煤矿采煤机电控系统的应用及可靠性分析

屈强

【摘 要】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。

【关键词】采煤机；电控系统；可靠性

随着煤炭工业的不断发展壮大，对电牵引采煤机提出了更高的要求，电牵引采煤机在应用中表现出的不足，严重制约了矿山的进一步发展，主要原因就是电牵引采煤机的调速方式过于落后。电子科技的进步为变频调速方式的发展提供了良好的发展空间，PLC调速方式已广泛应用于各行各业，并取得了显著的效果。本文以我国某矿为背景，结合其电牵引采煤机电控系统应用现状，对其进行了基于 PLC 的改进设计。

一、采煤机中电控系统的功能简述

当前我国一些煤矿技术已经达到国际先进水平，但是在工作稳定性、可靠性和设备使用寿命等方面还存在一些差距。采煤机控制中心（PLC）主要采用了模块化设计，主要包括 CPU、电源模块、开关量输入模块、模拟量输入输出模块、开关量输出模块、RTD 模块、I/O通信接口模块。

（一）多样化的控制方式

在现阶段的采煤机中，主体的控制方式并不单单有自动化控制一种，很多时候，要根据采煤的实际需求，设置半自动控制和手动控制。这样的控制系统设置，对于应对各种采煤过程中出现的问题，有着最为直接的作用。一旦其中的一种控制系统出现了错误，不能够再进行控制，可以迅速进行切换，由其他的控制系统来完成控制工作。

（二）切实的监控功能

一般而言，在运用采煤机尽心工作的过程中，都会面对一些复杂的环境，如果不加以注意，很容易出现工程中的失误或者仪器的损坏，为此，在使用电控系统为主的采煤机时，需要对它的运行状态进行监控，一旦出现某一部分的运行问题，应当迅速进行检查，必要时候应该迅速进行停用，直到排除故障。具体的监控内容主要包括采煤机运行状态、变频器状态、电流强度和信号状态等，其中的任意一项内容出现了问题，都会导致整体的工作效益迅速下降。对于采煤机而言，周围的环境是对采煤机的最直接威胁，一旦把握不好，很容易出现各种各样的问题。因此，在电控系统的规划中，也要设置一部分切实有效的监控系统。

二、采煤机的电控系统设计

（一）采煤机电控系统结构特点

采煤机电气系统主要由电控箱、高压箱、分线盒、端头站、遥控器以及各功能电机组成。电控箱内部主要有主控中心（PLC）、电源组件、截割部主接触器、隔离开关、PO-Face GP 显示器、操作面板组件以及电流电压信号处理模块等部件组成，主要实现系统控制功能，也是采煤机电气系统的控制核心。高压箱主要有主变压器、主从变频器、牵引接触器等部件，主要实现采煤机变频牵引功能。

（二）采煤机电控系统设计要求

采煤机电控系统实现对采煤机的功能控制，主要實现的功能有：①采煤机主启、停，远、近及遥控操作控制。②采煤机变频牵引停、送电，实现采煤方向选择和速度的匀速控制。③采煤机截割部升、降控制。④截割电机、牵引电机的实时电流、温度保护、恒功率、反牵引保护控制。⑤各种参数的实时显示、存储，牵引控制方向、速度，各电动机温度、电流数据实时显示，设备运行自诊断中文显示等。⑥瓦斯超限报警和断电保护。

（三） 采煤机 PLC 电控系统总体结构设计方案

采煤机电控系统主要由主控器 PLC、变频器及其控制模块、遥控器及接收模块、端头站及数据编码传输接收模块、电流电压信号处理和瓦斯监控模块、显示模块等部件和模块组成。其中PLC 系统为整个控制系统的核心，包括电源模块、CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入输出模块、热电阻温度模块和机架底板组成。

（四）采煤机 PLC 控制原理

采煤机经过先导远控回路，控制前级开关送电以后，系统进入自检状态，对整个系统进行漏电及绝缘监测。自检结束以后，采煤机进入启动模式，PLC 通过开关量和模拟量输入模块对各种指令和信号经过 I/O 总线送入 CPU，CPU 根据程序进行响应，分别控制牵引接触器启动和右截割接触器启动，从而控制变频器的运行和右截割电动机运行，使采煤机按照选择方向和速度指令信号进行割煤。当采煤机司机通过端头站或者无线遥控器进行操作时，操作按键信号经过处理后分别经端头站接收模块、遥控器接收模块把信号送入PLC 开关量输入模块。经过 PLC 内部算法，分别发出不同的控制指令，控制 DC+24V 电磁阀组，使采煤机的左、右截割部能够进行升降，变频器能够控制左右两个牵引电动机，按照操作按钮功能实现采煤机向运输机机头或者机尾以一定的速度行走，同时也可以实现牵引接触器的启动和停止以及采煤机整个电气系统的总急停。温度和各电动机的电流等实时数据以及牵引方向、速度大小、故障诊断等信息由 PLC 电源模块上的 RS485/232接口根据 SNP 通信协议，实现人机界面功能。

三、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。

四、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。

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