掘进机电控系统的改良设计分析

齐 静

（新景公司生产技术部， 山西 阳泉 045000）

引言

伴随着现代科技工艺的不断发展，煤矿井下生产的机械化程度不断提高，为矿井生产的持续高效开展提供了有力保障。其中掘进设备作为井下巷道设置的关键性设备，其运行效率的高低对整个矿井采掘质量有着直接性影响。而传统的采掘机电控系统受井下复杂多变环境的影响，往往无法保障操控作业的有效性和稳定性，从而对掘进作业的高效开展造成一定负面影响。有鉴于此，借助PLC技术设计一种更加高效的掘进机电控系统，对于提升掘进作业的有效性便显得意义重大。

1 基于PLC的掘进机电控制系统总体架构

图1所示为基于PLC技术的掘进机电控系统架构示意图。整个系统基于原有的掘进机电控系统改造而成，其主要构成包括通讯机构、执行结构、预警机构和两个控制柜。通过对原控制系统的提升改造，可以实现井下掘进作业的自动化程度的显著提升，从而达成作业面的无人化操作和故障的自我快速诊断。

图1 基于PLC技术的掘进机电控系统架构示意图

该系统所具备的信号采集功能和集中处理功能均借由中央控制器完成，所配套中央控制器采用稳定性优良的PLC装置，同时鉴于PLC装置所用通讯方式可以借助拓展模块达成，使得其能够实现同井下绝大多数设备的有效互联。除此之外，PLC装置还负责同上位机之间的通讯互联，确保能够将井下监测所得数据实时传递至地面控制总站，并接受由地面监控总站所发出的操控指令。整个系统运行作业所需采集的数据信号主要包括数字量和模拟量信号，其中模拟量信号包括速度、油压及温度等参数，数字量信号包括移动长度、运行状态等参数。

2 系统主控制器的选型

此次设计所选用的PLC主控制器采用西门子公司所生产的1200系列，该系列不仅在运行性能上相较以往的S7系列具有巨大提升，同时在内部配设有集成以太网通讯模块，可以同井下以太环网实现有效融合。除此之外，该PLC装置具备完善的程序编辑功能，兼容性良好，能够充分满足使用中的不同扩容需求。

2.1 PLC控制功能

作业时，PLC控制器接收到来自控制面板、地面监控中心及上位机等发出的操控指令，根据预设的逻辑控制系统对各个控制指令进行分析判定，指令判定通过后会立即将其下发至具体执行机构，并将相关命令同步上传至地面监控中心。此外，PLC装置还会对自身同上位机之间的通讯情况进行判定，若通讯不正常时需立即打开操作台上控制通讯继电装置，确保上位机能够及时获得控制指令；当通讯正常时，则关闭有关继电装置。

PLC控制装置除去能够接收上位机信号之外还可以对井下各类传感装置、现场接触装置等发送的信号予以接收，并根据内部集成的程序逻辑功能对信号进行有效处置[1-3]。

2.2 PLC保护功能

为有效监测设备运行状态，及时了解掌握其机械特征，该系统配设有位置监测和机械状态监测装置，通过各种类型的传感装置，可以对设备运行时的各项参数进行实时收集，进而将其传输至PLC控制中心。此外，为实时监测设备运行的启停状态，监测装置内部要配设两个限位开关，而PLC装置借由对监测开关运行状态的判定，便能够实现对设备目前所处状态的判断，当发现设备处于异常状态时，系统会立即发出预警信号，并终止掘进机作业，避免对设备造成更大的损害。

3 掘进机电控系统软件架构

图2所示即为基于PLC技术的掘进机电控系统软件架构示意图，该系统软件构成模块主要包括主控模块、开关控制模块、故障诊断模块、预警模块和逻辑分析模块等。

图2 基于PLC技术的掘进机电控系统软件架构示意图

3.1 主程序模块

图3所示即为基于PLC技术的掘进机电控系统主程序流程示意图。该程序的主要作用是针对各个模块进行初始化操作，其配置的主要功能包括中断、定时等，此外还具有控制模式的选择功能。

图3 基于PLC技术的掘进机电控系统主程序流程示意图

3.2 掘进作业流程

图4所示为所设计系统作业流程图，整个掘进机作业流程整体可分为启动、加速、恒速运转和减速等四种状态，这样划分的优点在于系统能够拥有充足的时间对设备所处位置和运行状态进行精准测量。需注意的是，系统运行时必须对急停信号的输入进行随时监测，一旦发现急停信号必须立即操控设备停机。

3.3 通讯网络设计

此次系统改良所选用通讯方式为CAN总线通讯方式，依托工业以太网实现，这种通讯方式具有良好的稳定性、便捷的安装性能以及通讯快速等特点，使得其在工业电控系统中应用广泛。

图5所示即为所设计掘进机电控系统通讯结构示意图，整个网络采取一主多从的方式，通讯主站依靠PLC控制装置进行操控，各从站为不同设备箱体中的控制装置，在接收到主站发出的操作信号后执行相应动作。

图4 掘进机电控作业流程示意图

图5 掘进机电控系统通讯结构示意图

3.4 系统功能

一是参数修订和查询功能。该功能的设置目的在于增强系统兼容性和对环境的适应性。一般来说，在不同作业条件下要求掘进设备具备不同的作业状态，这一功能的存在使得作业人员可以根据实际掘进作业条件，对掘进设备运行参数进行适度调整，从而使其更加符合生产实际，提升作业效率。同时，系统还支撑历史数据查询，作业人员可根据需要调取查阅以往运行数据，为设备的更好运行提供依据。

二是设备运行状态显示功能。为便于作业人员更好地掌握设备运行状态，所设计控制系统中配设有显示屏，可对监测所得设备运行数据进行实时的显示，确保作业人员第一时间了解和掌握设备运行状态，实现故障隐患及时发现[4-6]。

4 结语

掘进机作为井下采掘交替作业顺利开展的关键前提，采取针对性举措，不断提升掘进机电控系统运行质量，进而实现掘进机的持续、稳定、高效运行，对于矿井生产发展意义重大。矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产实际中开展针对性的分析探究，实现对其的优化改良，从而为矿井发展提供更加坚实的保障。