1、 第 11 期 工 矿 自 动 化 No .11 2009 年 11 月 Industry and M ine A utomation Nov .2009 文章编号 :1671 -251X(2009)11 -0106 -03基于 PLC 的掘进机电控系统设计张宏强, 贾存良, 薛 婷(中国矿业大学信电学院 ,江苏徐州 221008)摘要 :针对传统的掘进机继电器 -接触器控制系统存在可靠性差 、故障率高 、维护困难、维护费用高的问 题, 提出了一种基于 PLC 的掘进机电控系统的设计方案 ,详细介绍了电控系统的组成、工作原理、系统硬件 和软件的设计。关键词:掘进机 ;电控系统;PLC 控制 ;
2、 故障指示中图分类号 :TD631 文献标识码:B0 引言掘进机工作环境复杂、恶劣, 控制任务繁琐、要 求严格。当前仍有不少掘进机控制系统采用传统的 继电器 -接触器控制 ,存在可靠性差、故障率高、维 护困难、维护费用高、维护工作繁重等问题。针对继电器 -接触器控制系统的缺点 , 笔者提 出了一种基于 PLC 的掘进机电控系统的设计方案 , 以某公司的掘进机系统为例, 介绍了西门子 S7 - 300 PLC 在掘进机电控系统中的应用。基于 PLC 的掘进机控制系统具有可靠性高、故障率低、维护简 单、检修费用低等优点,大大提高了煤矿企业的生产 效率和经济效益。1 基于 PLC 的掘进机电控系统机
3、由 1 台电机驱动。整个系统共有 5 台电机。电控 系统采用 1 台 PLC 控制,如图 1 所示。图 1 基于 P LC 的掘进机电控系统组成结构图1 .2 工作原理基于 PLC 的掘进机电控系统工作原理如图 2 所示。PLC 上电运行后 ,接收各故障输入点给出的 信号, 信号电平为 +24 V , 如果无故障, 则闭合主回 路 , 同时检测各输入点状态, 即接收各个控制信号。1 .1 系统组成基于PLC的掘进机电控系统由升降油缸 、回转 油缸、切割头伸缩、上下、左右回旋、洒水、右支撑等 12 个电磁阀组成, 电磁阀的油泵由 1 台电机驱动 , 切割头高低速运行分别由2台电机驱动 ,第二输送
4、收稿日期:2009 -06 -23作者简介:张宏强(1984 -), 男, 中国矿业大学信电学院 2007 级 硕士研究生, 主要研究方向为控制理论与控制工程, 现主要从事P LC 和嵌入式系统的设计研究工作。 E-m ail :23225h ong 163 .comPLC 程序对各个输入信号进行分析处理, 并按照系 统控制方案输出控制信号, 以达到控制电机启停、故 障诊断与保护以及状态指示的目的。同时 , HM I (人机界面装置)通过读取 PLC 中的相关标志位 ,实 时地对系统运行状态进行监控指示。2 系统硬件设计该系统硬件由输入、输出电路、PLC 以及人机 界面组成,如图 3 所示。
5、2 张 宁.M C68L K332 单片机结构与应用 M .北京: J .机械与电子, 2008(1):17-18 , 54.北京航空航天大学出版社, 2003 . 6 陈 鹏, 张爱民, 李 杰.基于以太网控制器 CS8900A 3 赵宝健.远程机电控制 Internet 接口单元的研究与 同嵌入式系统的网络互连 J .电子工程师, 2002(12).设计 D .兰州: 西北工业大学, 2005 . 7 刘书明, 罗军辉.双口 RAM 在 DSP 处理系统中的应用 4 梁 瑾.基于以太网的网络控制系统的研究 D . J .国外电子元器件, 2002(11):64-66.天津:天津大学, 20
6、04 . 8 张凤均.L abW indows/CV I 开发入门和进阶 M . 5 杜新虎, 韩芝侠 .嵌入式远程网络化电机控制系统设计 北京:北京航空航天大学出版社, 2001 .2009 年第 11 期 张宏强等 :基于 PLC 的掘进机电控系统设计 107 模拟量输入电路 , 这 4 路模拟量由变送装置转换为标准信号输入到 PLC 。 PLC 主要是对输入信号进行处理 ,并输出控制信号 ,达到控制系统的目的。输出电路中 KA1 、 KA2 、 KA3 、 KA4 分别为控制油泵电机、切割低速电机、切割高速电机、第二输送机电机的接触器线圈。 PLC 通过 I/O 点的输出对这些接触器进行
7、控制, 从而达到控制各个电机的目的。此外 ,输出电路还包括电机运行指示灯和各种故障状态指示灯。 PLC通过这些指示灯指示电机的运行状图 2 基于 P LC 的掘进机电控系统工作原理图态和各种故障状态。同时输出电路还包括 HM I 人机界面。H M I 人机界面主要是对系统的各个状态 和输入输出信号以及故障状态、故障记录进行现场 监控。3 系统软件设计由于 PLC 采用的是西门子公司的 S7 -300 PLC ,因此 , 编程环境采用西门子公司的 ST EP7 编 程软件。同时 S TEP7 还具有现场监控 PLC 状态的 功能 ,给现场调试程序提供了方便。PLC 程序中的 电机启动部分是程序中
8、的重要组成部分 , 其程序如 图 4 所示。图 3 基于 P LC 的掘进机电控系统硬件组成图其中输入电路中的各个开关为继电器开关 。该 继电器由相应的传感器和开关信号控制, 并将这些 控制信号输入到 PLC 中。输入电路中还包括 4 路图 4 PL C 程序中的电机启动程序流程图开机时首先检测系统是否存在故障。当掘进机 系统无故障时,系统主回路闭合, 进行启动预警 3 s 后开始启动油泵电机 ,稍后进行切割预警 , 5 s 后启 动切割低速电机, 5 s 后将切割低速电机切换到切割 高速电机运行。之后即可对各电磁阀进行相应控 制 ,至于第二输送机如必要则可随时启动。当系统运行稳定后 ,即可对
9、掘进机进行有效的 操作和控制 ,如图 5 所示。4 系统特点基于 PLC 的掘进机电控系统除了提供正常运 行状态下的系统控制功能外 , 还具有以下功能:(1)具有试验检测功能该 PLC电控系统具有试验检测功能, 通过外部 108 工矿自动化 2009 年 11 月 图 5 掘进机电控系统操作示意图硬件电路使故障输入继电器动作, 其常闭触点打开 , 常开触点闭合, 向 PLC 输入故障信号 , 从而模拟 某些故障产生, 方便检测故障发生时的处理情况。 (2)具有安全保护措施 配电部分除对于电机设有断相、过载、过流保护外, 还设 置了照明漏电保护、反相保护以及各个电机的漏电 保护。另外由于该掘进机
10、系统工作在矿井下 , 还设 置了瓦斯断电保护措施。电机启动部分 油泵电机和切割电机启动前都必须进行预警 ,提醒工作人员注意。 油泵部分对于供应电磁阀油压的油泵而言 , 设置了油位 低、油温高以及油泵电机过热的保护措施。切割电机部分 切割电机有过热保护、冷却水流量不足的保护措施。电磁阀部分 对于电磁阀设置了漏电保护措施, 并在程序中设置了使能标志, 针对不同的情况可同时禁止/允许 所有电磁阀工作。其它部分 还设置了自动复位和手动复位 2 种保护方式。 (3)具有运转指示及故障显示功能H M I 人机界面通过 M PI 方式与 PLC 通信 ,并 经过西门子公司的 WinCC Flexible 组
11、态软件设计 各个画面, 可以显示各个 I/O 口的状态、以及各个 电机的运行状态和所有的故障状态。同时为了操作 人员的使用方便, 还在掘进机机体一侧设置了运行 状态和故障显示 LED 。因此 , 各个电机的运行状态 和故障状态 ,既可以在 H M I 人机界面上看到 ,还可 设置运行状态和故障显示指示 LED 。5 结语基于 PLC 的掘进机电控系统克服了传统掘进 机控制系统可靠性差、故障率高、维护困难、维护费 用高、维护工作繁重等缺点 , 具有可靠性高、故障率 低、维护简便的优点,能够较好地完成掘进机的相关 控制任务,大幅提升了煤矿企业的生产效率和经济 效益。该系统已经应用于实际掘进机控制系
12、统的设 计中,运行状态良好。参考文献: 1 廖常初.S7-300/400 P LC 应用教程 M .2 版.北京:机械工业出版社, 2008 . 2 廖常初.西门子人机界面( 触摸屏) 组态与应用技术 M .北京: 机械工业出版社 , 2007. 3 刑印成, 王凤林, 郭 滨.掘进机的发展 J .煤炭技术,2005(5). 4 戴冠秀, 刘太湖, 李 明, 等.PL C 在运料小车自动控制 系统中的应用 J .工矿自动化, 2005(6).鲍店煤矿实现了智能化配煤装车兖矿集团鲍店煤矿选煤厂针对原先煤炭产品品种少的弊病 ,对配煤装车方式进行了改造 ,实现了智能化 配煤装车 ,较好地解决了难以满
13、足不同用户对产品质量要求的问题。该选煤厂的自动配煤装车包括以下内容:(1)灰分的在线测量及显示:测灰仪的输出信号传输到计算 机,通过计算机处理运算 ,在显示屏上分别显示 “灰分的瞬时值”和已装车煤的当前“ 累计灰分” ;(2)配煤流 量的控制 :当装车过程中有超过规定允许的偏差时 ,适当调整各煤种的胶带秤流量给定值, 以该给定值反馈 调节相应给煤机的变频器 ,调节相应给煤机的工作频率 ,最终实现给煤量的调控 ;(3)配煤装车控制系统 :主 要由主控制柜、变频器控制柜、现场操作台及调度室上位机组成 ,可实现装车设备的自动开停及闭锁控制、手 动操作与系统自动操作集中切换、配煤参数设定及配煤策略计算、根据测灰仪、胶带秤的检测数据实现基于 目标灰分的自动配煤装车等功能。 (李剑峰)
