PLVC控制器在煤矿掘进机中的应用

刘 鹏

（山西焦煤集团有限责任公司五人小组管理局，太原 030053）

0 引言

PLVC可编程控制器自发明以来获得了快速发展，并被广泛应用于各个行业。目前，煤矿掘进机设备开始广泛采用PLVC系统，在简化掘进机电气控制系统的基础上，保证了可控性。掘进机主要用于开凿平直地下巷道，被广泛应用至液压伺服系统中[1]。以往比例电磁阀控制系统主要应用PLC技术，在PLC输出端设置模拟量输出端口，并将放大器增设至输出端口与比例电磁阀之间，虽然保证了可控性，但也使得电控系统结构更为复杂，增大了系统故障的发生概率。随着科学技术的不断进步，出现了可以结合PLC电气控制功能与液压伺服阀的PLVC控制器，可以简化输出模拟信号转换放大流程，保证了伺服阀的可控性[2]。

相较以往的PLC控制系统，PLVC可以实现掘进机自动化换人，为智能化与信息化应用打下了坚实基础，利用专用性与拓展性良好的控制平台，完成掘进机控制生态的改进。本文研究的PLVC掘进机控制平台，具备高可靠性、跨平台性以及灵活统筹等特性，利用PLVC软逻辑、标准化与模块化思想，实现了装备设备的统一化管理，在实现自动化与智能化先进控制功能的基础上，为掘进机的自动化运行提供理论与实践基础，也为掘进机模态化的标准化设计提供更多借鉴依据，以期降低故障发生率，为企业赢得更大的经济效益。

1 PLVC可编程控制器

PLVC可编程控制器主要结合了液压伺服阀与传统PLC电气控制器，可以控制复杂液压系统电磁阀，完成系统预设的压力控制动作，保证液压系统的速度与加速度。同时，PLVC控制器可以连接各种比例伺服电磁阀与模拟数字系统，以控制液压系统[3]。PLVC控制器模块化设计比较灵活，具备较高的开放性，可以在结合扩展模块与基本模块的基础上，灵活诊断整体液压系统，保护电压。在使用期间，工作人员可以根据控制器参数，结合实际需求，采用多种总线连接方式，以保证控制效果。

PLVC属于阀用可编程控制器，可以直接驱动电磁阀，控制加速度与速度。具体而言，PLVC控制器主要具备以下几方面特点。

（1）经济性。在设计开放现场总线技术产品时，应尽量降低设计成本[4]，PLVC控制器结合了液压控制与电气控制功能，通过多控制手段降低了设计成本，具备较高的经济性。

（2）易于操作。PLVC控制器的编程语言比较灵活，可以为用户提供友好的人机界面，用户初次接触也可以根据提示完成液压参数设计工作。且PLVC控制器还可以自行编写控制程序，保证了用户操作的便捷性。

（3）安全可靠。PLVC可以利用总线替代一对一的I/O连线，减少了连接点数量，保证了系统的可靠性与稳定性。PLVC控制器根据IEC61131－3标准规划功能，并设定触点规划LD语言、结构文本以及友好人机对话截面，以便于监控故障，自由编写控制程序，避免短路问题的发生。

此外，PLVC控制器还具备自诊断、抗冲击、电磁兼容等功能[5]。

2 煤矿掘进机电控系统

煤矿掘进机总控制器为PLVC控制器，结合了掘进机的液压与电气控制系统，使用DC24 V控制电源，基本模块配备3路数字量输入、4路数字量输入等，其中控制器的输出模块可以直接控制液压系统比例电磁阀中的开关量，也可以控制液压系统中的电磁阀开关。在系统控制过程中，最大驱动电流为2 200 mA，保证了电磁阀控制的便捷性。煤矿掘进机最为主要的控制设备便是PLVC控制器，为了实现掘进机的整体控制，应选择2台PLVC控制器作为主站与从站。其中，主站PLVC控制器主要驱动液压系统，并根据速度需要，精确调节比例电磁阀，比如掘进机行走与回转、掘进机切割臂升降控制等；另一台PLVC控制器作为从站，可以控制掘进机星轮旋转。且掘进机操作站还可以使用安全性操作站，改变电控箱与操作站之间的连接方式，采用合理的通信模式，最大程度的减少掘进机控制站体积，缩短电控箱与掘进机操作站距离，保证便于维修掘进机控制系统[6]。

煤矿掘进机操作站会主要以文本形式显示掘进机报警与故障问题、掘进机当前动作与最后一次动作以及传感器的运行状态等。煤矿掘进机的工作电压为660 V与1 140 V，其中，PLVC控制器与漏电模块采用内部通信相连接，根据控制系统的状态确定开启或关闭漏电闭锁功能，切换上述2个电压。当系统检测发现存在漏电问题时，应立即闭锁系统。具体PLVC控制系统功能如图1所示。

图1 PLVC控制系统功能

3 PLVC控制器在煤矿掘进机中应用

作为煤矿井下开采的关键设备，掘进机主要用于开凿巷道，且包括护盾式与开敞式2种类型。掘进机主要包括工作机构、行走机构以及装载、转载机构等部分。电气系统、液压系统以及机械系统均属于掘进机的组成部分，当某个零件出现问题时会直接影响掘进作业进行。为了降低故障问题的发生几率，提高整机性能，工作人员应在掘进机中应用PLVC控制器，保证设备的正常运行[7]。

3.1 控制器组成

PLVC属于煤矿井下掘进机的核心组成部分，也属于主控制器，其供电电源为DC24 V，具备3路数字量输入与4路模拟量输入，在不配置放大器的前提下，可以直接驱动比例电磁铁。具体而言，PLVC控制器包括主控器与安全栅2个组成部分。一是主控制器，设计主站与从站，驱动需要调节速度的电磁阀，完成行走、回转以及升降等动作；而从站则完成运输、驱动星轮以及转载正反转等动作。二是安全栅，在巷道内场所安置，作为非本质安全型与安全型设备的连接设备，将设备能量设定在安全范围内，最大程度的保证工作人员和现场设备的安全性，确保生产作业顺利进行[8]。

3.2 控制器工作原理

煤矿掘进机中PLVC控制器工作原理主要为，2个PLVC控制器控制掘进机液压系统中比例伺服阀驱动，利用CAN总线连接，保证两者间通信，且利用开关量输出控制掘进机的切割臂动作。在掘进机的控制电柜中放置电气控制器，在控制电柜的外部放置掘进机的操作台。对此，为了充分保护现场设备与工作人员，应利用安全栅，将窜入现场本安设备的能量控制在安全范围内。掘进机操作人员可以利用操作站控制掘进机运行，并利用安全栅、RS－485通信线以及RS－485/RS－232之间的转换器进入PLVC控制系统，并在主控制器中输入各种传感器检测到的信号，保证整体监控煤矿掘进机的运行状态。

3.3 主要功能模块

（1）操作站模块

使用本质安全型操作站可以缩小操作空间，保证电控箱与操作站连接的便捷性，在降低掘进机高度的基础上，减少连线，完成系统的维护工作。在运行过程中，操作站显示面会出现以下内容：报警文本、掘进机机型、故障情况、当前时间、掘进机当前动作、掘进机最后一次动作、传感器数据以及电动机数据等。除此之外，操作站还可以分析、显示停机原因与电动机故障代码，为操作与维修人员提供更多参考，保证快速处理故障问题。

（2）漏电监测模块

煤矿井下巷道掘进机的工作电压分别为660 V与1 140 V，且2种电压的漏电闭锁值并不相同。对此，应将漏电检测模块设置至PLVC控制器中。通过试验可知，当处于660 V电压等级时，动作值为22Ω，返回值33Ω；当处于1 140 V电压等级时，动作值则为40Ω，返回值为60Ω。且PLVC控制器与检测模块采用通信连接方式，根据控制系统状态PLVC决定漏电闭锁启闭，并切换电压等级。为了避免模块出现高压侵入，PLVC控制器应实时监测漏电检测状态，当发现回路故障与通信异常情况时，应立即闭锁电动机启动，保证掘进作业的顺利进行。

3.4 PLVC软件设计

PLVC控制器程序编辑语言为STL语言，以此保证短路检测、比例阀连接断线等功能的实现，并根据通信模式为操作站传递信息并显示。同时，还应通过终端配置软件，完成主要通道输出电流最大值的升降时间、通信速度以及CAN地址等配置，并下载保存配置数据，以便快速实现出厂化配置。

4 结束语

本文分析了PLVC控制器在煤矿掘进设备中的应用，通过设计操作站模块、漏电检测模块以及软件设计模块，保证了掘进设备的可操作性与经济性，保证鼓掌问题及时预警，制定可行的解决方案。通过设计操作站模块，可以及时显示停机原因与电动机故障代码，为操作与维护人员提供参考依据；通过漏电监测模块，可以及时发现回路中的故障与通信异常问题，保证闭锁电机及时启动；而PLVC软件设计可以为操作站传递信息，快速实现出厂化配置，在保证开采工作顺利进行的基础上，提高企业的经济效益。