电牵引采煤机自动控制终端显示系统的研究.pdf

试 验研 究 电牵引采煤机 自动控制终端显示系统的研究 李永学 晋城无烟煤矿业集团公 司 寺河煤矿， 山西 晋城0 4 8 2 0 5 摘要 论述了电牵引采煤机自动控制系统的控制要求和工作原理。介绍了 D i g i t a l 公司生产的GP 7 0系列 触摸屏与 GE F a n u c 系列 9 03 0可编程序控制器 P L c 相互连接、 系统区位对应关系及通讯方式。设计了 控制系统所要求的控制画面和显示程序。现场运行表明该显示系统直观、 清晰、 可靠、 稳定。 关键词 电 牵引采煤机； 可编程序控制器； 显示系统； 触摸屏 中图分类号 1 [ 1 4 2 1 ． 6 文献 标识码 A 文章编 号 1 0 0 5 - 2 7 9 8 { 2 0 0 3 } 0 4 - 0 0 0 7 - 0 3 1 电牵引采煤机 自动控制系统 1 ． 1 控制原理 电牵引采煤机电气控制系统见图 1 ， 系统电源 通过控制开关直接 向左 右截割 电机供 电， 供 电电压 为 1 1 4 0 V， 而左右牵引电机的电源则来 自变频器， 供电电压为 3 8 0 V， 变频器直 接受 自动控 制系统 的 控制 ， 通过改变变频器 的参数来控 制左 右牵 引电机 的行进或后退速度。左右牵引电机除了可以就地控 制外 ， 还可 以通 过左右端头 站进行无线摇控 。调 高 电机也是通过 自动控制单元进行控制。 电源 图 1 电牵引采煤机电气控制系统 自动控制单元 的系统见 图 2， 它是 整个 电牵 引 采煤机的控制核心， 由电源模块、 P L C 、 智能显示系 统 、 信号获取 单元 、 综合 保护 单元 以及 驱动单 元组 成。P L C从信号获 取单元 得到左 右牵 引 电机 的工 作电流、 电压、 牵引速度 、 绕组温度以及左右截割电 机的相关参数 ， 经过程序检测 、 计算 、 判断和处理 ， 达 到对左右牵引电机的控制 目的。控制参数通过智能 显示系统显示， 为工作人员建立了良好的界面， 工作 人员也可通过智能显示系统对左右牵引电机进行控 制。 图 2自动控制单 元系统 1 ． 2 控制要求 为了使采煤机能够高效、 安全、 稳定、 可靠的工 作 ， 控制系统必须满足如下控制要求 1 左右截割电机必须采用恒功率控制， 只有 这样才能充分利用截割电机的功率， 同时也不使电 机超载而烧毁 。 2 为了使采煤机避免严重过载， 控制系统必 须设重载返牵控制功能， 当任一截割电机负荷大于 1 3 0％P N时， 应通过 P L C使采煤机以给定速度反 牵引一段时间后， 再继续向前牵引。 3 控制系统需要根据牵引电机的负荷大小 确定牵引速度 ， 只有 两台 电机均处 于欠 载状 态时才 允许加速， 否则必须通过减速使电机退出过载区。 4 控制系统必须具有牵引电机、 截割电机的 过热 、 短路、 漏电闭锁等保护功能。 5 所有电机的控制方式、 操作方法、 运行参 收稿 日期 2 0 0 3 -05 - 2 8 作者简介 李永学 1 9 6 3 一 ， 男， 山西阳城人， 工程师， 从事机电技术工作 。 煤 第 t 2 t 靖 4 期 7 维普资讯 数、 故障特征、 故障参数、 运行参数都必须通过智能 显示系统显示 ， 并且能通过显示器进行人工控制。 2 显示系统配置 根据 MG 2 5 0 ／ 6 0 0 WDI 型交 流电牵引采 煤机 工作原理及控制要求 ， 选用 了 Di g i t a l 公司的 GP系 列工业触摸屏和美 国 G E公 司系列 9 03 0 P L C。 GP系 列 工 业 触 摸 屏 ， 采 用 的是 3 2 b i t RI S C C P U以实现高速 响应 。它 以 PP R O／ P B I I I f o r wi n d o ws 软件为开发平台 ， 利用 P C机对其进行包括 参数设置 、 画面制作 、 显示控制在内的数字化及 图形 化编程 ， 完成后再通过专用电缆将程序传送至 GP， 然后 G P脱离计算机再与 P L C串 口相连就可 自成 体系独立工作。GP一方面根据 P L C传送来 的数据 进行画面或者数据显示 ； 另一 方面将收到 的触 摸控 制信息传送给 P L C 。 G E公司系列 9 03 0可编 程序控 制器 是一 种 模块化产品， 它可根据用户的需要来配置系统 ， 具有 较强的扩展能力。在 电牵引采煤机 自动控制系统 中 除选择 C P U和 电源模块外 ， 还选择 了开关量输入模 块I C 6 9 3 MD L 6 5 5 F 、 继电 器 输出 模块 I C 6 9 3 MD L 9 4 0 C 、 模拟量混合模块 I C 6 9 3 A I G4 4 2 和 温 度 模 块 HE 6 9 3 R 1 1 6 0 0 Q 。 C P U 型号为 C P U3 3 1 ， 它以 8 0 1 8 8微处理器为基础 ， 最大 1 0 2 4 b i t I ／ O点和 1 2 8 I N／ 6 4 OUT模拟通道 ， 具 有 2 k的寄存器和 1 6 k的用户程序逻辑存储 器。利 用 P C机及 L o g i c ma s t e r 9 0编程软件对其编程调试 ， 调试成功后脱离计算机便可独立工作。 3 显示系统 的通讯方式与内存的对应关系 3 ． 1 通讯方式 G P系列触摸屏有两种 通讯方式 。一种是直接 连接 Dir e c t l i n k ， 为 GP主要工作方式 。在该方式 下 ， GP根据画面显示 的要求 ， 直接读人 P L C的数据 或直接把数据写入 P L C中， 而且这种通讯 是 自动进 行的 ， 无须编 制专 门 的通讯 程 序 ， 因此 可大 大缩短 P L C用户程序负担 。G P生产厂家一般都会将直接 连接通讯所需 的通讯程序和专用 电缆 根据 P L C的 种类选取 提供 给用户。 在制作画面时， 选择相应的 P L C机种 通讯协 议 ； 在做成各种基本画面 、 部品 、 T AG要素时 ， 直接 指定其对应 的 P L C输入输 出 I ／ O 、 寄存 器 R 地 址； 运行时， G P会 自动与 P L C交换信息 ， 直接读取 或改写 P L C相应地址 I ／ O、 R 的内容 ， 并据此改变 画面的显示 内容 。通 过 GP的触 摸操 作 ， 亦 可 向 8 Co a l 4 ／ 2 0 0 3 P L C输人数据 。 G P的另一种通讯方式是存储器连接 Me r r m r y L i n k 。此种情况是 G P要与计算机、 单片机等没有 对应协议的设备进行通讯时， 可使用这种通讯方式。 这时， 需要在主计算机上使用固定的协议编制通讯 程序。就如同单片机中访问外部数据存储器一样， 通过读写指令与 G P交换数据， 屏幕上的一个点对 应于内存中的某一位 ， 按照点与内存的关系由单片 机直接写入数据， 而 G P根据其 自身存储器内 系统 区 的数据 的变化来改变画面的表示。 3 ． 2 G P与 P L C内存对应关系 无论采用那种通讯方式， 不管选择那种 P L C， 都必须搞清楚其内存对应的关系以及它们的功能 ， 才能正确 的传输数据和调动画面。 3． 2． 1 GP 系统 数据 区 在 G P中， 除 了拥有用 于存放 画面数据 的画 面 存储器外 ， 还有 2 k的用户数据 寄存 器区 ， 该 区域 称 为 L S区 ， 组成见 图 3 。 图 3 GP L S区 在直接连接方式下 ， P L C中也 占有相 同大小 的 数据区作为与 G P通讯的系统区使用 ， 其对应关系 见 图 4 。 薹 点 巨 芋 秀 潞落 量址 L Sn ； 圃 图4 G PL S区与 P L C区对应关系 G P中 L S区域开始的最多 2 0个寄存器被规定 为系统数据区 ～L S 1 9 。用于存放显示的画面 号 ， 日历时钟 ， G P状态， 切换画面号等基本数据。 在 P L C程序编制过程 中， 何 时需要显 示何种 画面 ， 只需要改变系统数据区某些字的值， 即可完成画面 切换、 报警、 屏幕打印、 显示控制等操作。 3 ． 2 ． 2 系统 区位 对 应 关 系 在分别编制 G P与 P L C程序时， 必须清楚其系 统控制位的功能。表 1 给出了部分位的对应关系， 其中项 目号为 G P系统 区 ， 寄存器 地 址 为 9 03 0 P L C实际地址。 ⋯一 灌 1睡 日 r 维普资讯 4 画面的制作与程序设计 4 ． 1 画面制作 根据控制系统的要求， 制定需要多少个画面， 每 个画 面 中包 含 的 内容 以及 它们 的先 后 顺 序 。 以 G】 P 7 0系列 为 例 通 过 G PP R O佛3 R wI N D oWSV3 ． 0作图 软件 ， 首先 要对 GP进行 系统 设 置 ， 包括检 验 和、 画 面号数据 类 型 、 P L C首址 、 读 出 区大小及通讯等。这种设置既可在 G P单元上进 行 ， 也可在软件 中设 置。当把 画面数 据传 送到 GP 单元的时候 ， “ 系统设 置” 数据也 同时传送 到 GP单 元 。画面制作过程一般是从其软件库 中提取相对应 的部分 P a r t 及 T A G要素等放置于屏幕， 再赋予其 P L C实际地址。画面形成包括主画面 B a s e 、 标记 画面 Ma r k 、 键盘画面 K e y 、 图像画面 I m a g e 、 文 本画面 T e x t 等。G P工程制作完成后， 通过专用电 缆将 GP R S一2 3 2串 口与 P L C的 R S一4 2 2串 口连 接即可。 4 ． 2程序设计 显示 画面制作完成后 ， 根据其 主画面编号及 画 面中的部 品、 T AG要素等实际对应的地址 对其进行 程序设计 。加电后 ， 首先 显示初始 画面。后根据采 煤机操作流程 ， 调动其对应画面， 引导操作人员严格 按照操作步骤进行操作 。即使操作人员的疏忽而引 发的误操作 ， 程序也应能及 时判 断并发 出正确 的操 作指令 。所 以， 程序的编制应非常严谨 。 表 1 GP与 P L C 系统 区位对应 关系 项 目号寄存 器地址 内 容 B i t 详 述 1 R 0 0 0 1 当前显示中的画面 1 ～8 9 9 9 ⅨD 数时 1 --1 9 9 9 ， 耄 毫 篓 ，包 括 系 统 R M ／ 】} M 、 存 储 器 校 验 和 、 s l 0 校1 1 2瑚 新 断 患 黜 2 ～弱 ～ 方式进入 R UN状态 ””⋯ ⋯” ⋯ ～ r R Ii l B 日历 年 ， 2位 1 3 C D码 阳历的最后 2 位 ． ， R 0 0 0 4 日历 月 ， 2位 1 3 C D码0 1 --1 2 月 ⋯ R 0 0 0 5 日历 日 ， 2位 ⅨD码0 1 --3 1日 R 0 0 0 6时钟， 4 位 ⅨD码 高位 ∞～2 3时， 低位 ∞～ 分 4 R 0 0 0 7 G P 工作状态标记 2 ． 3 、 7 、 8 2 打印3 设定值写8 K一 口I G输入错 6 R 0 0 0 9切换画面号 1 -a 9 9 9 i 数时 1 ～1 9 9 9 0 经过缺省的时间， 关闭画面显示 ； 1 一F I ；l 旧k 7 R 0 0 1 0 画面显示 0N／ 】 F F控制经过用户设定的时间 ， 关闭画面显示； F 册I 不 显示画面 R 0 0 1 1时 钟 年 定噍2 位KD 码 阳历最后2 位， 当P i t 1 5 1 时。 才允许修改时钟 一 。 R 0 0 1 2日 寸 钟 2 位 ⅨD码 m～1 2月 R 0 0 1 3 a ,j g H 定值 2 位 ⅨD码0 1 --3 1日 ， R 0 0 1 4 H 寸 钟 盼 跪 值4 位 ⅨD码 高位 ∞ 一 2 3 时， 低位 0 0 -5 9 分 写入 9 R 0 0 1 5控制字 0 ～1 2 背光灯、 蜂鸣器、 V G A 显示、 硬拷贝等 B I 砌0 玎 窗口控制0 、 1显示 -0 O F F ； 1 C N； 1 一窗口重叠 F 拄制 C R 0 0 l 8 窗口登录号全局窗口登录号， 通过间接指定’堤鼍 HN徂卫 r、 R 0 0 1 9 窗口显示坐标 z轴全局窗口显示坐标 I 硼】 扣 窗口显示坐标 轴通过间接指定设置 B I N ／ RD 5 系统应用 以 P L C和智能显示系统为核心配合其他单元 组成 的电牵引采煤 机 自动控 制系统 已于 2 0 0 0年 5 月首先应用于晋城煤 业集 团凤凰 山矿 ， 此 后又相继 应用于王台铺 矿 、 古 书院矿和成庄矿 。经过 近两年 的使用表明 ， 该 自动控制 系统动作灵敏 、 性能稳定 。 尤其是智能显示 系统 既能显示又能操 作 ， 显示 内容 丰富、 直观、 清晰， 操作简单 、 方便、 可靠， 受到用户的 一 致好评 。 6 结论 1 由 P L C和智能显示系统组成的电牵 引采 煤机 自动控制系统能有效地对采煤机进行 控制 ， 控 制方式灵活 ， 操作简单方便。 2 控制系统不但能对采煤机 下转第 1 2页 煤 第 l 2卷 第 4期9 维普资讯 3 0 0 mm的间隔连接牢 固。 4 支护效果分析 螺纹钢锚杆 、 网、 梁有效控制了巷道 围岩的变形 和破坏， 大大减少了巷道的维修工作量， 安全有了保 证。同时 ， 为运输 、 通风 、 行人 及矿井质量标准化创 造了条件， 缩短了以往回采超前维护距离及强度。 还降低 了支护 成本 ， 比过 去锚 网、 加 锚索 节 约 1 7 ． 5元 ／ m， 节约钻眼长度 3 ． 5 m／ m， 节 约钻 眼及辅 助时间 0 ． 5 h ／ m。 [ 责任缩l i t ■■英】 W h o r l s t e e l Bo l t ， W i r e M e s he s a nd Be a m S u pp o r t i ng Te s t i n Ro a d wa y Z HAO Yo u - s h e n g C o a l Mi n e ， F e n x i Mi n i n gGr o u pL t d． C o ． ， L i u l i n 0 3 3 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s s u p p o r t i n g s i t u a t i o n o f wh o r l s t e e l b o l t ， wi r e mesh es a n d b e a m i n 3 3 0 6 wo r k f a c e e n d r o a d wa y o f He x i c o a l mi n e ． I t e n s u r es s t a b l e r o a d wa y， a n d g a i n s g o o d t e c h n o l o g i c a l an d eco n o mi c be n e f i t ． Ke y wo r d s r o a d wa y；wh o r l s t eel bo l t wi r e mesh es a n d b e a m s u p po si n g；t e c h n o l o g i c a l wa y 上接第 9页 进行 自动控 制 ， 而且 能对左右截 割电 机和左右牵引电机进行过热 、 短路和漏 电保护。 3 智能显示系统不仅能够 显示采煤机 左右 截割电机 和左右牵引电机的工作参数 、 操作方式 、 故 障状态和故障参数 ， 而且能够通 过触摸屏对采煤 机 的运行参数进行设置， 对采煤机的状态进行控制。 4 现场 运行表 明 ， 该智 能 显示系统 工作 可 靠、 性能稳定、 显示直观、 动作灵敏。与 P L C组成的 电牵引采煤机 自动控制系统具有广阔的应用前景。 参考文献 [ 1 ] G E C o mp a n y L T D． GPP R O／ P I I 3 f o k Wi n d o ws V 3 ． 0 Op e r a t i o n Ma n u a I [ M] ． Ne w Y o r k P r e n t i c e H a l l ， 1 9 9 6 ． [ 2 ] G E C o mp a n y L T D． P L C C o n n e c t Ma n u a l [ M] ． N e w Yo r k Pr e n t i c e Ha l l ， 1 9 9 6． [ 3 ] G E C o mp a n y L T D． GE F a n u c A u t o ma t i o n[ M] ． N e w Yo r k P r e n t i c e Ha l l ， 1 9 9 6． [ 4 ] D i g i t a l Comp a n y L TD． G P 7 0 S e r i e s Me mo r y L i n k C o r n - mu n i c a t i o n P r o t o c o l Ma n u a l [ M] ． T o k y o P HY S H a l l ， 1 9 9 5． [ 责任 辑 奠■英】 S t u d y o n Th e r mi n a l s p l a y S y s t e m i n Au t o ma t i c Co n t r o l o f Co a l ‘ W i n n i n g M a c h i n e W i t h El e c t r i c I P a c t i o n LI Yo n g - x u e J i n c h e n gAn t h y a c i t e C o a l Mi n i n g Gr o u p L t d． Co ． ， J i n c h e n g 0 4 8 2 0 5， Ch i na Ab s t r a c t Th e c o n t rol l i n g s pe c i f i c a t i o n a n d o pe r a t i o n p r i n c i p l e o f t h e a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m f o r c o a l wi n n i n g ma c h i n e wi t h e l e c t r i c t r a c t i o n a r e n a r r a t e d i n t h i s p a pe r ．M u c h mo r e a t t e n t i o n i s p a i d t o t h e i n t r o d u c t i o n o f t h e i n t e r c o n n e c t i o n，cor r espo n d i ng r e l a t i o n a n d commu n i c a t i o n me t h o d s b e t ween GW／ 0 s e r i es t o u c h p a n e l ma d e b y D i g i t a l C o mpan y and 9 03 0 ser i es P r o g r a mmi n g L o g i c C o n t r o l l e r P L Cma d e b y G E F anu c Comp a n y and F i n a l l y．t h e c o n t rol s c r e e n s an d d i s p l a y p r o g r a m a c cor d i n g t o t h e c o n t rol s pe c i f i ca t i o n are d esi g n e d．Th e f i e l d e x p e ri e n e e s h o w t h a t t h e t e r mi n a l d i s p l a y s y s t e m i s g o o d i n s t a b i l i t y，r e l i a b i l i t y，v i s u a l i z a t i o n a n d r e s o l u t i o n，an d wi l l b e o f g r e a t a p p l i e d v a l u e i n mi ni n g i n d u s t r y． K e y w o r d s o 0 a l wi nni ng ma c h i n e wi t h e l e c t r i c t r a c t i o n ； P r o g r a mma b l e L o g i c a l Con t rol l e r P L C ； d i s p l a y s y s t e m ；t o u c h p a n e l 1 2 Cl柚 l 4 ／ 2 0 0 3 I 譬． I 维普资讯