PLC和组态技术在采煤机电液调高系统中的应用

PLC和组态技术在采煤机电液调高系统中的应用

纪晖

（中机国能电力工程有限公司山东分公司250101）

摘要：随着煤矿开采高效高产战略的逐步实施，采煤机自动调高系统及其控制技术逐渐成为行业热议的话题。从目前发展现状看，采煤机尚未实现自动化控制，其调高部分至今仍以人工为主，故导致了资源浪费、采煤效率低等问题。文章主要对PLC和组态技术在采煤机电液调高系统的应用进行了分析。

关键词：PLC技术；组态技术；采煤机；调高系统

前言

国内煤矿井下工作中，常使用采煤机自身携带的显示器对其运行时的温度、电压、电流等进行监控，但系统所呈现的画面却并不直观，且不具备数据库、历史曲线、实时报表查询等功能，故增加了采煤机故障分析和管理的难度。PLC和组态技术的应用能有效解决上述问题，可实现整个生产过程的综合检测。

1采煤机发展概况

随着我国煤炭行业的快速发展，其生产结构和规模均发生了巨大的变化，目前已步入了高效高产的快速发展时期。世界上的产煤大国均依靠科技的进步来提升开采效率，从而增加经济效益，而我国的煤矿行业依然以重型采煤设备为主。

煤炭在自然能源中占据着至关重要的地位。采煤机是集液压、电气、机械为一体的大型设备，可通过其完成装煤、落煤等工作程序。设备研制与发展是实现煤炭产量持续稳定增长的重要因素之一。

按照驱动方式的不同，一般可将采煤机分为电牵引采煤机、液压牵引采煤机以及机械牵引采煤机等。其中，电牵引采煤机包括交流和直流牵引采煤机，但牵引采煤方式，目前已不适应现代化发展需求，故已逐渐被电牵引和液压牵引采煤机所替代。实践应用过程中，一般可结合煤岩倾角、硬度等工况，选择适宜的采煤机，并以此提升工作效率和工作质量。

目前，国外滚筒式采煤机仍以人工手动方式为主，该方式会因地质环境如顶底板起伏、煤层厚薄等变化，导致截割滚筒切入顶底板，进而引发系统故障，严重时还可致电机烧毁，为此，应加强对该领域的实验研究。

近年来，可编程控制器（PLC）凭借其自身抗干扰性强、编程简单、逻辑功能强、可靠性高等优势，在工程控制领域应用十分广泛。但该技术在人机交互方面的性能还较为薄弱，而世纪星态软件却拥有良好的人机界面，可弥补PLC的不足和缺陷，将两者进行结合并应用在工程控制领域，可实现生产加工过程的综合监控，意义重大。

2调高系统原理分析

上文提到，滚筒式采煤机仍以手动调试为主，通过手动转向阀，实现调高液压缸的转向动作，速度恒定，回路简单可靠。但却尚未实现调高滚筒升降速度的自由调节，为此，应结合实际情况，设计一种全新的电液比例调高系统，基本原理如图1：

图1采煤机电液比例调高系统原理图

图中：1邮箱、2过滤器、3电动机、4油泵、5电液比例方向阀、6液压锁、7安全阀、8调高液压缸、9溢流阀。系统运行过程中，一般会使用电液比例方向阀来代替手动，从而实现对调高滚筒运行轨迹和升降速度的精准控制。

3PLC和组态技术在采煤机电液调高系统中的应用分析

采煤机电液调高系统主要由工控机、扩展模块、以及PLC共同构成。系统运行过程中，常将工控机作为上位机进行远程监控，而上位机又配以组态王监控软件，共同构成开发平台，从而实现监控、报警处理、数据动态显示、数据存储、远程监控、参数设定等功能。

3.1设定系统参数

PLC控制方案的制定，一般可结合采煤机调高系统原理来进行。对监控对象的所有参数进行收集，确定PLC的I/0点对应的外部环节，并以此建立参数表格。

3.2plc选型

系统下位机选用扩展模块FX2N-4DA、三菱FX1N-60MR、模拟量、输入拓展模块FX2N-8AD共同构成plc系统。

3.2.1主机单元

PLC主机单元选用三菱FX1N-60MR具有24点输出以及36点输出，高达60点控制，主要输出类型为继电器型。由于三菱FX1N-60MRR-001具有逻辑控制、通信链接输入输出等控制功能的可扩展性，故其应用范围较为广泛。

3.2.2模拟量输入模块

该模块选用的是FN2N-8AD特殊功能模块，用来采集位移量、液压缸压力、调高泵出口压力以及电动机主轴温度等模拟量信号。该模块具有CH1～CH88个通道，各通道均可进行AD转换。输入方式：分别率0.64mV，电压输入-10V~+10V；电流输入-20~+20mA或者是4~20mA，分辨率为2.5；热电偶输出T型、J型、K型，分辨率为0.1℃。通过FROM/TO发出的指令，可完成PLC与FX2N-8AD缓存器之间的数据转换。

3.2.3模拟量输出模块

系统选用FX2N-4DA功能模块输出模拟信号，并对电液体比例方向阀进行精准控制，改变液压缸移动速度。该模块工具有四个输出通道，最大分辨率可达12位，可选模拟范围为-10~10VDC，分辨率选用5mV。

3.3软件设计

3.3.1三菱PLC程序设计

系统选择世纪星组态软件和GX-Developer编程软件进行设计。PLC程序设计语言十分丰富，包括功能图块、语言表、逻辑方程式以及梯形图语言LAD等。其中梯形图语言，具有容易掌握、形象直观等优势，目前在PLC编程语言中应用最为广泛。在此过程中，监控系统一般选择三菱GX-Developer编程软件，并集合了程序调试、仿真模拟、编译链接、程序键入、项目管理等多项功能，故采煤机调高监控系统，一般采用梯形图语言进行编程。

3.3.2世纪星监控界面设计

上位机监控界面可为用户提供最为直观的显示。现阶段该监控界面一般均是采用世纪星组态软件，该软件是在PC机上开发出来的智能型人机接口软件，主要由运行系统、开发系，两个部分构成，但也可进行单独使用，两者相互影响，相互促进，共同形成一个使用便捷、功能强大的整体。IE风格界面具有较强的可视性，并设有丰富的工具栏，操作人员在应用过程中，可直接进入开发状态，为其工作节约大量宝贵时间。

通过组态软件设计系统，可充分利用其内部简单的命令语言及其图库。结合采煤机电液比例调高系统的实际原理图，在世纪星开发系统中设计出其主要的监控系统页面。调高监控系统设计页面中，可直观展示出整个系统的工作流程，电源接通电动机启动之后，根据电液比例方向阀的不同状态，可直观、清晰的看到整个液压缸的移动过程。

监控系统画面一般由状态栏、工作区窗口、游览区、工具栏、菜单栏、标题栏等共同构成。其中，工作区窗口主要包括报警区、控制区、模拟区以及显示区四个部分。显示区可对系统对象参数进行监控，如曲线和仪表形式实时显示、液压缸位移、电动机主轴温度、调高泵进出口压力等，并配置相应的报警指示灯。模拟区主要是对采煤机自动调高监控系统的设备状态以及系统现场运行状况，进行动态模拟展示，包括电液比例、方向阀工作位置、液压缸移动状态、电源开关状态以及其他各元件的工作状态等等。控制器可对PSP下达指令，并促使其直接进行现场控制，除可发出电动机启动停止、信号采集、电源通断等信号外，还可发出一些模拟信号，对电液比例方向阀进行全方位控制。报警区，主要显示报警变量名称、报警类型、报警状态、报警时间以及报警组灯等多种报警信息。

总结：

综上所述，我国的采煤机远程监控系统目前仍存在诸多不足，文章主要研究了基于世纪星组态软件和PLC的采煤机电液比例调高监控系统。该系统充分运用了两者的优势，使监控系统可直观反映采煤机现场运行状况，提升了产品质量和工作效率，故可在今后发展中进行全面推广。

参考文献：

[1]刘阔，刘杰，李勇，等.采煤机记忆截割的轨迹拟合[J].煤矿机电，2008（3）：44-45.

[2]刘春生，荆凯，万丰釆煤机滚筒记忆程控液压调高系统的仿真[J].中国工程机械学报，2007，5（2）：142-146.