掘进机电控系统设计分析(1).pdf

2018年 第 8 期（ 总 第 155期 h ii f U ENERGY AND ENERGY CONSERVATION 2018年 8 月 实践运用 掘进机电控系统设计分析 王 晋 山西焦煤西山煤电东曲矿安监处，山 西 古 交030200 摘 要 摘 要 针对基于PLC的掘进机电控系统从系统构成及作业原理、硬件设计和软件设计方面进行了分析，并对其主要特 点做出总结，希望能为掘进机电控系统更加高效地开展作业操控提供指导和借鉴。 关键词关键词矿井；掘进机；PLC;电控系统；设计分析 中图分类号中图分类号TD421 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号2095-0802-201808-0144-02 Design Analysis of the Electronic Control System of the Boring Machine WANG JinWANG Jin Safety and Supervision Department, Xishan Coal Electricity Group, Shanxi Coking Coal Group, Gujiao 030200, Shanxi, China Abstract Abstract This paper analyzed the electronic control system of boring machine based on PLC from the aspects of the system com position, operation principle and the hardware and software design and summarized its main characteristics, hoping to provide guid ance and reference for the efficient operation of the electronic control system of the tunneling boring machine. Key words Key words mine; boring machine; PLC; electronic control system; design analysis 0引言 掘进机作为井下巷道布设的关键性设备，其运行质 量的高低对整个矿井整体效益的获得有着积极意义。而 由于井下作业环境的恶劣性和复杂性，采用传统继电装 置进行电控操作的掘进机电控箱在使用中存在稳定性 差、故障率高、维修作业繁琐等诸多不足之处。有鉴于 此，针对继电控制系统的不足，运用现 PLC I 控制 控制 ， 高效的掘进机电控 系统，而实现掘进机运行稳定性和安全性的提升，降 低 维 成 本 ， 对于提升矿井效益具有 效。 1基 于PLC的掘进机电控系统的构成及作业原理 1 . 1 系统构成分析 运用PLC 的掘进机电控系统 成 升降、 、 、 、 、 等 12 个电 成 ， 电 由 1 电 机 高 低 运 行 由 2 电机 运 机由1电机。整个系统中布设电机5 和 1 个PLC控制 。1 为 于PLC的掘进机电 控系统 意。 1 . 2 作业原理分析 于PLC的掘进机电控系统作业 2 。 PLC装 置 通 电 运 行 ，对 障 提 的 ， 电 为 24 V。 设 备 不 存 在 障 ，主 ，对 进行， 控制信 的有效性。 PLC 对 实处 ， 设的控制 对 进行控制， t 到控制电机启停、障、 和 的 收稿日期收稿日期2018-06-01 作者简介作者简介王 晋 ，1987年生，男，湖南常德人，2012年毕业于中 北大学机电一体化专业，助理工程师。 PLC 丄 1 执行 执行 执行 执行执行 元件1元件2 元件3 元件4元件5 油泵 电机 图 1图 1 切割 低速电机 切割 高速电机 第二 机 12 电 基于PLC的掘进机电控系统结构示意图基于PLC的掘进机电控系统结构示意图 。与此 ，人机界面借由对PLC装置中各标志 位的读取，对系统运行状态进行实时的监控 [ 1 - 2 ] 。 t t t t HMI.人机界面 图2基于PLC的掘进机电控系统作业原理图图2基于PLC的掘进机电控系统作业原理图 2系统硬件设计分析 系统硬 成部 电路、 PLC 和人机界面，其硬 成示意 3 。 电 开关均为继电开关，其由传感装置和开 关 控制，担负将控制 传 至PLC终 的 。此外， 电路中还配设4 条模拟量 电 ，其 的 模 拟 量 均 过 变 送 装 置 换 为 标 准 后 PLC终端。PLC控 制 终 端 主 要 担 负 对 . 信 144. 2018年 第 8 期 王 晋掘进机电控系统设计分析 2018年 8 月 M.电机；KAl、KA2、KA3、K A 4 .R efg h ;P L C .ijkim n〇f HMI.人机界面； 电磁阀编号 图3基于PLC的掘进机电控系统硬件构成示意图图3基于PLC的掘进机电控系统硬件构成示意图 号的分析处理，并输出相应控制信号，以确保系统控 制功能的有效达成。输出电路中设置有分别用于控制 油泵电机、切割电机和运输电机的KA1、KA2、KA3、 KA4 接触器线圈。运行中，PLC经由1/0 输入/输出） 点输出信号实现对上述接触器的操控，进而实现对各 个电机运行的控制。此外，输出电路中还设置有电机 运行状态指示灯和各类故障状态指示灯。运行中一旦 发现故障，PLC终端便会通过指示灯传达相应信息并及 时通过人机界面对各类 进 行 示 和 记 录 。 3系统软件设计分析 导。对 个PLC程 的 运 行 而 ，电机 功能是该 程 的 成 ， 程示 4示。 图4电机启动程序流程示意图图4电机启动程序流程示意图 机时，系统 对各设备 故障进行 。当确 进机系统 故障时，系统 回路闭合，并发出启动预警，3 8后启动油泵电机，并 随即发出切割预警，5 s后开启低速切割电机，再 5 8 切割电机切 切割电机。 便可通过 对各电 进 行 控 实 现 各 操 控 功 能 ，而第二运输 机处于 状态， 时 。 而 个系统运行 ，便 对 整 个掘 进 设备 的运行进行实时操控。 4系统特点分析 于PLC的进机电控 系统 能 对 设 备 的 运 行 进 行 调 控 外 ，还 备 述 功能a i 功能。PLC电控系统能 夕 卜 件电路对故障输 入 继 电 置 进 行 控 制 ，由 触点的 ，PLC 输入故障信号，而 对 分 故 障 进 行 ，实现对故 障 发 的 ，以便为 的故障实处置进行 指 b 功能。（a电 分 。 对电机 设置过 、 相和过 外 ， 还设置 电 和 相 及 电 功能，并 实 设置有 电 功能；（b电机 分。油泵电 机和切割电机 设置有 功能，以便于 人员， 人员 （ 油 泵 分 。对 应 电 油压的油泵来说， 对性布设有油位过 、 油温过 和油泵电机过热 等功能；（d电 分。对电 布 设 有 电 措施，能 对 同 情 况 对 有 电 进行同时的禁止或允许；⑷切割电机 分。切割电机设置有过热 、冷 却 水 量 足 警等保护功能； 运转指示和故障显示。人机界面能 通 过MPI 跨语的通讯协议）方式实现同PLC的通 讯 ，并经由专业的BinCC Flexible组态软件实现对设备 运行状态的有效示并对故障状态予以有效监控。』 此同时，为 操 人 员 的 操 便 捷 性 ，进机机体侧布 设 有LED 发光二极管）示屏，能实时对设备运行 状态和故障状态进行示。 由于系统选用S7-300型PLC装置，因此使用与之 5结语 相 的STEP7程软件。通过该软件还能实现对现 基于PLC的掘进机电控系统能有效克服传统掘进 场设备运行状态的实时监控，从而为现场调试提供指 （ 下转192页 ） 145* 2018年 第 8 期2018年 8 月 多 ， 矿 业 的 工 作 好地进行和完成。远程定位系统就 用一定的技 对 远的 和 进行定位。 的定位技术， 作 能 好 地 对 进 行 控 。远程定位系统的应用能有效提高矿 业 的 作 效 率 ， 有效地 程中所 存在的 。 矿业在施工过程中有 的 性。在 的 作 ，远 程 控 系 统 的 应 用 能 好 地 保 护 矿的 。 能 远 程 控 系 统 时 对 现 进行 和 。远程定位系统 远 程 控 系 统 在 矿 业 中 的 应 用 ，能 好 地 矿 作 中 的 ，提 高 矿 作 的 性。在有突 时，业的技 能 控系统对现场 了 进行有效的控制和 ，提 高 矿 业的 性 了 。 2 . 2远 程 定位系统及远程监控系统的使用和连接 远 程 定 位 系 统 远 程 控 系 统 在 和 用 程 中 都 有 多 。 保 远 程 定 位 系 统 远 程 控 系 统 能 ，能保 远 程 定 位 远 程 控 系 统 保 稳 定 的 。 用 的不同，远 程 定 位 系 统 及 远 程 控 系 统 的 作 有着一定的区别和差距。a 工作地点的信号条件对于 远程定位系统远程监控系统有 分 的 ， 远 程 定 位 系 统 远 程 控 系 统 能 保 的 的一 b 现 和 控 制 的 远 程 定 位 系 统 远 程 控 系 统 在 用 和 所 的 。在 矿 业 中，所 的 ， 统的 方 式 不 能 好 地 对 现 进 行 控 和 ，此 ，比较适合采用 的技 来提高生产效率 性能。 3无线传输技术的特点 3 . 1能实现多媒体形式的信息传输 无 线 传 输 不 同 统 技 的 一 种 输 方 式 。 在 传 输 程 中 ，无 线 传 输 的 方 式 能 好 地 对 控 现 的 进 行 输 和 处 。无 线 输 技 把信息多媒体 形 式 进 行 输 ，控 制 端 所 看 到 的 景 和 画 会 生 动 和 直 ，可 好地反应出现存在的一些问题。 3 . 2无线传输技术能高效率地对信息进行传递 无 线 输 技 还 具 有 传 输 度 的 优 点 。对 矿企业的 控 说 ，无 线 输 技 能 程度上 保证煤矿施工的 。当 程 中 现 时，无 上 接145页 ） 机控制系统所存在的稳定性差、故障率高、维修成本 高、维护作业繁复等不足之处，兼具稳定性佳、故障 率低和维护方便等组合多优点，在有效保障掘进机各 项功能充分达成的同时能实现对矿井生产效率和经济 效益的显著提升。其在实际应用中获得了良好的实际 应用效果，值得进一步推广和普及。 192. 线传输系统能有效增 的处理时间，更好地 保 的 。 3 . 3有着较强的抗干扰能力 无 线 传 输 技 不 靠 单 一 的 线 路 实 现 通 讯 ，此 在 程中有 强的抗干扰能力。 无线技 对 矿 业 的 现场进行 控 ，能避免由于线 路损坏所导致的对 现 失 去 控 制 的 。一旦 矿 开 采 程 中 现 火 灾 、爆炸或坍塌的 ，无线 输技 不会受到十分严的 ，方便 对 故现象进行时的 疏散等 。 4无线传输技术的应用 无 线 技 术 在 煤 矿 业 中 的 应 用 还 处 初 步 展 阶 段 ，但已取得了良好的效果。无 线 技 能 矿 业 好 地 对 矿 开 采 进行了 ，便 对 矿 开 采 作进行控制和 。借 远 程 定 位 系 统 远 程 监控系统进行 现 的 ，能提高 作效率， 进 而 促 进 矿 业 的 展 。然而，在 无 线 输 系 统 远 程 控 系 统 的 应 用 程 中 缺 乏 业 的 才 ， 目 前无线技和控系统的应用中所存在的一 。如今，相 关 方 的 业 人 才 比 缺 乏 ，在技 员 的聘用和 有 的资金投人， 目 前 多 煤 矿 业 不 采 用 无 线 技 进 行 控的一个 原。对 的实际 ，业应 对该方 才的培养，在 公 司 和 业 的 内 部 选 合 适 的 进 行 ， 就能有效提高无线技 在 矿 控中 的应用 。 5结语 无线技 机 技 在 展 过 程 中 所 产 生 的 一 种 技，和 统 的 技 相 比 有 一 定 的 优 势 。 无 线 技 在 矿 控 中 的 应 用 能 有 效 强 矿 工 程，对 提 高 矿 的 作 效 率 、 作 有 作用。无线控系统的 用对 矿的 有 分 的作用，能 矿 程中的人 ，提高 的 性。然而，中 国 的 矿 业 对 于 无 线 技 的 用 还 不 分 广 ，无线技术在煤矿 控系统中的应用技 还 不 进。 参 考 文 献 [ 1 ] 蔡可追.浅谈计算机技术在煤矿安全生产中的应用研究].煤 炭技术，2014，331 120-122. [ 2 ] 吴辉明.计算机信息化技术在煤矿安全管理中的应用].煤 ， 2010,194 43-44. 责任编辑高志凤）责任编辑高志凤） 参 考 文 献 ]魏 骄.井下掘进机电控系统改良分析].机械管理开发， 2017,321020-21. [ 2 ]李剑峰.掘进机用电控系统的研究设计[].B岩机械气动工 具 ，20154 54-55. 责任编辑高志凤