基于PLC的掘进机电控系统设计

张明国 辛华

摘要：本文主要是基于分析的掘进机电气控制系统的研究，借鉴国内外的先进技术，结合煤矿实际生产情况，针对传统的掘进机继电器 - 接触器控制系统的不足之处，提出了一种基于PLC掘进机电气控制系统的设计方案。

关键词： PLC;掘进机;电控系统。

1掘进机电控系统组成

掘进机电控设备通常是由矿用本质安全型操作箱CX4-4/12E（以下简称操作箱）和矿用隔爆兼本质安全型开关箱KXJ4-258（218、203）/1140（660）E（以下简称开关箱）两大部分构成， 另装备了BAL1-36/127-150矿用隔爆电铃;BZA1-10/24-1ZS隔爆型压扣急停按钮; DGY35/24B隔爆型照明灯和风机电机以及二运电机和截割电机，还有油泵电机等设施构成了掘进机的电气系统。掘进机的电气系统的每个电机均采用了双电压电机，工作时的电压是 660V 和 1140V之一，工作电压由电机接线形式决定。掘进机的电控系统将可编程控制器（以下简称 PLC）做为中心，对油泵、、风机、截割、二运四个电机的过压、超温、短路、欠压、三相不平衡、过流、过载、电机绝缘实行监控与看护、而且具有瓦斯保护、低压的漏电、电流异样等方面的功用。开关箱与操作箱之间以工业上常常利用的 RS485 为通信方式，稳定性很高。只用两芯信号线就能完成对截割、油泵、风机、二运的开停和反馈各电机运转状态状况、截割电机的负荷、任务的电压和各种系统故障的信息。极大的减少了操作箱和开关箱之间的连线数量，操作箱的电缆使用连接方式为疾速接头方式。安装操作便利，性能可靠性高。开关箱的视窗里面设有发光管，它可以显示出32 种系统故障信息的起因，与在开关箱上的液晶屏独离分开工作。图1是掘进机的电气系统图。

2掘进机电气控制设计

2.1主回路

主回路它是隔离开关QS以及阻容吸收的电路RC1-RC4以及真空的接触器KM1-KM4和电流的互感器TA1-TA12组件构成。

电源的开关，当它被闭合的时候位于主回路的各个接触器的上端通电。采纳控制的回路依次使真空接触器KM1-KM4闭合。油泵，二运，截割，风机的电机可以运行。每个回路使用阻容吸纳电路RC1-RC4吸纳主回路的过电压。电流互感器TA1-TA12检测的回路电流转变为电压的信号并且发送到可编程控制器中，电动机保护通过程序实现，并通过显示窗口和液晶显示器的得到事故的原因。

为了避免位于内层的系统暂态过电压的冲击（大部分用于接触器，断路器开断迸发的操作过电压。）显著损坏主要电气设备。常见的方法是，接近断路器或是接触器的地方装设氧化锌避雷器（MOA）或是阻容吸收器的方法来实行冲击维护。相比两种类型的产品的功能，氧化锌的产品的长处。大部分体现在能量吸收能力，可用于雷电等大电流冲击上的长处。阻容吸收器的主要优点是在初始低电压时，就可以有效地吸收在设备上的小电流冲击。

在真空断路器的负载侧连接电容的目，是与负载添加并联的电容。由此，负载的特性阻抗可以减小，一方面，以降低过电压角频率。另一个表现，能够缩小过电压幅值。从而减少过电压的回升。接入的电阻R旨在收纳负荷电路中的能量，减少了高频振荡电流的幅度，从而使流过真空断路器的电流，不超过因为对高频电流的叠加。所引起的电弧电流忽然降至零点以下，这能明显避免电弧引起过压的结果。

用于电机，限制反复重燃过电压的观点考虑，R和C的值的选择方法如下：

C=（1～2}

R=1/ （1+ /C）

其中，是电动机的原有电容为。电源到电动机的线路电感为。实际操作中，RC的范畴：

C=0.1～0.5Uf，，R=100～200Ω。

2.2控制回路

控制回路是一个可编程控制器（PLC）。它作为控制信号，经过RS485通信接纳盒的中心操作中。里面的程序由操作控制继电器释放，实现电机的启动和中止的。

在同一时间接受电流互感器信号的PLC也接受瓦斯继电器信号泄，KM1-KM4的反馈信号，还有电机温度的保障信号，经过程序来保护全部电控系统的安全。 SB1-SB3是紧急中止的按钮。SB1安装在操作箱内部，和整部機器油箱前的紧急停止按钮SB2同样功能为总急停。按总急停上的主控器的端子CZ2-25不释放出AC220V。 KM5电源切断，即切断220V电源，每台电机将无法工作。截割电机的急停按钮SB3位于整部机器的左侧，前排驾驶员座椅部位。截割电机将无法启动。 PLC接收到瓦斯传感器的工作信号，分断开了CZ2-20，CZ2-19，停止了前一级的电源。控制电路的工作原理示意图如图2所示。电传到电控系统之后，液晶屏幕显示制造公司的具体消息。而在此时开关箱视窗的指示灯全部亮。查看是否有不能使用的灯，过后关闭指示器。PLC检查是否有真空管粘连，如果正常的主终端CZ2-27释放出AC220V。检漏继电器KM7、KM8闭合，接着各个回路漏电。

2.3保护回路（以油泵电机为例）

电机热敏电阻，互感器TA1-TA12 ，低压的漏电检测等组成了一个保护回路。三相线电压和线电流通过电流、电压互感器的实时检测。真空接触器的管漏电、电机的绝缘性检测和触头的粘连都采用粘连漏电检测电路检测;照明灯的漏电和电铃的检测用低压漏电检测电路检测; 井下的瓦斯浓度由和甲烷传感器和瓦斯断电仪监测，除了电机温度，油温，液位，位移传感​​器的信号以外，PLC还接收热敏电阻，电流互感器，漏电闭锁的信号。将计算的信号值和之前设置的信号值比较，如果在范围内，得到的信号在规定的故障范围，被认为发生故障，则故障信号对电动机跳闸和报警，电铃和照明灯被PLC发出的故障信号或切断电源，在液晶屏上显示错误消息，以达到保护整个电控系统的功能。假设没有发生系统故障，那么就循环采样，显示和存储的电压和电流信号。

首先，检查各回路绝缘状态和检查电源电压在开机之前。当发生欠电压事故、过电压事故、漏电闭锁事故、瓦斯超限事故，每个电机将无法启动，并呈现系统故障的情况。发生过载事故、三相不平衡事故、过流事故、断相事故等系统故障在油泵电机运转中时。PLC就会接收到电流互感器的电流信号并进行相关程序的计算，分断输出点CZ2-21电源。分断主接触器KM1的主回路，运动的油泵电机终止运转。而液晶屏上，和显示的窗口呈现系统故障情况，当过流和相位发生时，按复位键在控制箱上的按钮便能够从新的启动。漏电闭锁和过载保护自动复位，过载保护复位在三分钟之后，当漏电的闭锁值到1.5倍时绝缘还原复位。风机电机，截割电机，二运电机的保护原理相同与油泵电机一样。

各电机开始運行之前进行漏电闭锁故障检查和显示。漏电闭锁主要用来检测当分断状时电磁启动器负荷侧或馈电开关的绝缘电阻值，假设低于设定的值，上述设备不能正常合闸送电。掘进机的主电路单相对地的绝缘电阻值低于规定的数值以下，电动机不启动（基准值为AC1140V到40KΩ，AC660V是22KΩ）。

若系统送电，PLC会第一步检测真空接触器是否发生粘连，结果正常，端子CZ2-27一般释放出AC220V， KM7和KM8检漏继电器闭合，漏电检测每个回路，当绝缘电阻值太低时，电机将无法启动。如果一切正常可以开始启动电机，开启电机前应该分段检漏继电器，不再进行漏电检查，过后电机正常启动。在电动机终止时，使用粘连回路检查，真空管不粘连，检漏继电器延长2秒后闭合，检查各系统回路是否有漏电情况。在未开机时，能够进到参数修正屏幕对四个电机的漏电检查回路实施漏电的实验，以检验其系统稳定牢靠性。各油泵，截割，二运，风机，发生相应的漏电系统故障情况，则系统被认为是正常的。

3结束语

在矿山机械中电气控制的性能对设备至关重要，通过对掘进机和电气控制的结合，加强矿山掘进机的电气管理，保证了煤矿生产安全和工作效率，同时也促进了煤矿综掘技术的快速发展。

参考文献

[1]陈志新，宋学军.电器与PLC控制技术，中国林业出版社，2008，6

[2]弭洪涛. PLC应用技术（第二版），中国电力出版社，2007，7

[3]岂光明.PLC与变频器快速入门与实践.人民邮电出版社.2011.1

[4]李金城.PLC模拟量与通信控制应用实践.电子工业出版社.2011.1.

作者简介：张明国（1986-），男，黑龙江双鸭山人，工程师，现就职于黑龙江能源职业学院机电系。

第二作者：辛华  （1985-），女，黑龙江双鸭山人，讲师，现就职于黑龙江能源职业学院机电系。