基于PLC的掘进机电控系统设计

第11期工矿自动化No.112009年11月IndustryandMineAutomationNov.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(中国矿业高校信电学院,江苏徐州221008)摘要:针对传统的掘进机继电器-接触器限制系统存在牢靠性差、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,具体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限制;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困难、恶劣,限制任务繁琐、要求严格。当前仍有不少掘进机限制系统采纳传统的继电器-接触器限制,存在牢靠性差、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-接触器限制系统的缺点,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S7-300PLC在掘进机电控系统中的应用。基于PLC的掘进机限制系统具有牢靠性高、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

机由1台电机驱动。整个系统共有5台电机。电控系统采纳1台PLC限制,如图1所示。图1基于PLC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+24V,假如无故障,则闭合主回路,同时检测各输入点状态,即接收各个限制信号。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,切割头凹凸速运行分别由2台电机驱动,其次输送收稿日期:2009-06-23作者简介:张宏强(1984-),男,中国矿业高校信电学院2007级硕士探讨生,主要探讨方向为限制理论与限制工程,现主要从事PLC和嵌入式系统的设计探讨工作。E-mail:23225hong@163

PLC程序对各个输入信号进行分析处理,并依据系统限制方案输出限制信号,以达到限制电机启停、故障诊断与爱护以及状态指示的目的。同时,HMI(人机界面装置)通过读取PLC中的相关标记位,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。[2]张宁.MC68LK332单片机结构与应用[M].北京: [J].机械与电子,2008(1):17-18,54.北京航空航天高校出版社,2003. [6]陈鹏,张爱民,李杰.基于以太网限制器CS8900A[3]赵宝健.远程机电限制Internet接口单元的探讨与 同嵌入式系统的网络互连[J].电子工程师,2002(12).设计[D].兰州:西北工业高校,2005. [7]刘书明,罗军辉.双口RAM在DSP处理系统中的应用[4]梁瑾.基于以太网的网络限制系统的探讨[D]. [J].国外电子元器件,2002(11):64-66.天津:天津高校,2004. [8]张凤均.LabWindows/CVI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限制系统设计 北京:北京航空航天高校出版社,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,并输出限制信号,达到限制系统的目的。输出电路中KA1、KA2、KA3、KA4分别为限制油泵电机、切割低速电机、切割高速电机、其次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限制,从而达到限制各个电机的目的。此外,输出电路还包括电机运行指示灯和各种故障状图2基于PLC的掘进机电控系统工作原理图态指示灯。PLC通过这些指示灯指示电机的运行状态和各种故障状态。同时输出电路还包括HMI人机界面。HMI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采纳的是西门子公司的S7-300PLC,因此,编程环境采纳西门子公司的STEP7编程软件。同时STEP7还具有现场监控PLC状态的功能,给现场调试程序供应了便利。PLC程序中的电机启动部分是程序中的重要组成部分,其程序如图4所示。图3基于PLC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限制,并将这些限制信号输入到PLC中。输入电路中还包括4路

图4PLC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3s后起先启动油泵电机,稍后进行切割预警,5s后启动切割低速电机,5s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,至于其次输送机如必要则可随时启动。当系统运行稳定后,即可对掘进机进行有效的操作和限制,如图5所示。4系统特点基于PLC的掘进机电控系统除了供应正常运行状态下的系统限制功能外,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,便利检测故障发生时的处理状况。(2)具有平安爱护措施①配电部分除对于电机设有断相、过载、过流爱护外,还设置了照明漏电爱护、反相爱护以及各个电机的漏电爱护。另外由于该掘进机系统工作在矿井下,还设置了瓦斯断电爱护措施。②电机启动部分油泵电机和切割电机启动前都必需进行预警,提示工作人员留意。③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爱护措施。④切割电机部分切割电机有过热爱护、冷却水流量不足的爱护措施。⑤电磁阀部分对于电磁阀设置了漏电爱护措施,并在程序中

设置了使能标记,针对不同的状况可同时禁止/允许全部电磁阀工作。⑥其它部分还设置了自动复位和手动复位2种爱护方式。(3)具有运转指示及故障显示功能HMI人机界面通过MPI方式与PLC通信,并经过西门子公司的WinCCFlexible组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全部的故障状态。同时为了操作人员的运用便利,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HMI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限制系统牢靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高、维护工作繁重等缺点,具有牢靠性高、故障率低、维护简便的优点,能够较好地完成掘进机的相关限制任务,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限制系统的设计中,运行状态良好。参考文献:[1]廖常初.S7-300/400PLC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.PLC在运料小车自动限制系统中的应用[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意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)配煤流量的限制:当装车过程中有超过规定允许的偏差时