PLVC控制器在煤礦掘進(jìn)機(jī)中的應(yīng)用

劉 鵬

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司五人小組管理局，太原 030053）

0 引言

PLVC可編程控制器自發(fā)明以來獲得了快速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。目前，煤礦掘進(jìn)機(jī)設(shè)備開始廣泛采用PLVC系統(tǒng)，在簡化掘進(jìn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，保證了可控性。掘進(jìn)機(jī)主要用于開鑿平直地下巷道，被廣泛應(yīng)用至液壓伺服系統(tǒng)中[1]。以往比例電磁閥控制系統(tǒng)主要應(yīng)用PLC技術(shù)，在PLC輸出端設(shè)置模擬量輸出端口，并將放大器增設(shè)至輸出端口與比例電磁閥之間，雖然保證了可控性，但也使得電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，增大了系統(tǒng)故障的發(fā)生概率。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了可以結(jié)合PLC電氣控制功能與液壓伺服閥的PLVC控制器，可以簡化輸出模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換放大流程，保證了伺服閥的可控性[2]。

相較以往的PLC控制系統(tǒng)，PLVC可以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化換人，為智能化與信息化應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，利用專用性與拓展性良好的控制平臺(tái)，完成掘進(jìn)機(jī)控制生態(tài)的改進(jìn)。本文研究的PLVC掘進(jìn)機(jī)控制平臺(tái)，具備高可靠性、跨平臺(tái)性以及靈活統(tǒng)籌等特性，利用PLVC軟邏輯、標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化思想，實(shí)現(xiàn)了裝備設(shè)備的統(tǒng)一化管理，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化先進(jìn)控制功能的基礎(chǔ)上，為掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行提供理論與實(shí)踐基礎(chǔ)，也為掘進(jìn)機(jī)模態(tài)化的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提供更多借鑒依據(jù)，以期降低故障發(fā)生率，為企業(yè)贏得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 PLVC可編程控制器

PLVC可編程控制器主要結(jié)合了液壓伺服閥與傳統(tǒng)PLC電氣控制器，可以控制復(fù)雜液壓系統(tǒng)電磁閥，完成系統(tǒng)預(yù)設(shè)的壓力控制動(dòng)作，保證液壓系統(tǒng)的速度與加速度。同時(shí)，PLVC控制器可以連接各種比例伺服電磁閥與模擬數(shù)字系統(tǒng)，以控制液壓系統(tǒng)[3]。PLVC控制器模塊化設(shè)計(jì)比較靈活，具備較高的開放性，可以在結(jié)合擴(kuò)展模塊與基本模塊的基礎(chǔ)上，靈活診斷整體液壓系統(tǒng)，保護(hù)電壓。在使用期間，工作人員可以根據(jù)控制器參數(shù)，結(jié)合實(shí)際需求，采用多種總線連接方式，以保證控制效果。

PLVC屬于閥用可編程控制器，可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，控制加速度與速度。具體而言，PLVC控制器主要具備以下幾方面特點(diǎn)。

（1）經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)計(jì)開放現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)盡量降低設(shè)計(jì)成本[4]，PLVC控制器結(jié)合了液壓控制與電氣控制功能，通過多控制手段降低了設(shè)計(jì)成本，具備較高的經(jīng)濟(jì)性。

（2）易于操作。PLVC控制器的編程語言比較靈活，可以為用戶提供友好的人機(jī)界面，用戶初次接觸也可以根據(jù)提示完成液壓參數(shù)設(shè)計(jì)工作。且PLVC控制器還可以自行編寫控制程序，保證了用戶操作的便捷性。

（3）安全可靠。PLVC可以利用總線替代一對(duì)一的I/O連線，減少了連接點(diǎn)數(shù)量，保證了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。PLVC控制器根據(jù)IEC61131－3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃功能，并設(shè)定觸點(diǎn)規(guī)劃LD語言、結(jié)構(gòu)文本以及友好人機(jī)對(duì)話截面，以便于監(jiān)控故障，自由編寫控制程序，避免短路問題的發(fā)生。

此外，PLVC控制器還具備自診斷、抗沖擊、電磁兼容等功能[5]。

2 煤礦掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)

煤礦掘進(jìn)機(jī)總控制器為PLVC控制器，結(jié)合了掘進(jìn)機(jī)的液壓與電氣控制系統(tǒng)，使用DC24 V控制電源，基本模塊配備3路數(shù)字量輸入、4路數(shù)字量輸入等，其中控制器的輸出模塊可以直接控制液壓系統(tǒng)比例電磁閥中的開關(guān)量，也可以控制液壓系統(tǒng)中的電磁閥開關(guān)。在系統(tǒng)控制過程中，最大驅(qū)動(dòng)電流為2 200 mA，保證了電磁閥控制的便捷性。煤礦掘進(jìn)機(jī)最為主要的控制設(shè)備便是PLVC控制器，為了實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的整體控制，應(yīng)選擇2臺(tái)PLVC控制器作為主站與從站。其中，主站PLVC控制器主要驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，并根據(jù)速度需要，精確調(diào)節(jié)比例電磁閥，比如掘進(jìn)機(jī)行走與回轉(zhuǎn)、掘進(jìn)機(jī)切割臂升降控制等；另一臺(tái)PLVC控制器作為從站，可以控制掘進(jìn)機(jī)星輪旋轉(zhuǎn)。且掘進(jìn)機(jī)操作站還可以使用安全性操作站，改變電控箱與操作站之間的連接方式，采用合理的通信模式，最大程度的減少掘進(jìn)機(jī)控制站體積，縮短電控箱與掘進(jìn)機(jī)操作站距離，保證便于維修掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)[6]。

煤礦掘進(jìn)機(jī)操作站會(huì)主要以文本形式顯示掘進(jìn)機(jī)報(bào)警與故障問題、掘進(jìn)機(jī)當(dāng)前動(dòng)作與最后一次動(dòng)作以及傳感器的運(yùn)行狀態(tài)等。煤礦掘進(jìn)機(jī)的工作電壓為660 V與1 140 V，其中，PLVC控制器與漏電模塊采用內(nèi)部通信相連接，根據(jù)控制系統(tǒng)的狀態(tài)確定開啟或關(guān)閉漏電閉鎖功能，切換上述2個(gè)電壓。當(dāng)系統(tǒng)檢測發(fā)現(xiàn)存在漏電問題時(shí)，應(yīng)立即閉鎖系統(tǒng)。具體PLVC控制系統(tǒng)功能如圖1所示。

圖1 PLVC控制系統(tǒng)功能

3 PLVC控制器在煤礦掘進(jìn)機(jī)中應(yīng)用

作為煤礦井下開采的關(guān)鍵設(shè)備，掘進(jìn)機(jī)主要用于開鑿巷道，且包括護(hù)盾式與開敞式2種類型。掘進(jìn)機(jī)主要包括工作機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)以及裝載、轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)等部分。電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)均屬于掘進(jìn)機(jī)的組成部分，當(dāng)某個(gè)零件出現(xiàn)問題時(shí)會(huì)直接影響掘進(jìn)作業(yè)進(jìn)行。為了降低故障問題的發(fā)生幾率，提高整機(jī)性能，工作人員應(yīng)在掘進(jìn)機(jī)中應(yīng)用PLVC控制器，保證設(shè)備的正常運(yùn)行[7]。

3.1 控制器組成

PLVC屬于煤礦井下掘進(jìn)機(jī)的核心組成部分，也屬于主控制器，其供電電源為DC24 V，具備3路數(shù)字量輸入與4路模擬量輸入，在不配置放大器的前提下，可以直接驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵。具體而言，PLVC控制器包括主控器與安全柵2個(gè)組成部分。一是主控制器，設(shè)計(jì)主站與從站，驅(qū)動(dòng)需要調(diào)節(jié)速度的電磁閥，完成行走、回轉(zhuǎn)以及升降等動(dòng)作；而從站則完成運(yùn)輸、驅(qū)動(dòng)星輪以及轉(zhuǎn)載正反轉(zhuǎn)等動(dòng)作。二是安全柵，在巷道內(nèi)場所安置，作為非本質(zhì)安全型與安全型設(shè)備的連接設(shè)備，將設(shè)備能量設(shè)定在安全范圍內(nèi)，最大程度的保證工作人員和現(xiàn)場設(shè)備的安全性，確保生產(chǎn)作業(yè)順利進(jìn)行[8]。

3.2 控制器工作原理

煤礦掘進(jìn)機(jī)中PLVC控制器工作原理主要為，2個(gè)PLVC控制器控制掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)中比例伺服閥驅(qū)動(dòng)，利用CAN總線連接，保證兩者間通信，且利用開關(guān)量輸出控制掘進(jìn)機(jī)的切割臂動(dòng)作。在掘進(jìn)機(jī)的控制電柜中放置電氣控制器，在控制電柜的外部放置掘進(jìn)機(jī)的操作臺(tái)。對(duì)此，為了充分保護(hù)現(xiàn)場設(shè)備與工作人員，應(yīng)利用安全柵，將竄入現(xiàn)場本安設(shè)備的能量控制在安全范圍內(nèi)。掘進(jìn)機(jī)操作人員可以利用操作站控制掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行，并利用安全柵、RS－485通信線以及RS－485/RS－232之間的轉(zhuǎn)換器進(jìn)入PLVC控制系統(tǒng)，并在主控制器中輸入各種傳感器檢測到的信號(hào)，保證整體監(jiān)控煤礦掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 主要功能模塊

（1）操作站模塊

使用本質(zhì)安全型操作站可以縮小操作空間，保證電控箱與操作站連接的便捷性，在降低掘進(jìn)機(jī)高度的基礎(chǔ)上，減少連線，完成系統(tǒng)的維護(hù)工作。在運(yùn)行過程中，操作站顯示面會(huì)出現(xiàn)以下內(nèi)容：報(bào)警文本、掘進(jìn)機(jī)機(jī)型、故障情況、當(dāng)前時(shí)間、掘進(jìn)機(jī)當(dāng)前動(dòng)作、掘進(jìn)機(jī)最后一次動(dòng)作、傳感器數(shù)據(jù)以及電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)等。除此之外，操作站還可以分析、顯示停機(jī)原因與電動(dòng)機(jī)故障代碼，為操作與維修人員提供更多參考，保證快速處理故障問題。

（2）漏電監(jiān)測模塊

煤礦井下巷道掘進(jìn)機(jī)的工作電壓分別為660 V與1 140 V，且2種電壓的漏電閉鎖值并不相同。對(duì)此，應(yīng)將漏電檢測模塊設(shè)置至PLVC控制器中。通過試驗(yàn)可知，當(dāng)處于660 V電壓等級(jí)時(shí)，動(dòng)作值為22Ω，返回值33Ω；當(dāng)處于1 140 V電壓等級(jí)時(shí)，動(dòng)作值則為40Ω，返回值為60Ω。且PLVC控制器與檢測模塊采用通信連接方式，根據(jù)控制系統(tǒng)狀態(tài)PLVC決定漏電閉鎖啟閉，并切換電壓等級(jí)。為了避免模塊出現(xiàn)高壓侵入，PLVC控制器應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測漏電檢測狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)回路故障與通信異常情況時(shí)，應(yīng)立即閉鎖電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，保證掘進(jìn)作業(yè)的順利進(jìn)行。

3.4 PLVC軟件設(shè)計(jì)

PLVC控制器程序編輯語言為STL語言，以此保證短路檢測、比例閥連接斷線等功能的實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)通信模式為操作站傳遞信息并顯示。同時(shí)，還應(yīng)通過終端配置軟件，完成主要通道輸出電流最大值的升降時(shí)間、通信速度以及CAN地址等配置，并下載保存配置數(shù)據(jù)，以便快速實(shí)現(xiàn)出廠化配置。

4 結(jié)束語

本文分析了PLVC控制器在煤礦掘進(jìn)設(shè)備中的應(yīng)用，通過設(shè)計(jì)操作站模塊、漏電檢測模塊以及軟件設(shè)計(jì)模塊，保證了掘進(jìn)設(shè)備的可操作性與經(jīng)濟(jì)性，保證鼓掌問題及時(shí)預(yù)警，制定可行的解決方案。通過設(shè)計(jì)操作站模塊，可以及時(shí)顯示停機(jī)原因與電動(dòng)機(jī)故障代碼，為操作與維護(hù)人員提供參考依據(jù)；通過漏電監(jiān)測模塊，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)回路中的故障與通信異常問題，保證閉鎖電機(jī)及時(shí)啟動(dòng)；而PLVC軟件設(shè)計(jì)可以為操作站傳遞信息，快速實(shí)現(xiàn)出廠化配置，在保證開采工作順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。