基于PLC 控制柜的煤矿采煤系统智能控制技术探析

侯宇航

（山西省霍州煤电集团庞庞塔煤矿，山西 吕梁 033200）

引言

煤矿采煤系统智能控制有以下几方面意义：完整的信息平台的建立，为了监测的各个方面的数据能够得以实现，并且需要对设备各方面的运行情况的信息进行了解；为了对采煤设备实现故障的诊断和报警，就需要依据所有的检查的结果，并提供技术保障在设备运行方面；24 h检测采煤的所有信息，以方便24 h监控采煤设备；可以集中联控采煤装备在各个工作面，致使工作人员的人数减少和劳动力度降低。为此，探讨煤矿采煤系统智能控制的技术，了解采煤工作面设备智能监控系统整体结构，并对所有的传感器与PLC控制柜软、硬件进行设计选型，以实现采煤设备控制的智能化。

1 系统的组成部分

数据服务器、客户端、移动终端、各类传感器、控制计算机、采煤机装备集中PLC智能控制柜、本安型就地操作箱等技术被包含在煤矿采煤系统智能控制技术。图1即为采煤工作面设备智能监控系统整体结构图。

图1 采煤工作面设备智能监控系统总体框架

1）数据服务器。发布、处理、汇总及储存收集到的数据是数据服务器的主要职责，其通信的方式是经过监控室、以太网两方面的组态软件完成的。

2）各类传感器。其最重要的作用是对设备的中转载机、采煤机、胶带机、刮板输送机及破碎机等的信息进行及时的收集，其他故障信息、压力、电流、温湿度及电压组成了实时信息。

3）客户端。客户端可以查看煤矿采煤设备及时运转的信息和查询信息，其客户端的方式是计算机、智能手机、平板电脑等。

4）本安型就地操作箱。其作用是将显示屏幕提供给工作人员，在屏幕上显示采煤设备的信息，设备的实际运转状况被工作人员以最快速度了解，况且旋转开关完成检修采煤设备、远程及就地的转换，就地完成设备开启及停止。

5）控制计算机。有1台使用的计算机，1台备用计算机，采煤设备的数据可以通过监控软件进行归档与处置，工作面的运转数据可以被WINCC组态界面及时查看。

6）采煤机装备集中PLC智能控制。其在系统中是重点的监控设备，能供给I/O接口、通信接口、模拟量采集接口等，以太网与符合规定的通信协议被支持，收集、传递与处置采煤设备的运转状况得以完成。

2 对PLC控制系统进行设计

2.1 对PLC控制柜硬件进行设计

CPU模块、电源模块、RS-485通信模块、I/O扩展模块及网络交换机等构成了PLC控制柜。

1）电源模块选型。电源模块PS307-5A属于S7系列，其电源模块被使用在本文中，并且供电范围有两个档位，分别是AC 85～132 V与AC 176～264 V，其作用是保护短路及断路，使供电量达到要求，就需要把本安电源模块设置2个。表1就是CSTI系列输出本质安全电源在本安电源模块中的参数。

表1 CSTI系列日常输出本质安全电源的相关参数情况表

2）通信模块选型。2个通信模块CM1241 RS-422/RS-485在本文中被选择使用，并对MODBUS协议进行支持。

3）I/O扩展模块。2个16点的数字量输入模块、2个8路通用型模拟量输入模块及2个8路专用测温模拟量输入模块被建立。

4）CPU模块选型。S7-1200 PLC被矿用隔爆兼本安型控制箱的控制器在本文中所使用，其数字量输入、输出分别为14个、10个，模拟量输入为2路这两方面构成了控制器，其最大额定功率及供电分别为12 W及24 V DC，以太网内嵌1个接口，可以被HMI、程序下载与PROFINET网络连接等所使用，RS-485/RS-422通信模块被扩大的数量为3个，并且由和50 kB的工作存储器、8 192 B的位存储器、2 MB的装载存储器与2 kB的保持性存储器构成。表2为PLC模块选型汇总。

表2 PLC模块选型汇总情况表

2.2 设计使用PLC控制柜软件

TIA Portal软件被PLC控制柜软件使用及编辑。梯形图编程语言、模块化编程及结构化编程被使用，由启动组织块、全局数据块、操作箱按钮、传感器数据处理、Modbus写数据通信、Modbus读数据通信和数据处理等逻辑块构成了系统程序的逻辑块。图2即为PLC控制柜整体程序流程图。

图2 PLC控制柜整体流程图

Modbus写数据通信、Modbus读数据通信在本文中说明。

1）Modbus读数据通信。可以用作读写设备上的运转数据，其设备包括主控器、采煤机远程监控器、胶带可编辑控制箱、胶带可编辑控制箱、组合开关及变频器等，故障标志灯、设备的启停标志、保护信息、电压、故障代码、子设备运行电压及电流组成了运转数据。

2）Modbus写数据通信。Modbus写数据通信最重要的功能是使监控器或采煤机远程主控制器和胶带可编辑控制箱可以接收控制命令传递的信息，开启与停止控制采煤设备得以完成。

3 选择传感器型号及类型

3.1 各种传感器在采煤机中的应用情况

温度继电器、流量传感器、电流互感器、压力传感器、瓦斯监测传感器等传感器被采煤机使用。

1）温度继电器。主要负责监督检测油的温度，包括截割电机、油泵电机、牵引变压器，温度继电器JW2-155被其使用。

2）流量传感器。负责监督检测液体在牵引液压系统与冷却水系统中的流量，流量传感器型号YF S201被本文使用。其耐压、测量范围、工作温度、工作电压的技术数据分别是不大于1.7 MPa、1～30 L/min、不大于120℃、5～24 V。

3）压力传感器。主要是对牵引部及辅助液压系统、冷却水系统等压力的变动进行监督检测，压力传感器型号为MIK-P300被应用用。其量程、零点漂移、输出模拟量、工作电流、工作电压的技术数据分别为0～40 MPa、±2%FS，4～20 mA、不大于100 mA、4～36 V。

4）电流互感器。主要监督检测电流，其包括采煤机截割机。电流互感器型号为PAS-JIC600D-P1/SP6的被使用。其在作业时的额定电流、精度的测量的技术数据分别为小于100 mA、±1%，0～600 A（电流测量范围）和4～20 mA（模拟量）。

5）瓦斯监测传感器。主要是对瓦斯的密度进行监督检测，属于采煤机工作面。瓦斯监测传感器型号为GJC4被传感器使用，在浓度不小于1%时，会切断常闭节点。

3.2 传感器在采煤运输设备中的应用情况

转运胶带输送机、破碎机、刮板输送机与转载机组成了采煤运输设备。

1）传感器在破碎机中的应用。作为成套设备的破碎机，安装其目的是监督检测温度，主要的是对主电机的PT100温度传感器与JW2-155温度继电器进行检测。

2）传感器在转载机中的应用。最主要的是监督检测速度与温度，其速度检测的是转载机的，其温度检测的是电机的，速度传感其被使用的型号是SCD-1型，温度传感器型号PT100及型号JW2-155被使用在对电机温度进行监督检测。

3）传感器在刮板输送机中的应用。主要是短路保护的JW2-155温度继电器，监督检测PT100温度传感器在电机定子绕组及轴承的温度，监督检测SCD-1型速度传感器在刮板输送机中的运转速度，监督检测有没有完整SCD-10型断链保护器存在于刮板链条中。

4）传感器在转运胶带输送机中的应用。由GEJ-15-P型跑偏传感器、GSC6型速度传感器、急停开关等其他辅助保护传感器、GQLO.1-Y型烟雾传感器、GWW-45-W型温度传感器、GUD-3-D型堆煤传感器等组成。

4 结语

通过了解采煤工作面设备智能监控系统的结构与构成，分析了PLC控制柜的硬、软件的设计，并对采煤机与运输设备使用型号进行了选择，提高了煤矿采煤系统自动化，智能化控制水平，保障了开采工作的高效进行。