基于plc掘进机控制系统的研究

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1、基于PLC掘进机控制系统的研究　　一、掘进机器人主要机构介绍　　掘进机器人主要由截割机构、装运机构和行走机构以及电气、液压控制系统以及冷却除尘系统共同组成。　　截割机构主要由截割头、悬臂段、截割减速器和截割电动机组成。截割机构工作时，截割电机经减速器驱动截割头旋转，利用截齿破碎煤岩。伸缩液压缸提供截割头的纵向推动力。截割机构铰接于回转台上，并借助于升降液压缸和两个回转液压缸，实现截割机构的升降和回转运动。　　装运机构主要包括装载部和运输部，起主要作用是将截割机构分离和破碎的物料集中装载到运输机构上去，并通过后配套的转载机将物料运出巷道。装载部主要由产板和左右对称的星轮组成。运输

2、部可采用低速大转矩液压马达直接驱动。　　掘进机器人采用轮式行走机构，行走机构用来实现机器人的调动和牵引转载机，根据工作和调动速度大小的不同，行走机构应该具有多种行走速度。　　电气系统向机器提供动力，并且可以驱动和控制掘进机器人中的所有电机、电控装置和照明装置等，而且可以实现电气保护，本机应用PLC控制电气控制回路。　　掘进机器人除了截割头由电机驱动外，其余动作均由液压马达驱动。液压系统主要由泵站、控制阀组、驱动马达、液压缸及辅助液压元件组成。4　　二、掘进机器人电控系统的组成　　掘进机器人的电控系统主要由隔爆兼本质安全型电控箱、操作箱、工作机构的各电机组、隔爆型蜂鸣器、隔爆型机

3、车照明组、隔爆型控制按钮、瓦斯断电仪等组成。电控系统与液压系统的配合，以实现整机的运作。其系统框图如图1。　　三、控制方案的设计　　PLC（可编程控制器）是以微型计算机技术为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器―接触器控制技术与计算机程序控制技术、通信技术有机地结合为一体，具有功能强大、环境适应能力强、编程简单易学、与控制系统兼容性高等诸多优点。并且已经广泛的应用于各种工业控制中。由此可见，采用PLC作为掘进机器人的控制核心，能够取得良好的控制效果。　　四、控制回路　　掘进机器人的控制回路可以实现如下的功能：　　1、各电机组的起停；　　2、各液压阀组的动作；　　3、报警蜂鸣

4、器的起停；　　4、照明设备的起停等。　　五、保护回路4　　掘进机器人控制系统采用了多种检测传感器，包括瓦斯传感器，油温、液位传感器，冷却水量传感器等。瓦斯传感器检测井下瓦斯是否超标，油温、液位传感器防止油路温度过高和液压系统油量过低损坏液压元件，冷却水量传感器确保截割电机冷却水量达到电机冷却的标准，避免电机绕组温度绝缘老化。　　六、掘进机器人控制系统的PLC程序设计　　1、PLC控制系统的设计流程　　PLC控制系统的设计流程的具体步骤主要有：　　（1）分析被控对象，明确控制要求；　　（2）确定所需要的PLC机型，以及用户输入/输出设备，基于此确定PLC的IO点数；　　（3）分配

5、PLC的输入/输出点地址；　　（4）设计PLC的硬件和软件，可同时进行；　　（5）进行总装统调；　　（6）修改或调整硬件的设计，投入实际使用；　　（7）技术文件整理。　　PLC控制系统的设计流程图如图2所示。　　2、PLC的选型及IO口分配　　经过对掘进机器人控制系统的分析，决定选用三菱FX2N系列PLC。FX2N系列PLC是三菱FX系列PLC中性能最高、功能最强的产品，可以适用于大多数单击控制或简单网络控制，它应用了高性能的CPU，CPU的运算速度和运算性能更强，其基本逻辑指令执行时间为0.08μ4s，应用指令执行时间只有每条3.7～几百微秒；FX2N系列PLC还设有传送、移

6、位、求补、代码转换、浮点运算能力，性能更加完善。FXN系列PLC基本单元有16/32/48/64/80/128共6种规格，基本单元PLC电源类型可分为AC电源输入和DC电源输入〔3〕；根据输出类型的不同，可分为晶体管输出、双向晶闸管输出（FX2N-16、FX2N-128无此产品）、继电器输出。在PLC通信方面，在CC-Link、CC-Link/LT、MELSEC-I/OLink、AS-i网络基础上，还增加了M-NET网络通信功能。FX2N系列PLC还增加了大量的特殊功能模块，主要包括：高速计数、脉冲输出、定位、温度测量和调节模块（A/D转换模块）等。　　根据对掘进机器人控制系统

7、的分析，选择PLC的基本单元的型号为FX2N-128MR。另外PLC需要一块FX2N-485-BD通信模板，用来对变频器进行通信控制；还需要一块FX2N-2AD模拟量输入模块，用于对进机体仰俯角和横滚角传感器信号的读取。　　3、掘进机器人控制程序设计　　掘进机器人主回路控制系统的程序流程图如图3所示。　　参考文献：　　〔1〕胡学林，可编程控制器原理及应用，科学出版社，2007，1：2-3.　　〔2〕史国生，电气控制与可编程控制器技术，化学工业出版社，2004，2：2-3.　　〔3〕宫淑贞，可