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2019年第3期（总第162期） ENERGY AND ENERGY CONSERVATION 2019年3月 能 源研 究 掘进机电控系统设计分析 李振国 阳 煤集 团股 份有限 公司二矿，山西 阳 泉04500 摘 要传统 的 扳进 机控制系 统 存在作业效率 低、故障 频 率 高 和稳 定性差等 不足。针 对这 些问 题，就掘进 机电 控系 统 设 计 开展探究，提出了基于PLC技术的 掘进 机电 控系 统，并对电 控系 统 作业原理、电 控系 统 设 计、主控系 统 设 计 和软 件 设 计 等 逐 一分析总结，希望能 够为其他矿 井相 似工程 的 开展提供一定的 借鉴 与参考 一 关键 词矿 井；掘进 机；电 控系 统；PLC;设 计 分析 中图分类 号TD63T 文献 标识 码A 文章 编 号2095-0802-201903-0012-02 Design and Analysis of Electric Control System of Heading Machine LI Zhenguo No.2 Coal Mine, Yangquan Coal Indust ry Group Co., Lt d., Yangquan 045000, Shanxi, China Abstract Th e t ra dit io na l co nt ro l s ys t em o f h ea ding ma ch ine h a s s o me s h o rt co mings , s u ch a s l o w wo rking ef f iciency, h igh f a u l t f requ ency a nd p o o r s t a bil it y. Aiming a t t h es e p ro bl ems , t h is p a p er exp l o red t h e des ign o f el ect ric co nt ro l s ys t em o f h ea ding ma ch ine, p u t f o nv a rd t h e el ect ric co nt ro l s ys t em o f h ea ding ma ch ine ba s ed o n PLC t ech no l o gy, a nd a na l yzed a nd s u mma rized t h e o p er- a t io n p rincip l e o f el ect ric co nt ro l s ys t em, t h e des ign o f el ect ric co nt ro l s ys t em, t h e des ign o f ma in co nt ro l s ys t em a nd t h e des ign o f s o f t wa re o ne by o ne, h o p ing t o p ro v ide s o me ref erence f o r s imil a r p ro ject s in o t h er mines . Key words mine; h ea ding ma ch ine; el ect ric co nt ro l s ys t em; PLC; des ign a na l ys is 0引言 煤矿 井下掘进 设 备选 用 电 液一体化控制技术，它 是关系 矿 井生 产效率 与安全性的 关键 设 备，其中，掘 进 机电 控系 统 作为整个掘进 设 备最关键 的 核心构成组 件，是确 保设 备运 行 安全的 必要 保障 叫 多年来，中国 掘进 机电 控系 统 不断发展，已逐 渐达 到国际 水平，为 中国煤矿 产业的 持续 发展提供了坚实保障，而 积 极借 助新技术，探寻高 效的 掘进 机电 控系 统 具有重 大意义。 1基于PLC的掘进机电控系统 1.1系 统 构成 基于PLC技术的 井下掘进 机电 控系 统 主要 构成组 件包括六部 分，分别为电 源、控制输 入、保护输 入、 控制输 出、传感器和显示 部 分叫图1即为电 控系 统 结 构示 意图。 图1基于PLC的 掘进 机电 控系 统 结 构示 意图 收稿 日期2018-12-28 作者 简 介李振国，1987年生，男,山西 盂 县人，2016年毕业于太 原理 工大学电 气工程 及其自 动化专业，助理 工程 师 1.2作业原理 分析 图2 2为基于PLC的 掘进 机电 控系 统 作业原理 示 意 图，其中，HIMI代表 人机交互界 面。当PLC接通 电 源 运 行 时，如果系 统 无故障，则整个主回路 闭 合，系 统 自 行 检测各输 入点状 态，确 认 其是否能 够正常接收控制 信号；如果存在故障，则保护输 入部 分发出故障 输 入信 号，PLC内置 程 序对故障 信号进 行 综 合分析后，依照预 设 的 控制方案进 行 信号输 出控制，并有针 对性地发出 电 动机启闭、故障 诊 断或状 态指示 等 不同命令。与此 同时，系 统 还 会将相 关信息传输 至 人机界 面 交换装 置 中，读 取相 关PLC中的 标志位，从而 实现 对系 统 运 行 的 实时监 控叫 H1M1 2电控系统设计分析 2.1电 控系 统 控制流程 分析 基于PLC技术的 井下掘进 机电 控系 统 控制流程 第 一步是启动准备工作，在完成有关准备工作后，先启动 12 2019年第3期李振国掘进 机电 控系 统 设 计 分析2019年3月 油泵电 机，随 后启动转 载 电 机.最后启动截割电 机, 启动顺 序流程 如图3所示。在工作过 程 中，如果工作 人员需 要 进 行 电 控系 统 的 停止操作，则按照启动的 相 反顺 序进 行 即可叫 图3掘进 机启动顺 序流程 图 2.2主回路 控制分析 电 控系 统 主回路 构成部 分有四个，分别为隔 离 开 关、阻 容吸收装 置、真 空 接触 装 置 和电 流互感装 置。 当掘进 机电 机启动时，主要 借由 操控1 140 V的 电 压 通 断达 成。当系 统 闭 合主回路 时，真 空 接触 装 置 联 通 闭 合，油泵、二运 电 机、截割装 置 等 便可完成接电 运 转。整个过 程 中，阻 容吸收装 置 的 作用 是过 滤主回路 过 电 压。经 过 处理 后的 电 压信号便可由 电 流互感装 置 发送 至PLC控制器叫 2.3控制回路 分析 控制回路 构成组 件包括主控器、真 空 接触 装 置 和 中间 继 电 装 置。在整个系 统 中，PLC作为核心组 件，使 用RS 323通 信方式接收各个控制回路 发出的 信号，并 经 过 综 合分析后，经 中间 继 电 装 置 对外输 出，达 成对 各个部 位电 机启停的 操控此外，PLC控制元件用 于接 收电 流互感、漏电 监 测和温度保护等 不同信号，在经 过 比对分析后实现 最终 的 信号输 出问。 2.4保护与显示 回路 保护回路 主要 是由 漏电 保护回路、温度过 载 回路、 瓦 斯封闭 回路、门 闭 锁 回路 等 构成。显示 回路 主要 包 括两部 分，即操作界 面 回路 和作业状 态实时显示 回路。 3主控制器设计分析 主控制器是PLC井下掘进 设 备电 控系 统 最为核心 的 构成组 件，其主要 包括PLC控制电 路、电 源电 路 和 显示 电 路。 3.1 PLC控制电 路 对于电 控系 统 的 运 行 而 言，其主控制器电 路 的 联 通 由 机械按钮 和传感装 置 两部 分构成，其中，PLC控制 电 路 输 入信号分为模拟信号和开关量 信号两类，开关 量 信号中急停按钮 和温度、瓦 斯感应装 置 均为本质 安 全型。而 反馈 信号可分为运 行 状 态、模拟量 输 入和电 源连 锁 三种 类 型，分别对应1 140 V、220 V和24 V 三种 电 路 检测信号冋。图4即为PLC控制电 路 输 入输 出原理 示 意图，其中，GND代表 地线，RS 232、RS 485 代表 通 信类 型 总急停 截割急停 瓦 斯闭 锁 风 电 闭 锁 电 源连 锁 开关 畝 障 屏蔽 参数修改 油泵反馈 截割反馈 通 风 机反馈 二运 反馈 油泵过 温 截割过 温 24 V 油書中聲 截割中继 漏严芒 警 铃 220 V供电 24 V供电 门 锁 电 源 油泵绝 缘 输 出 截割绝 缘 输 出 二运 绝 缘 输 出 通 风 机绝 缘 输 出 24 信RS 23才 恤信RS 485） 输 出 GND 图4 PLC控制电 路 输 入输 出原理 示 意图 3.2电 源电 路 对于掘进 机电 控系 统 而 言，各个构成设 备运 行 所 需 的 电 压是有差异的，大体上可划分为六类a）主回 路 高 压三相 交流电；b）交流低压真 空 接触 装 置 控制电 压；c）交流低压报警 设 备控制电 压；d）交流低压照明 设 备控制电 压；e） PLC工作组 件运 行 直 流电；0急停 装 置 工作直 流电 压。整个电 路 运 行 所需 的 不同交流电 压全部 可以借助变压装 置 达 成，而 直 流电 压则需 通 过 整流电 路 方能 得到。 3.3通 信与显示 电 路 基于PLC的 掘进 机电 控系 统 通 信与显示 电 路 主要 有两大构成部 分，即固定操作基站 和远 程 操作基站。 运 行 时，PLC控制元件的 端 口借助通 信电 路 实现 与固 定操作基站 间 的 信息互通，同时，固定基站 通 过 无 线 传输 方式与远 程 基站 连 通。其中，固定基站 无线 接 收模块型号为S WER-1200ND,如果需 要 远 程 操控，可 通 过 固定基站 的 遥 控装 置 实现 与远 程 遥 控器的 互联。 图5即为固定基站 运 行 结 构原理 图，图中ROM代表 只 读 内存。 T无线 收发模块［ 一＞ |显示 器 图5固定基站 运 行 结 构原理 图 4软件设计分析 基于PLC的 掘进 机电 控系 统 配 套编 程 软 件为 S TVEP7.2，该 软 件具有现 场实时监 测功能，可以随 时 了解PLC元件的 运 行 状 态，从而 为现 场作业人员的 安 全检查作业提供便利 图6即为电 机启动主要 流程 示 意图。 （下转53页） 13 2019年第3期暴雪 峰不同空 顶 距 下煤巷顶 板的 受力和变形2019年3月 0 5 10 15 20 巷道 轴 向距 离/m e 14.0 m 图2不同循环 进 尺沿巷道 轴 向水平应力图 图3不同进 尺下顶 板表 面 变形曲线 从图3中可明显看 出.不同循环 进 尺情况下的 巷 道 顶 板变形有着 明显区别，当一次的 进 尺小于12 m 时，巷道 顶 板的 最大下沉量 为23 mm,若 超 过12 m 时，下沉量 就会迅 速 增加，特 别是当空 顶 距 为16 m 时，巷道 顶 板下沉量 达 到了 54 mm,但在一般 的 巷道 支护过 程 中，当锚 固区内顶 板间 的 空 隙 超 过50 mm时 便被 视 为离 层，不符 合支护要 求。为了更好地保障 巷 道 的 施工安全，如果把空 顶 距 定为14 m,则安全系 数 太小，因此可把空 顶 距 定为12 m。另外，如果地质 条 件出现 变化，例如有构造、裂 隙 时，应根据情况减小空 顶 距。 4结语 a 寺河矿 东六盘 区巷道 开挖之后，巷道 两帮围岩 的 塑性范 围为0.78 m,而 本次力学模型中两边 支撑区 的 长 度为3 m,起 到了支撑作用，保证 了计 算 的 准确 性；b 通 过 理 论 计 算 和数值模拟得到巷道 顶 板上方主 要 起 支撑作用 的 为9 m厚的 细 粒 砂 岩，而 岩石 的 抗压 强度大于其抗拉强度，在空 顶 距 为6 m、8 m、10 m、 12 m时，泥岩的 抗拉强度并未遭 到破 坏，保证 了岩层 的 完整性；c由 于基本顶 对直 接顶 没有力的 作用，所 以直 接顶 在自 身 重 力下会出现 弯曲变形，在空 顶 距 为 14 m时，顶 板之间 的 离 层量 速 度增加变快，16 m时达 到了 53 mm,不符 合巷道 支护的 要 求。因此在巷道 围 岩比较 稳 定且有安全保障 的 条件下，最大循环 进 尺可 定为12 m。 参考 文献 [1] 江权，冯夏庭，徐鼎 平.基于围岩片 帮行 迹 的 宏观 地应力估计 方法探讨[J].岩土 力学,2011,3251452-1459. 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