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基于PLC的掘进机电控系统设计与应用实践

内容摘要

随着煤炭工业的快速发展，巷道掘进已成为制约煤矿发展的瓶颈，机械化开挖与支护技术是保证矿井高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术外科学的发展方向。随着采煤机械化的不断发展，工作面开采效率大大提高。随着煤矿强度和生产规模的不断扩大，对掘进机的性能、质量和品种的要求也越来越高。掘进机工作环境复杂恶劣，控制任务复杂严格。本文的主要内容如下：通过对掘进机电气控制系统的研究和分析，借鉴国内外先进技术，结合煤矿的发展，针对传统掘进机继电器-接触器控制系统的缺点，提出了一种基本的控制方法，介绍了基于PLC的掘进机电气控制系统的设计方案，并以某公司EBZ135掘进机电气控制系统为例，以该系统为例，详细介绍了电子控制系统的组成、工作原理、硬件和软件设计。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、维护成本低等优点，极大提高了煤矿企业的生产效率和经济效益。

关键词：PLC；电控系统；掘进机；煤炭工业

目录

TOC\o1-3\h\z\u内容摘要 1

1绪论 3

1.1课题的背景及意义 3

1.2国内外发展现状 3

1.3本文的主要内容 4

2基于PLC掘进机电控系统 5

2.1可编程控制器（PLC）的概述 5

2.2PLC的组成及特点 6

2.2.1PLC的组成和分类 6

2.2.2PLC的特点 6

2.2.3PLC的功能 7

3PLC与变频器的通讯 9

3.1电控系统组成 9

3.1.1主回路 10

3.1.2控制电源 10

3.1.3控制回路 10

3.1.4保护回路 11

3.2系统通讯结构 14

3.3PROFIBUS-DP 14

3.4基于PRDFIBUS-DP控制系统结构的构建 15

3.5变频器通讯程序 16

4结论与展望 17

参考文献 17

1绪论

1.1课题的背景及意义

煤炭是重要的一次能源。随着工业的发展，近年来主要产煤国，随着采煤机械化的不断发展，工作面开采强度和生产规模都有了很大的提高，随着煤矿规模的不断扩大，对掘进机的性能、质量和品种的要求也越来越高[1]。高效机械，机械化掘进与支护技术是保证矿井高产高效的必要条件，也是巷道掘进的重要组成部分，技术发展方向。随着综采技术的发展，年产量已达几百万吨，甚至上千万吨的超采工作面，使年消耗的回采巷道数量大幅度增加，使煤矿安全生产得到保障，巷道掘进已成为煤矿高效集约化生产的常用技术和关键技术[2]。

掘进机工作环境复杂恶劣，控制任务复杂严格。还有很多问题，该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、维护费用低等缺点，存在维修难度大、维修成本高、维修工作量大等问题。基于PLC的隧道掘进机控制系统，该系统能较好地完成掘进机的控制任务，大大提高煤矿企业的生产效率，因此本课题具有十分重要的研究意义。

1.2国内外发展现状

90年代末以来，煤矿井下电压随着660V提高到1140V，掘进机电子控制系统也逐渐提高1140V[3]。新技术的应用使电子控制系统的控制和保护更加完善，发生了新的变化，并逐渐成熟。现阶段，影响掘进机正常工作的主要问题已不再是电子控制系统[4]。具体特征如下：

（1）提高主电路到1140V，实行双电压电平电控箱为660/1140V，适用于各种客户的要求。

（2）作为电子控制系统的核心控制设备，PLC等工业计算机得到了十分广泛的应用。以往传统的继电器逻辑控制被软件系统所取代，以往复杂的逻辑关系也随之被处理。并且此软件系统具有简单的结构，连接线少，可靠性高，维护维修方便的优点[5]。

（3）对功率波动的适应性大大提高。宽电压范围PLC、保护模块、保护模块应用广泛，保护装置的电源采用接触器、继电器和输入电压范围宽的直流电源，电子控制设备的性能大大提高。

（4）保护环节的设计水平被提升了，代替了模拟或微机数字智能综合保护装置，以前的保护插件已被替换。采用了一些新的控制点：延迟换向操作速度和采用提升控制方法，为了提升系统的抗干扰以及抗冲击能力，电流互感器，作为一种电流采样单元，变送器几乎取代了所有的热继电器和集成保护装置，过流，过流，负载和断相保护。如煤炭研究总院太原研究所ebz120掘进机电控箱采用电流传动，采用传感器（变送器）作为电流采样单元，信号作为主控装置直接输入PLC等行业，采用计算机实现过流、过载、缺相保护，减少了中间环节，充分利用了PLC，高可靠性大大提高了电子保护和系统的可靠性[6]。

（5）随着计算机技术和传感器的应用