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PLC在交流电牵引采煤机电气控制系统中的应用


作者:赵奇
摘要:
交流电牵引采煤机是现代化矿井实现高产高效的关键设备之一。其电气设备控制系统的先进性和可靠性对保证采煤机的整机性能及提高其可靠性都有着极其重要的影响。本文将就PLC的结构特征、工作原理以及电牵引采煤机和可编程控制器的应用电牵引采煤机和可编程控制器的应用进行探讨。
关键字:PLC、采煤机、工作原理、控制系统
一、PLC的结构特征以及应用
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
其基本构成为:
1、电源
可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此,可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
2、中央处理单元
中央处理单元是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性,对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。
3、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
4、输入输出接口电路
现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路,作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
5、功能模块、如计数、定位等功能模块。
通信模块、当可编程逻辑控制器投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
输入采样阶段,在输入采样阶段,可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
用户程序执行阶段,在用户程序执行阶段,可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,当扫描用户程序结束后,可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。
二、应用特点
1.使用方便,编程简单
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言,而无需计算机知识,因此系统开发周期短,现场调试容易。另外,可在线修改程序,改变控制方案而不拆动硬件。
2.功能强,性能价格比高
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件,有很强的功能,可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比,具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网,实现分散控制,集中管理。
3.硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力,可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后,可以通过修改用户程序,方便快速地适应工艺条件的变化。
4.可靠性高,抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器,由于触点接触不良,容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件,接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场,PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
5.系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律,很容易掌握。对于复杂的控制系统,设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试,输入信号用小开关来模拟,通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后,在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决,系统的调试时间比继电器系统少得多。
PLC的故障率很低,且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时,可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因,用更换模块的方法可以迅速地排除故障。维修工作量小,维修方便。
三、电牵引采煤机的现状
电牵引采煤机的调速方式分为滑差调速、开关磁阻调速、变频调速和PLC控制调速等几种方式,在使用过程,滑差调速和开关磁阻调速存在接线复杂、不方便检修、可靠性灵活性差、容易出现误动作等问题,而变频调速的自身散热问题一直制约它的发展。在变频器机载式交流电牵引采煤机中,电控系统要实现的操作、控制和保护等功能,主要有:(1)根据采煤工艺和采煤机司机的操作要求,控制主机启动和停止,牵引送电/断电、牵引换向和牵引速度控制;(2)为方便司机对采煤机进行控制,设置有中间控制箱面板、机身端头控制站和无线电遥控3种操作方式,以便自由选择(3)实现截割电机的恒功率自动控制和重载自动反向牵引;(4)对截割和牵引电机进行过电流及温度保护,包括:4台电机电流反时限继电保护;电机堵转瞬动保护;高温运行时,自动调整保护整定值;电机过热报警和断电保护。
电牵引采煤机具有牵引功率大,能适应大倾角煤层开采的需要;能轻易实现遥控,,牵引实现无级调速;采煤机控制、操作可靠方便;先进的全中文显示界面,提供操作步骤的提示,实时显示截割电机的功率和温度、采煤机的牵引给定速度等工作参数。节能降耗,环保等优点。
四、电控系统常见故障分析及处理
电控系统常见故障分析及处理发动机电控系统其结构的层次性、复杂性,其控制功能的集中性,导致其故障表现形式的多样性、复杂性。
1、多维层次性、对电控发动机而言,其故障可划分为电控系、起动系、点火系、冷却系及机械系等子系统,子系统又由各部件与元件构成。同样,其按功能也可划分为若干个层级。因而发动机电控系统的故障原因与故障征兆也相应与不同的结构层级、功能层级以及传感器测点类相关联。
2、传播性、发动机电控系统故障传播方式有两种:横向传播,例如电控系系统内某一传感器故障可引起电控系内其它传感器功能失常或失效;纵向传播,即由元件的故障相继引起部件故障子系统故障系统故障。因此微小的故障如不及时发现和排除会造成严重的后果。
3、相关性、某一故障可能对应若干征兆;某一征兆也可能对应若干故障。它们之间存在着错综复杂的关系。
4、时间性、发动机电控系统故障产生与表现常常与时间有关,这是由于发动机运转的动态性所决定的,如间歇性故障。
5、放射性某一部位的故障可能引起其它部件出现异常,例如发动机抖动的故障中有时仅因为一个轴承的故障引起,而该轴承的故障导致其它轴承的震动增大,而该轴承本身变化反而不明显。
6、模糊性故障和征兆信息的随机性,模糊性及某些信息的不确定性,组成了故障信息的不确定性。针对电控发动机的特点及对发动机电控系统的常见故障分析,如怠速不稳、起动困难、动力不足等,使我们明确了如果要进行汽车故障诊断专家系统开发,就要建立基于汽车故障码诊断和故障现象诊断的故障诊断专家系统。
结语:
PLC改造电控系统安装配线简单、调试容易,免却了故障率高、维护麻烦的缺点,经过在井下工业性试验,证实其工作效率高,牵引力大;性能可靠,运行平稳,使采煤机效率大大提高,我们要不断开发完善提高采煤效率和安全性。
参考文献
[1] 邱锦波,刘振坚,芮国洪等.PLC在交流电牵引采煤机电气控制系统中的应用[J].煤矿自动化,2000,(2):23-25.
[2] 陈明生.PLC在交流电牵引采煤机电气控制系统中的应用[J].山东煤炭科技,2014,(7):96-97.[3] 刘冬梅.PLC在交流电牵引采煤机电气控制系统中的应用[J].制造业自动化,2012,34(12):130-132.