摘要：采煤机控制系统的主要作用是控制矿井内人和物料出入，是煤矿系统最为核心的单元。为了保证系统稳定运行，保护人身安全和财产安全，本文提出一种基于PLC的采煤机控制系统设计。给出系统实现方案、PLC选型建模、主回路等设计。并对上位机监控系统功能进行分析，完成故障远程显示，实现采煤机系统的智能化设计。本设计可以有效提高系统安全性，具有非常好的理论指导和实际应用价值。
关键词：PLC；采煤机；智能控制；电控系统；远程显示
引言
我国采煤矿井控制系统中，很多采用的仍然是传统的交流提升机电控系统，也被称为TKD电控系统。控制系统在速度调节上，采用接触器控制转子串电阻的方式，完成速度的调整。这种方案虽然已经成熟，被广泛使用，但自动化和智能化水平不高，而且接线较为复杂。一旦其中某个电气元气件出现损坏，排查难度高，维修工作量大，造成系统整体性故障时有发生。PLC是可编程逻辑控制器，具有使用简单、系统集成度高、模块化编程灵活、系统运算速度比较快、模块可靠性好等优点。将其应用在采煤机控制系统中，可以很好实现系统的智能化控制，减少运维人员的工作量，提高采煤系统现代化管理水平，保证系统安全稳定运行。
1.PLC控制器者简
本设计采用PLC作为系统控制核心，PLC可以通过编程语言，对各功能模块的逻辑进行建模，通过全数字控制指令实现采煤机系统的智能控制。设计选择西门公司S7-400系列的PLC作为核心控制单元。主要核心功能模块包括电源板、CPU模块、计数模板模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入检测模块、模拟量输出模块。可以实现采煤机系统的信号采集、信号处理、数据传输、信号计算、系统控制、制动保护等。对下可以完成信号采集、信号处理、行程控制。对上可以实现数据传输、指令接收、智能监控，保证采煤机安全稳定运行。
2.智能控制系统设计与实现
(1)基于PLC的采煤机系统总体结构
基于PLC是采煤机智能控制系统，通过传感器采集现场设备状态信息，然后通过控制系统，实现对提升机的智能控制。整个系统包括电流电压监测单元、电源柜、控制监控系统、操作台、PLC控制单元、换向器、加速接触器、可调闸制动、信号检测、提升机、紧急制动器、卷筒等。具体结构如图1所示。通过检测电流、电压、转速等信号，对采煤系统运行状态进行判断，根据当前操作指令，通过控制换向器、加速器、制动系统等对提升机进行控制。PLC采集的数据送到控制监控系统进行显示。工作人员通过显示系统，就能对采煤机当前运行状态进行获取，实现自动化和智能化控制。
(2)电气传动系统设计
电气传动系统是比较重要的组成单元，本设计基于PLC的采煤机智能控制系统采用并联脉动电枢可逆方案，对系统实行恒磁传动控制。特点是采用晶闸管直流驱动，实现全数字控制，有效减少交流信号对系统产生的影响，提高传动系统运行可靠性。电气传动总体框图如图2所示。从图2可知，电气传动系统是由两组电枢可逆整流电路并联组成。通过两台整流变压器给系统提供电源，利用平衡电抗器平衡整流电压，保证两台变流装置电流平衡。
(3)主回路方案
基于PLC的采煤机智能控制系统，主回路方案采用主传动交交变频全数字矢量控制策略。系统组成上包括定子功率柜单元、励磁柜单元、交交变频控制柜单元、同步电动机单元组成。其中定子功率柜单元包括高压断路器单元、整流变压器单元、三相交-交变频控制柜单元、交流同步电机单元组成。其中每台同步电机由6脉波传动系统构成。主回路方案如图3所示。从图3可知，最上面单元是6脉波交交变频器，中间单元是12脉波同步电机，最下方是整流变压器。主回路方案设计可以有效减少电网的谐波干扰，保证系统稳定运行。
(4)程序实现方案
程序是系统的核心单元，完成硬件逻辑的驱动和控制方案设计后，要对软件程序方案进行设计，设备上电运行后，首先进行程序初始化操作，完成各个寄存器和参数配置后，为了保证系统运行正常，进入自检程序，对各个功能单元进行自检验证。如果自检异常，此时系统封锁输出，同时进行声光报警，提示运维人员立即进行故障排查和处理。自检正常，进入初始位置检测单元，对当前运行状态进行判断，最后显示当前时间位置。然后进入程序速度控制程序，判断当前速度，接着对过载、过卷等进行判断，最后判断是否有停止操作。
3.上位机监控系统设计
在完成PLC智能监测系统下位机单元方案后，对上位机监控系统功能进行设计。上位机监控系统主要是对下位机单元数据接收、存储，并通过显示单元进行实时显示，同时支持远程控制和一键制动操作。PLC单元选择西门子公司的S7-400系列PLC，在于上位机监控系统通信上采用PROFFIBUS总线连接方式。这种连接方式支持多点总线连接，减少系统设备之间的信号走线，提高系统可靠性和安全性。上位机监控系统网络拓扑结构如图4所示。
4.总结
本设计是基于PLC的采煤智能控制系统设计，在传统控制系统基础上，选择PLC作为系统控制核心，替代传统的交流提升机电控系统。PLC选择西门子公司S7-400系列产品。本设计给出了PLC选型，并对选择型号PLC功能进行论述。对基于PLC的采煤机系统总体结构进行设计，并对不同组成单元功能进行分析。给出主回路设计方案和电气传动系统设计方案。最后对上位机系统方案进行设计，给出系统拓扑结构。本设计可以有效减少系统干扰，控制更加灵活。对保证采煤机系统安全稳定运行具有重大的意义。
作者:和学军 单位:山西陵川崇安南营河煤业有限公司