设备信号和数据的接收，并能够和交流变频器完成联系。其次，它具有彩色打印功能，能够打印采煤机产生的实验报告和图片。除此之外，将计算机信号输入计算机中，按照数据参数，完成机器设备要完成的形式。

（2）监控系统装置。采煤机的监控系统装置，主要有以下几部分组成，其一是检测信号模拟发生电路。我们知道采煤机实现切割功能会产生巨大热量，承受巨大压力。这就需要采煤机的监控系统进行信号模拟，根据信号反馈进行工采煤工作。其二是操作信号模拟发生电话，针对检测信号的模拟对采煤机进行控制，时刻保持最新的数据参数，保证采煤机工作的安全进行。其三是采煤机显示电路，并能够在控制中心输出实时信号。其四是综合测试台完成采煤机的主要测试功能。

5 变流变频调速功能测试

5.1 变流变频调速功能的测试对象

变流变频调速功能主要负责的测试对象主要有电机性能的测试，牵引电机电器和机械的性能测试以及检测交流电机驱动器。通过这些测试对象，通过了解电压波动、速度调节等内容来了解驱动器的性能状况。

5.2 计算机信号数据处理及功能显示

计算机信号数据处理及功能显示，主要包括以下几方面内容。其一，接受AC逆变器发送的信号和数据，结合交流变频调速项目的要求，处理数据，并完成相应的测试报告。其二，利用菜单对计算机进行设置，对单元交流变频速度试点项目进行控制，从而完成规范项目设置。其三，对不同型號的采煤机进行连接，更加方便采煤工作。

5.3 采煤机控制单元功能

采煤机控制单元负责多种功能，比如说采煤机控制中心系统能够检测机器故障。监控中心负责数据采集功能测试。采煤机控制单元对手控、应急手控、终端站和远程控制功能测试，还负责电力牵引部、切割机和电力性能的测试等等。

6 系统软件结构

（1）系统软件结构主要包括控制保护算法和显示控制。PLC处理数据有十个模拟输入、一个模拟输出以及三十九个数字输入、输出组成。值得一提的是，虽然PLC具有超强的数据切换能力，然而，PLCGEFunac90-30的数据处理能力差的，并不能提供灵活的图像编程能力。这也是构建模拟系统的技术难点。在PLC程序中，通常采用子程序方法设定结构。这样设置的有点在于，它的结构简单明了，方便维修，可以节省内存资源PLC。PLC通过十个子程序和一个主要程序完成对程序的控制。这些子程序在系统中具有相对独立性，能够明确接口之间的算法。举例来讲，针对模拟数据，可以编写相关的子程序，通过移位操作，进行数字滤波，完成模拟数据的输入。

（2）采煤机的工作环境复杂、恶劣，需要提高系统的抗干扰性，才能保障采煤机的正常运转。所以，针对PLC采矿电器控制系统的设计，我们应该遵循以下原则。其一，加强PLC的防震功能和安全功能，能够应对采矿过程中的潮湿环境。其二，保持高电压，采用高耐压的设备，控制电缆采用双绞线和屏蔽电缆，确保发电能力保持在40%～50%。其三，控制系统设置在屏蔽腔内，确保控制系统在一个稳定的环境行使命令。其四，针对长距离传送的电信号，理应放大信号幅度，提高信号噪声比。在信号几首电路中，带通滤波器和其他综合措施双管齐下，尽可能减少信号电路噪声的感染。其五，保证电流的正常供应，就应该利用电流和稳定信号控制软件，用来分析系统经验的正常参数，从而减少错误操作造成的停电现象。

7 国内电牵引采煤机的发展目标

和别的国家尤其是欧美国家相比，我国的电牵引采煤机还有很大差距。这主要表现在带我国电牵引采煤机的总体参数如安全性能、信号传输、故障诊断等方面。发现问题，解决问题，今后我国国内电牵引采煤机的发展目标如下。其一，进一步完善PLC在交流电牵引采煤机电气控制系统中的应用，重点提高系统装置的抗干扰性、防热和防潮等性能。其二，提高电控系统的监控功能，继续拓展交流电的系统的监控功能。其三，装机率继续提高。对于采煤机而言，无论是面对中厚每层还是薄每层，装机效率决定着采煤机的工作效率，这也决定着煤矿的经济效益。所以，在将来，提高装机效率也是重要发展方向。其四，滚筒截深继续提高。其五，PLC系统在交流电采煤机的应用更加合理完善，综合性能高利用率和安全性进一步发展。

当然实现这些发展目标，必须满足一些条件，否则发展目标再美好也是纸上谈兵。这就需要我们继续坚持PLC系统在交流电采煤机的应用，开发安全性能高的电气控制系统，能够应对抗干扰性，适应恶劣环境下作业。在监控功能方面，应该重点以故障诊断、实时监测、信号传输、自动化控运行控制系统等目标努力。

参考文獻：

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[2]周美兰，周封，忘岳宇.PLC电气控制与组态设计[C].出版社，2001.

[3]谢子殿，沈显庆，王蕴恒.电牵引采煤机电气控制技术[C].东南大学出版社，2011.

[4]王守彪.综合机械化采煤机械[M].中国劳动社会保障出版社，2006.

[5]王国法.高效综合机械化采煤成套装备技术[M].中国矿业大学出版社，2008.

作者简介：高德（1983—），2007年毕业于西安理工大工业自动化专业，2008年3月到柠条塔皮带队担任区队技术员，2012年被任命皮带队机电副队长一直至今。