掘進機智能控制系統(tǒng)設計維護

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摘要：掘進機是煤礦開采的關鍵設備，但其結構復雜、故障率高、維修困難，為了改善這一問題，設計一款核心控制器采用西門子S7-200PLC的系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)使用便捷、性能優(yōu)異、自動化水平高，為掘進機的可靠運行奠定基礎。

關鍵詞：控制軟件掘進機自動化水平

1關于控制系統(tǒng)設計問題的研究

根據(jù)煤田地質情況以及煤炭作業(yè)工作流程分析與研究，設計的掘進機控制智能分析系統(tǒng)，必須達到智能化要求，能夠實現(xiàn)智能化控制及數(shù)據(jù)顯示功能，從而實現(xiàn)對整個作業(yè)流程和運轉狀況數(shù)據(jù)的監(jiān)測和記錄，先對掘進機的截割過程進行分析，搭建斷面數(shù)據(jù)尺寸同作業(yè)單位參數(shù)之間的數(shù)字模型，計算懸臂運行轉角的位置和液壓缸位置以及截切頭坐標三者之間的相關性?？刂栖浖憩F(xiàn)出截割范圍，并給監(jiān)測系統(tǒng)傳送相關數(shù)據(jù)及視頻信息，這些視頻信息分為截切和運行等情況信息，可實現(xiàn)對掘進機的實時監(jiān)測，從而滿足截切自動成型的要求。結合地質環(huán)境特點把智能技術用于設備當中，以達到節(jié)約人力和時間的目的。為使系統(tǒng)進入適合的軌道，選用可視化智能監(jiān)測系統(tǒng)可縮短設備運轉時間，降低能耗。經(jīng)過比較選用防爆三相電機和變頻技術，經(jīng)過單片機AVP控制整個截切流程，并選用VB6.0程序在Window界面顯示。

2關于掘進機相關智能設計的要求

控制掘進機系統(tǒng)主要由四部分構成：即PLC、電機、回路保護及顯示部分。該系統(tǒng)電壓是50Hz交流供電電壓，能夠滿足電機進行啟停工作及正反轉，可以有效保護電機。EBZ150A型號的掘進機在進行截割、轉載和運行等生產(chǎn)操作時都離不開電機的支撐，該電機可充分滿足工作需求。掘進機操作一般流程分為：一是準備階段，要做好工作場地不相關人員的清除工作；二是啟動階段，當電機被啟動后，油泵恒定電壓預警引發(fā)自動切割，此時，磁閥，將被啟動；三是低速啟動和電機高速截割?？刂凭蜻M機軟件系統(tǒng)的主要功能包括：一是漏電狀況檢測，主要負責對油泵及電機截割進行漏電檢測，如果發(fā)生漏電就會引發(fā)報警；二是功能保護，用于防止各電機出現(xiàn)過流和超溫、超載等情況。該系統(tǒng)PLC主要負責對油泵和電機切割順序及高低速電機之間的切割互鎖；另外，該系統(tǒng)設有急停按鈕，確保發(fā)生意外時可以迅速停機，達到保護設備的目的。

3PLC控制系統(tǒng)的設計

3.1硬件系統(tǒng)設計

掘進機系統(tǒng)控制硬件由指示各種功能的信號燈、報警用的聲音報警、報警用的光報警、按鈕、開關等組成，由于西門子CPU226控制器能夠進行各種功能擴展，靈活、方便，基本能夠實現(xiàn)掘進機的智能化控制，所以，本設計采用西門子PLCS7-200的CPU226控制器作為控制核心。另外，對CPU226進行了功能擴展，增加了數(shù)字模塊與模擬模塊，分別是西門子Em231與Em222。西門子S7-200將與上位機電腦以及HMI觸摸屏進行連接，從而達到人機進行交換的最為優(yōu)秀的應用系統(tǒng)，它降低了操作人員工作難度，HMI觸摸屏更加直觀、具體地反映掘進機的工作狀況，控制更加直觀。系統(tǒng)安全監(jiān)控能夠依據(jù)采集的現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)進行判斷，當出現(xiàn)故障或者危險時，及時發(fā)出報警，操作人員根據(jù)報警采集的信息能夠準確判斷出故障部位及故障性質，這樣有利于維修人員快速對故障進行維修，從而大大提高了掘進機施工效率。

3.2程序控制設計

工作流程如下：首先要做掘進機工作前的準備，進行自檢系統(tǒng)以及相應元件檢查，判斷其是否存在故障，如果系統(tǒng)元件存在故障，系統(tǒng)將發(fā)出故障報警，提醒操作人員處理故障。當自檢結果正常時，控制人員將啟動掘進機，此時掘進機進入準備工作，如果啟動油泵電機，掘進機將進行液壓油升壓工作，當系統(tǒng)液壓穩(wěn)定后掘進機才能夠進行下一步的工作，5s后掘進機進入低速切割程序（啟動低速切割電機），再過5s后掘進機進入高速切割程序（啟動高速切割電機）。

3.3抗干擾和安全性設計

由于掘進機施工環(huán)境非常復雜，增強、加大掘進機抗干擾及安全性的設計是非常重要的。在掘進機系統(tǒng)控制里，各種開換、繼電器、PLC、顯示器等電子、電器元件，都安裝于掘進機電控柜里，所以，設計的電控柜不僅要達到尺寸要求，在設計的結構上也要滿足安全上的需要，必須具備一定的隔爆、防爆的能力。另外設計的電控柜，在開門時保證電路斷電確保安全，在設計時安裝開門傳感器，當開門前由于忘記或者其他的原因沒有斷開控制柜電源，在打開控制柜門時自動斷開控制柜電源，當關閉控制柜門時又能自動接通電源，從而保證工作人員的安全。另外，控制柜應設計防震裝置，確保系統(tǒng)不會因為振動造成系統(tǒng)控制的誤操作。除此之外，掘進機為了能夠確保工作時不受干擾，除上述設計采用的電控柜是防震隔爆外，還有掘進機控制核心PLC程序控制器的選用必須也要具有抗電磁功能。

4控制系統(tǒng)的維護

4.1元件、電纜的維護

掘進機系統(tǒng)的控制元件、設備、電線、電纜在井下惡劣的環(huán)境中非常容易出現(xiàn)老化破壞，所以必須定期對系統(tǒng)控制進行必要的保養(yǎng)維護，具體工作內(nèi)容如下：1）檢查掘進機電氣控制元件，首先檢查系統(tǒng)控制的各個熔斷器、主接觸器、接線是否工作正常。檢查系統(tǒng)控制各個功能是否工作正常，檢查報警器是否工作正常。最后檢查系統(tǒng)控制緊急停止開關是否工作正常。2）檢查電纜情況，對電纜進行測試，測試電纜技術指標是否達到目前工作要求，檢查電纜工作現(xiàn)場是否出現(xiàn)漏水、滴水現(xiàn)象，電纜外防護是不是經(jīng)過長時間工作已經(jīng)破損，電纜是不是由于接觸油類發(fā)生老化影響其絕緣性能，電纜外防護鎧甲是否能夠承受規(guī)定沖擊力等。

4.2電機的維護

掘進機設備的電機是保證掘進機能否正常工作的基礎，所以，對掘進機系統(tǒng)控制的電機進行定期保養(yǎng)、維護非常重要，其具體工作內(nèi)容如下：1）定期檢查設備（電機）工作時的電壓是否在規(guī)定范圍之內(nèi)，電機工作時的溫度是否符合要求。2）定期檢查連接電機裝置的穩(wěn)定性，定期檢查電機絕緣性能，定期為電機主軸軸承添加潤滑油。

5結束語

煤礦掘進機所在地質環(huán)境非常惡劣，煤礦掘進機必須具備隔爆、防震、耐腐蝕性、耐高溫性等功能，電氣控制必須能夠抗干擾、防電磁污染等，由于環(huán)境惡劣，本煤礦掘進機已不適應工作需求。針對井田地質及煤礦工作條件、環(huán)境對現(xiàn)有掘進機進行設計改造，控制采用智能化系統(tǒng)，使用西門子S7-200PLC編程器進行控制，可提高煤礦掘進機在煤炭開采工作中的效率。

參考文獻

[1]譚明.掘進機智能行走控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學，2012

作者：王偉 單位：陽煤一礦