基于PLC和HMI的液压锚杆钻机变频调速控制系统改造

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1、2015年5月机床与液压Mav2015第43卷第10期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．43No．10DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2015．010．053基于PLC和HMI的液压锚杆钻机变频调速控制系统改造王晓瑜(西安航空学院电气学院，陕西西安710077)摘要：用西门子s7．200PLC、变频器和人机界面，对某型号液压锚杆钻机冲击回转电气控制系统进行改造。分析系统的控制原理，设计系统流程图及软件程序，给出改造后PLC端子接线图。运行结果证明：改造后控制系统工作可靠，操作方便直观，故障率低，提高了工效。关键词：锚杆钻机；PLC；变频器；HMI

2、中图分类号：TP29文献标志码：B文章编号：1001-3881(2015)10—172—3液压锚杆钻机是锚杆支护工程施工的关键设备之列PLC对其电气控制系统进行改造。一，影响着支护质量的好坏与支护速度的快慢。不同1液压锚杆钻机变频调速控制系统改进方案的支护工程应选择不同种类的锚杆钻机。目前，在煤图1所示为改造后液压锚杆钻机变频调速控制系巷矿道和岩土锚固工程施工中，普遍使用机载型液压统原理图，由一台PLC、一台变频器、压力传感器、锚杆钻机。但目前机载型液压锚杆钻机的电气控制系流量传感器、位移传感器和速度传感器、液压冲击单统，其逻辑为继电一接触器逻辑，存在电路复杂、可元、液压回转单元、液压冲击

3、器、主泵、马达、储能靠性差、故障诊断与排除困难、维修任务较大等缺罐等组成。点。为解决上述问题，采用西门子公司的s7．200系图1液压锚杆钻机变频调速控制系统原理图锚杆钻机工作时，回转单元和冲击单元皆由定量系统流量，冲击器部分装有压力传感器、位移传感器泵提供压力油。回转单元工作时，三位四通电磁换向和速度传感器，分别用来检测冲击系统油压、冲击活阀左位电磁铁得电或右位电磁铁得电工作，驱动锚杆塞的冲击位移和冲击速度。当系统工作时，各个传感钻机动力头正转钻进或反转钻进，中位时，各油路口器将检测到的信号(电压或电流信号)进行A／D转互通，液压泵卸荷，动力头停止回转钻进。冲击单元换，变成模拟量信号，并把

4、这些信号送给PLC，与控工作时，二位四通电磁换向阀左位电磁铁得电，驱动制系统设定的数值进行对比，进行PID运算。PLC根锚杆钻机冲击器进行钻孔，溢流阀配合使用调定系统据运算结果，将运算数据进行D／A转换，控制变频压力。定量泵出口的流量传感器用以测量泵出口处的器运转频率，提速或降速(由变频器的多段速控制)，收稿日期：2014—04—10基金项目：陕西省科技攻关项目(2011K10．18)；陕西省教育厅专项科研项目(09JK559)作者简介：王晓瑜(1974一)，女，博士研究生，高级工程师，从事机械电子工程教学与科研工作。E—mail：lshRtt@126．tom。第lO期王晓瑜：基于PLC和

5、HMI的液压锚杆钻机变频调速控制系统改造·173·从而控制液压泵转速，增加或减小液压泵的供油量。表1输入信号地址分配表流量大冲击器冲击频率高，冲击器中的活塞位移量小，冲击能小，说明岩石硬度不高，此时应输出较小冲击能：反之则说明岩石较坚硬且没有被破碎，应输出较大的冲击能以利于破碎，这样可提高凿岩效率。根据传感器的反馈信号，PLC对冲击器的旋转冲击进行实时调节，针对不同地层、工况，调整系统工作压力，实现锚杆钻机输出冲击能量、冲击频率及冲击位移的自动连续无级调节，以及三者之间的最优匹配。系统中增加了人机界面HMI。在人机界面里能显示系统的故障、工作状态及参数的设置，兼报警功能，同时可以向导式地对

6、系统进行操作，使得系统控制更加方便明了【1-2]。2硬件系统设计表2输出信号地址分配表2．1主机PLC的选择与设计功能元件地址控制系统主回路部分不变，对控制回路进行改造。改造后。将原手动换向阀全部改为电磁换向阀，增加冲击器位移、速度和压力传感器。以及液压泵流量传感器。系统的启动／停止按钮、油箱的高／低液位传感器、高／低温传感器等为开关量输入信号；电磁阀、电机等为开关量输出信号；冲击器位移、速度、压力传感器和液压泵流量传感器为模拟量输入信号，控制变频器频率电压信号为模拟量输出信号。经I／O点数分配选用SIEMENS的S7．200CPU224AC／RE．LAY(16DI／10D0)PLC，挂一

7、块EM235(4AL／1A0)2．2PLC端子接线图模拟量混合模块。I／O地址分配见表1和表2C。PLC端子接线图如图2所示。高低液Vf液液压复位位泵位报报电控DCO、警警机制oDc24v+击活塞l冲击活塞l冲击系统l泵流量移信号l速度信号I油压信号I信号NILDl0l01010Il0lDl010Jl010l0IOl0lDl0Ilpl010l0l0l0l010l0l010Ip1LIo．olo．11o．21o．3l·l2L