摘 要：由于PLC技術的控制能力優(yōu)良，能夠顯著適應采煤機的控制要，提供安全穩(wěn)定的技術控制，確保對采煤機控制的精準化。基于此，本文設計一套完整的采煤機的自動調高控制系統(tǒng)，并對PLC技術在采煤機控制系統(tǒng)中的應用進行重點分析，通過實驗平臺對控制效果加以印證。具體內容包括采煤機系統(tǒng)自動調高設計、PLC控制系統(tǒng)及監(jiān)控設計等。

關鍵詞：PLC采煤機；調高；控制；系統(tǒng)

中圖分類號：TD632.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0244-02

引 言

作為我國重要資源之一的煤炭，在開采過程中離不開對采煤機的連續(xù)使用。采煤機的運行效率與煤礦開采的效息息相關。在連續(xù)使用采煤機的過程中，如何通過自動調節(jié)控制系統(tǒng)提高采煤機的工作效率已成為值得關注的問題。為確保采煤機的安全有效運行，增強采煤機的工作效率，最大化地使采煤機的運行環(huán)境得到優(yōu)化從而降低開采難度，針對這一問題，學者和科研人員進行了廣泛研究，提出了基于PID開關閥控液壓缸的采煤機滾筒自動調高控制系統(tǒng)、基于記憶切割的采煤機自動調高預見控制系統(tǒng)等方式，這些方法實現(xiàn)起來比較復雜且具有相對滯后性。在前人研究的基礎上，本文研究了基于PLC的采煤機自動調高控制系統(tǒng)，該方法易于操作且具有相當穩(wěn)定性，應經在實踐中得到了驗證。

1 采煤機自動調高系統(tǒng)設計

采煤機在實際生產過程中，一般需要借助于滾簡切割煤壁對煤礦井下的煤炭實施開采。如此一來，要想實現(xiàn)采煤的高產、高效，就要實現(xiàn)對采煤機滾簡自動調高的有效控制，以免由于手動操作的精準性問題從而引發(fā)筒損壞以和相關的資源浪費等問題。對于采煤機滾簡自動調高控制實際上就是控制相應的液壓伺服系統(tǒng)，使之適應采煤機的機械結構與液壓調高系統(tǒng)。要求相互嚙合的齒輪可以通過接觸和彎曲強度校核計算，合理選用軸及軸承且軸及軸承通過壽命測試、合理選擇內花鍵和外花鍵并通過強度測試、具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑等特性，液壓部分為控制采煤機滾筒的自動調高系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的實驗研究是在國家某科研院所實驗室進行的，通過液壓傳動實驗臺對系統(tǒng)開展軟硬件聯(lián)合模擬實驗。通常情況下該實驗的加載模式可以為手動模式，也可以為自動模式，通過手動模式和自動模式的聯(lián)合使用，得出液壓缸特性參數(shù)，而本文主要采取自動控制模式進行試驗，指標的選擇符合研究目的的要求。該系統(tǒng)的基本原理為，在往復運動的液壓系統(tǒng)回路控制中，由系統(tǒng)配電柜向變頻器及相應系統(tǒng)進行供電，電機運轉依靠變頻器帶動，主泵轉動則依靠電機帶動，實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的整體性供油。利用對比例先導減壓閥的控制，并在電壓調整的影響下，實現(xiàn)對液控換向閥的控制，形成對其的換向動作，當換向閥在左位工作時液壓油可經由液控換向閥，并進入到測試油缸的無桿腔。此過程中，在液壓油的影響下，測試油會向左偏移。在試驗臺的雙向加載回路中，事先為液壓壓力控制閥（溢流閥）設計一個壓力值范圍，對由電磁鐵直接產生推力直動式比例溢流閥的輸入信號予以控制，控制油壓在油缸內活塞兩端的壓力不平衡從而實現(xiàn)對液壓缸的模擬加載。因為加載油缸右段位于承受系統(tǒng)高壓的高壓腔，故通過適當?shù)目刂拼胧┘纯墒挂簤河徒泦蜗蜷y組再次返回油箱內。在液壓系統(tǒng)補油回路內，通過適當?shù)目刂拼胧┦挂簤河徒洔p壓閥，通過單向閥組進入加載油缸左端，也就是加載油缸低壓腔位置，實現(xiàn)對系統(tǒng)油量的補足。液控方向閥在右側時，系統(tǒng)的正常運行回路和補油回路與上文基本一致，僅是方向相反，形成一閉合回路。

實驗平臺中設有位移傳感器、壓力傳感器等設備，通過各個實驗步驟，會采集到一些系統(tǒng)運行的各種時時數(shù)據(jù)，且把數(shù)據(jù)上載至上位機進行顯示并將數(shù)據(jù)采取不同的存儲方式分別存儲，以利于后續(xù)進行數(shù)據(jù)匯總分析。

合理設計實驗流程以及具體的實驗細節(jié)，通過實驗室平臺實現(xiàn)對采煤機調高系統(tǒng)的自動控制，本系統(tǒng)的基本功能主要包括：①完成仿真系統(tǒng)模擬，實戰(zhàn)性較強。本實驗平可以實現(xiàn)比例溢流閥流量加載，按照例溢流閥輸入信號實現(xiàn)對溢流壓力的整定，能快速控制并反應實時的油壓值，從實現(xiàn)對加載力值的有效、迅速調節(jié)。②實驗平臺可實現(xiàn)自動控制移位進給。對先導式可調式減壓閥予以調節(jié)，并設定減壓閥的壓力梯度來保證順利操作，實現(xiàn)對液控方向閥的閉合操作。③實驗平臺有相對完備、有效的信息收集功能。結合對位移傳感器、壓力傳感器等設備實時運行數(shù)據(jù)的檢測、加載油缸及測試油缸運動方向和壓力變化狀況等相應信息上傳至上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、分析、存儲等。④實驗平臺采用變頻裝置。當需要對調節(jié)液壓缸位置進行調整時，可采取調整變頻器出頻率值的方式來對電機轉動速度予以調節(jié)，從而使系統(tǒng)流量得到控制，實現(xiàn)調節(jié)位置的功能。

2 PLC控制系統(tǒng)及監(jiān)控設計

2.1 PLC系統(tǒng)設計

PLC控制系統(tǒng)的設計一般是通過對采煤機電氣控制裝置的選型設計、及安裝調試以及對PLC控制流程進行必要、科學設計，達到采煤機的自動調高目的。針對電氣控制裝置的選型設計一般是指對變頻器及各類傳感器的選型。

選用ABB公司ACS800系列的ACS800-01-0070-3+P901型變頻器，輸入額定電壓380V，頻率調節(jié)在0～50Hz之間，配套功率電機額定功率為55kW，它的控制率最高為97%位移傳感器選擇磁致仲縮線性位移傳感器，其型號為KYDM-LP1A4210-GB1200M1HB-WO，量程為0～1200mm，測量精度高達±0.01；壓力傳感器選擇目前常見的且?guī)в袎毫Ρ肀P的壓力傳感器，其型號CYG1103型，壓力量程為0～40MPa，測量精度為±0.25%，符合要求。

PLC技術在采煤機控制系統(tǒng)中的功能主要包括：①檢測電源、發(fā)布啟動命令，各類傳感器收集到實時信號后，促進采煤機的指定動作。②利用變頻器實現(xiàn)變頻調速，完成采煤機的自動調速過程。在這個過程中，PLC可以對電機轉速進行主動檢測，并依據(jù)電流狀態(tài)分析出電動機的實際運行速度。③自動、有效檢測電機的運行工況，尤其是絕緣安全狀態(tài)。如果電機有絕緣風險，就會發(fā)出警報。PLC通過對電流信號（4～20m）或電壓信號（0-5VDC或者0-10VDC）的A/D轉換，實現(xiàn)對應數(shù)值在上位機的存儲與顯示。由此可見，對變頻器的頻率的控制、對比例先導減壓閥的控制，數(shù)據(jù)的存儲與顯示等都需要PLC的參與，可以認為PLC在控制系統(tǒng)中起到中樞神經的作用。

2.2 軟件系統(tǒng)設計

軟件設計應遵循功能需求，以采煤機的自動調高為軟件控制的目的。設計的軟件系統(tǒng)應事先采煤機控制系統(tǒng)在啟動變頻器后可以依據(jù)指令進行檢測，實現(xiàn)對應的控制操作過程，從而精準調節(jié)電機運行，實現(xiàn)速度加快、速度放慢等各項操作。通過PLC技術的軟件還可實現(xiàn)對采煤機內部程序的控制，自動控制電機轉動速度，如發(fā)現(xiàn)采煤機截割電機電流超限后，機會發(fā)出警報，從而降低電機速度，避免過載風險。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)設計

自動調高監(jiān)控系統(tǒng)可分為設備層、控制層和信息層三層。監(jiān)控層主要是指組態(tài)畫面，控制層包括PLC、開關量模塊D/A、A/D等，設備層包括電機、溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器、液壓缸等。其各要次系統(tǒng)結構如圖1所示。

3 結 語

本文針對采煤機的自動調高控制系統(tǒng)，借助實驗平臺進行了模擬操作，對PLC技術的控制方式和實現(xiàn)技術進行了系統(tǒng)分析，試驗得到了預期效果，對相關同類工程可以起到借鑒作用，可以為進一步提升采煤機控制的效率和準確性提供理論參考和實踐指導。

參考文獻

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[3]丁文凱.基于PLC的采煤機自動調高控制系統(tǒng)研究[J].機械管理開發(fā)，2015（04）.

收稿日期：2018-7-20

作者簡介：趙 勇（1982-），男，陜西宜君人，工程師，碩士，主要從事電氣技術工作。

姚 穩(wěn)（1967-），男，山西稷山人，工程師，大專，主要從事電氣技術工作。