摘 要：PLC以模塊化的組合結(jié)構(gòu)為主，增加了系統(tǒng)靈便性，并且具有可靠性和抗干擾方面的優(yōu)勢。它已經(jīng)被普遍應(yīng)用到機械設(shè)備數(shù)字控制、機器人、自動裝置控制以及多級自動控制系統(tǒng)中。近年來，PLC技術(shù)在煤礦變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中應(yīng)用比較普遍。該技術(shù)比較簡單，操作簡便，很大程度上提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。本文著重對PLC技術(shù)在煤礦綜合機械化掘進機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進行分析，以期從根本上提高它的整體應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：煤礦；變頻調(diào)速控制系統(tǒng)；PLC技術(shù)應(yīng)用研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.038

1 前言

昊華高家梁煤礦位于鄂爾多斯萬利礦區(qū)南部，礦井井下使用綜掘機配合全液壓錨索錨桿鉆車進行掘進，綜掘機為煤炭科學(xué)研究總院山西煤機裝備有限公司生產(chǎn)的EBZ220TY型。因井下煤層局部地區(qū)較為復(fù)雜，使得掘進機的截割頭處于復(fù)雜的工作狀態(tài)，且負(fù)載變化速率比較快。操作人員一般將掘進機的負(fù)載載荷和載各電機電流變化作為重要的調(diào)速控制指標(biāo)，嚴(yán)重影響了掘進機的工作效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，無法達(dá)到良好的應(yīng)用效果。技術(shù)人員要將PLC作為控制核心，應(yīng)用模糊控制方法實現(xiàn)系統(tǒng)PID參數(shù)的在線自整定，對掘進機進行變頻調(diào)速，以實現(xiàn)系統(tǒng)對非預(yù)見性擾動和掘進機負(fù)載變化的有效控制。

2 恒功率變頻調(diào)速系統(tǒng)

2.1 原理

掘進機處于正常工作狀態(tài)，截割電機的轉(zhuǎn)矩和煤巖層硬度以及自身牽引速度呈現(xiàn)正相關(guān)。技術(shù)人員要對掘進機電動機的牽引速度進行控制，避免截割電機功率超出其額定功率。如果，掘進機截割電機負(fù)載比較小，要提升電動機牽引速度，為電動機提供一個高效、滿載的運行環(huán)境。技術(shù)人員要結(jié)合具體訴求，對掘進機電動機牽引速度進行實時監(jiān)控，確保掘進機接近額定功率，且處于滿載運行狀態(tài)。

2.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

PLC技術(shù)背景下，掘進機借助電流檢測裝置實現(xiàn)截割電機電流的實時采集，借助PLC模擬量采集擴展模塊，將采集到的模擬量電流信號傳遞給CPU，借助A/D轉(zhuǎn)換程序，對模擬量電流信號進行轉(zhuǎn)換，進而對電流偏差和偏差變化率進行計算。借助程序，在PLC中植入模糊控制規(guī)則，分別將電流偏差和偏差變化率與模糊規(guī)則表中的比較值進行比較，再借助PID模式進行運算，進而將模擬量控制信號輸入到變頻器中，并以此為介質(zhì)，對牽引電機速度進行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)掘進機截割[1]。

3 PID模糊控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 PID模糊控制器結(jié)構(gòu)

模糊控制器輸入為額定電流與檢測電流偏差和偏差變化率，借助模糊控制器，分別對其進行模糊，進而通過模糊推理和解模糊實現(xiàn)各項指標(biāo)的在線修改。進而確保系統(tǒng)為差異化的偏差和偏差變化率提供優(yōu)質(zhì)的控制參數(shù)，確保控制系統(tǒng)的動態(tài)性能和靜態(tài)性能兼?zhèn)洹?/p>

3.2 PLC模糊控制系統(tǒng)

參數(shù)自整定PID模糊控制原理是使各個參數(shù)值結(jié)合偏差和偏差率變化，進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。需要借助實際操作經(jīng)驗，制定完善的模糊控制規(guī)則，以確保不同偏差背景下，系統(tǒng)能夠快速進行自我調(diào)整，并實現(xiàn)最優(yōu)PID調(diào)節(jié)參數(shù)的輸出。結(jié)合實際操作經(jīng)驗，隨著偏差和偏差變化率的轉(zhuǎn)變，各項參數(shù)指標(biāo)也要滿足相應(yīng)的規(guī)則：

（1）當(dāng)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，偏差相對較大。應(yīng)采取較小的參數(shù)值，避免偏差的瞬時變化引起微分溢出。如果需要提高響應(yīng)曲線斜率，增加其響應(yīng)速度，可以選擇較大的參數(shù)值。加之，積分作用過強，會影響系統(tǒng)超調(diào)，可以選取比較小的參數(shù)，實現(xiàn)積分環(huán)節(jié)的有效控制。

（2）系統(tǒng)處于調(diào)整狀態(tài)，需要適當(dāng)縮小參數(shù)值，確保取值的適中性，并提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，對其超調(diào)量進行控制。同時，也要增加部分參數(shù)取值，進一步對系統(tǒng)超調(diào)量進行控制[2]。

（3）系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，無論是其偏差，還是偏差變化率都比較小。要對系統(tǒng)中的靜態(tài)誤差進行消除，以有效避免系統(tǒng)設(shè)定值附近存在輸出響應(yīng)振蕩。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，在參數(shù)值選擇過程中，遵循適中性原則。系統(tǒng)分別將偏差及偏差變化率作為輸入，將PID三個參數(shù)值作為輸出。操作人員要結(jié)合具體情況，對函數(shù)進行合理選擇，以達(dá)到良好的應(yīng)用效果。

針對模糊控制器的輸入變量偏差和偏差變化率，對其輸出變量和量化后的模糊子集進行確定。結(jié)合參數(shù)自整定PID模糊控制要求，對參數(shù)的具體模糊規(guī)則情況進行確定。

4 實驗與仿真結(jié)果分析

借助組態(tài)方式，對采集的電流信號進行處理，進而確定現(xiàn)場掘進機工作的實時電流曲線。對掘進機恒功率調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)自整定模糊PID控制系統(tǒng)模型進行構(gòu)建。模擬電流信號輸入為單位階躍響應(yīng)，A、B時間段，在系統(tǒng)中添加模擬截割煤，巖面硬化或者增加截割便利度。對系統(tǒng)是否能夠進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)進行分析。當(dāng)A處的截割頭截割煤巖面出現(xiàn)硬化，增加電流和電機負(fù)載。借助反饋電流和設(shè)定電流值對系統(tǒng)進行比較，通過偏差，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而增加轉(zhuǎn)矩，確保截割頭在額定功率背景下進行低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩運行。如果煤比較容易切割，無論是電機負(fù)載，還是工作電流都比較小，借助對系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)，對輸出脈沖進行有效控制，進而提高電機轉(zhuǎn)速，截割頭在額定功率背景下的截割狀態(tài)為高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩快速截割，以對掘進機截割頭恒功率進行有效控制[3]。

5 結(jié)語

煤礦開采過程中存在的安全隱患比較多?，F(xiàn)代化進程的加快和社會的快速發(fā)展，對煤礦開采提出了越來越高的要求。煤礦變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，對PIC技術(shù)進行應(yīng)用，能夠取得良好的應(yīng)用效果。PIC技術(shù)是一種新型技術(shù)，在煤礦開采中具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。傳統(tǒng)操作系統(tǒng)電能消耗比較大，開采效率也相對較低。而PIC技術(shù)不僅提高了煤礦開采效率，而且確保了其開采過程中的安全性和穩(wěn)定性。當(dāng)前，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙四海，胡于偉等.基于PLC的掘進機電控系統(tǒng)設(shè)計[J].工礦自動化，2013（08）：102-104.

[2]朱文忠.基于PLC的煤礦掘進機電控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計與實現(xiàn)[J].煤礦機械，2013（08）：269-270.

[3]趙亞陽.煤礦掘進機電控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計[J].技術(shù)與市場，2015（09）：200.