采煤机PLC电控系统设计

张帅

（西山晋兴能源公司斜沟煤矿，山西太原033601）

引言

PLC即（Programmable logic Controller），是一种可编程的机械设备电子控制器，通过对PLC的使用可以实现大型机械设备的自动化操作与运行，PLC电控系统是通过计算机控制的运算程序，将设定程序保存在系统存储器中，然后通过人工操作指令，实现对机械设备的操作和控制。随着我国煤炭行业设备的不断更新和发展，机械化、自动化、智能化成为煤炭行业的发展趋势，在采煤机自动化过程中，PLC电控系统就是实现采煤机自动化的重要技术支撑，本文以煤矿作业中所使用的某型号采煤机为例，设计PLC电控技术在采煤机作业中的应用方案，初步设计PLC电控系统的功能和操作，为采煤自动化提供一定的实践支持。

1 采煤机电控系统的结构特点与设计要求

1.1 采煤机电控系统结构特点

煤矿中所用采煤机的电控系统主要由电控箱、高压箱、分线盒、遥控器以及各部分的功能电机组成，采煤机PLC电控系统的核心部位位于电控箱内部，主要包括主控系统、电源系统、接触器、隔离开关、显示器、操作面板以及电压、电流的调控器等功能组件。电控箱主要通过对系统功能、指令的操作来实现对采煤机的指挥和控制，是采煤机PLC电控技术的核心。高压箱内部主要分布有主变压器、变频器、牵引接触器等元件，对采煤机进行变频牵引，完成电控箱对采煤机的指令。分线盒主要是采煤机与PLC电控系统连接的各部分线路，遥控器及其他功能电机都是PLC系统对采煤机实现控制的辅助设施。

1.2 采煤机电控系统设计要求

采煤机电控系统的设计要求主要是通过对采煤机电控系统的设计，实现采煤机的自动化功能，如采煤机的启动、停止以及遥控操作；采煤机的变频牵引，实现采煤机采煤方向的控制和选择，并控制采煤机采煤的匀速运转；采煤机对煤层的切割控制，包括切割部位的升降等动作控制；切割电机的电流、电压保护以及其他保护装置；其次，还需要对采煤机在正常运转过程中各类参数进行显示、储存并生成操作日志等；另外，还需要对煤矿采煤层的工作环境进行适时监测，如瓦斯报警、断电保护等。

基于采煤机的功能和作业要求使采煤机在作业中必须实现启动、牵引、采煤、切割、匀速运转、升降等动作，还需在作业过程中对周围环境以及作业过程进行详细的监测和记录，因此采煤机电控系统必须实现这些功能，在电控系统的设计方面也应当满足这些基本功能。

2 采煤机PLC电控系统设计方案

采煤机PLC电控系统设计之前，需要根据采煤机的型号对PLC电控系统性能进行选择，不同的采煤机匹配不同的PLC电控系统，采煤机的PLC电控系统主要由主管理器即PLC系统、变频器、变频器控制模块、遥控器及遥控器控制模块、接收器及接收器控制模块、数据编码传送模块以及电流电压、瓦斯监控、显示器等模块组成，其中PLC电控系统是整个系统的核心，其他系统为辅助装置。

2.1 采煤机PLC系统运行原理

采煤机PLC系统的控制原理即通过采煤机PLC系统的各个组件，形成远程回路，通过前置电源开关将系统启动，之后系统进入开机自检状态，对整个系统的漏电、绝缘等隐患进行检测[1]。开机后，PLC系统通过开关和所存储的数据对采煤机各方面功能发送指令信号，所有指令通过PLC中控系统输出，通过对采煤机接触器的控制启动并操作采煤机进行切割、采煤、牵引、升降等动作，采煤机司机通过无线遥控对采煤机进行操作时，操作按键信号也可通过无线遥控器对PLC系统传输，经过PLC系统运算分别生成不同的操作指令，以控制采煤机的作业。采煤机操作人员可以通过中控台和遥控器实现对采煤机的远程控制和指挥，通过操作按钮实现对采煤机方向、力度、开启、停止等方面的控制，做到人机有效互动。

2.2 采煤机PLC系统功能设计

采煤机PLC系统性能的设计和选择就是需要设计人员通过对采煤机型号的了解和掌握，选择合适的PLC型号与合适的输入、输出点。从而对采煤机系统指令的设计进行合理分配和布置，如图1、图2所示，本设计开关总数为25个，其中开关输出点9个，开关输入点16个，分别对采煤机的行驶、牵引、供电、升降、加速、减速、变频、松闸等不同功能和作业情况进行控制，实现以PLC系统为核心的采煤机自动化运行操作[2]。

图1 PLC开关量输出

图2 PLC开关量输入

本设计选用的开关模块为GT90-30PLC，参考该开关模块的设备手册，根据设计要求，参照开关特点，进行详细的参数设定。在系统设计中需要满足对设备运行温度的检测和控制，因此在本设计中，将采煤机的切割部位与牵引部位的电动机与电阻传感器相连，增加了变压器温度检测和保护的功能。

另外，在PLC电控系统电源的选择和使用方面，需要根据PLC系统的CPU功率来进行，本设计选用的PLC电控系统CPU为350型，350型CPU可以提供的开关数量为4 096个，具备10 kB的寄存器和80 kB的用户存储器，能够实现闪存，运行速度较快，且支持SNP协议，通过电源与CPU的连接，可实现通信接口与触摸式显示屏的配置，一定程度上增加了人机互动的便捷性[3]。

2.3 采煤机PLC系统功能分配

采煤机PLC电控系统的程序主要由一个主程序和多个子程序构成，子程序与主程序之间设置良好的数据接口和算法，通过对以下不同数字指令的输入与人机互动实现对采煤机的远程控制和指挥（如表1所示）。

表1 采煤机PLC控制的I/0分配

在实际的操作和控制方面，操作人员只需要根据PLC系统设计的相关简化指令进行，如I0.1即表示采煤机左切割电机启动，I0.2则表示采煤机左切割电机的停止等，不同的数字操作指令代表不同的采煤机操作动作，操作人员只需掌握采煤机的运作原理和PLC系统的各指令说明即可实施遥控操作，实现采煤机的自动化作业。

3 采煤机PLC电控系统程序的应用

采煤机PLC电控系统可以实现对采煤机电动机的启动、保护、输出、开关以及信息采集与处理等功能，PLC系统通过一定规则的算法实现对采煤机恒定功率的控制，从而使采煤机在前后左右的作业过程中实现稳定操作，提高采煤的效率和煤层的稳定系数。

在PLC电控系统的设计中，通过对采煤牵引机恒定功率的设计，利用PLC电控系统对采煤机的恒定功率、电流以及电压、牵引保护等方面进行保护系统的设计，通过软件实现对采煤机供电的恒定性，能够有效保证采煤机在复杂的井下工作环境中通过恒定的电流实现安全、稳定、高效的运行。

另外，在对采煤机PLC电控系统的设计中，采用梯形图的编程语言，通过程序语言的运用，一方面可以使PLC系统的主程序与子程序结构和连接的高度优化，使程序结构较为清晰，而且还具备一定量的存储空间。相对于其他设计语言来说，梯形图编程语言其系统维护成本较低，节省了系统的存储空间，提升系统运行速度，优化PLC系统对采煤机的平稳指挥。

4 结语

采煤机PLC电控系统的应用可以有效实现采煤机功率的平稳输出，PLC控制系统集合了控制中心、变频技术、动态监控系统、热感系统等，将采煤机的工作环境和工作状态进行实时监控，实现人机互动、远程遥控等操作，提升了采煤机的运行平稳性，提高了井下煤层采集的安全性。实践表明，PLC电控系统能够满足采煤机以及现代采煤工作面的需求。

[1]成俊森.煤矿皮带运输机中PLC技术的应用[J].技术与市场，2014（4）：112-113.

[2]吕海军.采煤机PLC电控系统设计[J].能源技术与管理，2015（6）：89-90.

[3]朱晓芳，杨立东，李艳慧.电牵引采煤机PLC载波电控系统[J].工矿自动化，2009（5）：67-68.