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1、目录0前言11系统组成22控制系统的设计与实现22.1PLC控制电路22.2触摸屏设计及其功能52.3变频器及其控制策略63系统软件设计74结束语810变频调速牵引采煤机的PLC控制系统杜宏举摘要:以提高采煤机可靠性和工作效率为目的设计了变频调速牵引采煤机.介绍了控制系统的总体组成和PLC的电气控制线路,并采用梯形图编程方法完成了PLC的软件编程.应用三菱公司的FX-PCS-DU-WIN-C编程界面,编制了触摸屏的实时显示画面,实现了对采煤机工作状态的在线监测和故障诊断.两台变频器采用主/从控制方法,对左/右牵引电机进行一拖一控制,实现了牵引变频调速四象限运
2、行。关键词:采煤机;可编程序控制器;触摸屏;变频器;梯形图0前言采煤机作为煤矿井下的主要综采设备,常工作在比较恶劣的环境当中.其所处环境一般粉尘较大,空气相对湿度较高,操作空间较小,所以对采煤机控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求较高.以前,采煤机多采用液压牵引或直流电牵引方式,电气控制系统中由于使用大量分立的继电器、接触器等电气元件作为控制元件,其接线繁杂,技术落后,故障点多.而采用可靠性较高的PLC和变频器开发采煤机电气控制系统已是目前的发展趋势,本文利用PLC、变频器并结合触摸屏设计了变频调速牵引采煤机电气控制系统,该系统能够对采煤机的工作状态
3、进行在线监测,使采煤机运行在大倾角的工作面上更加稳定可靠,提高了采煤机的控制精度和故障诊断效率。1系统组成本系统的主要组成单元有:PLC、三块扩展A/D转换模块、主/从变频器、10触摸屏、变频左/右牵引电动机、左/右截割电动机、电磁阀、信号检测电路、电气控制电路等.采煤机电气系统原理图如图1所示.系统采用日本三菱电气公司FX2N系列的PLC作为中央处理器,完成牵引电机转速的快速设定与无级调速、参数处理等功能.用三菱公司的扩展A/D转换模块作为信号采集与测量单元,及时检测和反馈各种参数,实现对系统断电与保护功能.变频器采用ABB公司的ACS611系列构成主从变
4、频调速方式,具有四象限运行的能力,实现牵引电机的正反转运行和回馈制动,变频电动机控制为直接转矩控(DTC)[1]方式.采用三菱触摸屏实时显示采煤机各种工作状态和主要参数,并能提供在线帮助信息和故障报警功能。2控制系统的设计与实现2.1PLC控制电路为实现精确控制的要求,系统采用日本三菱微PLC(FX2N-48MR-ES)[2]作为主控单元,其输入输出点数均为24点.该型PLC具有单元式PC简图1采煤机PLC控制系统10单易用和模块式PC功能强大、组合灵活的特点.扩展模块从基本单元获得电源,无需外加电源设备.计时器、计数器和寄存器性能优越,处理速度快.PLC控
5、制电路部分I/O分配和功能如图2所示。图2中,PLC输入信号来自按钮和瓦斯断电仪的触点等开关量元件。当采煤机工作环境中的瓦斯浓度超限时,瓦斯断电仪将报警并动作,将其触点接入PLC中控制启动回路的自保触点,使整个采煤机断电。电流互感器TA1、TA2把左、右截割电机0～200A的电流转换为4～20mA的信号送入PLC第一块扩展A/D转换模块FX2N-4AD[3]的CH1和CH2通道,与PLC程序中所设参数进行比较,图2PLC部分I/O分配和功能从而实现对左右截割电机的过电流保护。牵引电机的输出电流经过变频器内部检测后,通过变频器I/O板上的X21.11和X21.
6、12两个端子输出0～20mA电流信号,送入PLC10第一块扩展A/D转换模块CH3和CH4通道,与PLC内部程序所设参数进行比较,进行两台牵引电机的负载平衡。当两台牵引电机电流差的绝对值大于等于10A时,PLC立即向变频器X22.1端子发出停牵引信号,同时与触摸屏通信,显示相应故障画面。采煤机的工作倾角经过SX13-01电子倾角仪转换成-10V～+10V的信号,送入PLC第二块扩展A/D转换模FX2N-4AD的CH1通道,给PLC提供采煤机倾斜角度的采样信号,然后在触摸屏上显示出采煤机实际倾角,便于操作人员正常使用采煤机。在左右截割电机和牵引变压器的绕组内,
7、均埋有PT-100热敏电阻,这些热电阻值分别送入PLC第三块扩展A/D转换模块FX2N-4AD-PT的CH1、CH2、CH3通道。当任意一台截割电机温度达到155℃时,PLC控制触摸屏显示截割电机温度超限故障画面,同时输出信号将采煤机启动回路自保触点断开,使采煤机停电.当牵引变压器温度超过160℃时,PLC控制触摸屏显示牵引变压器温度超限故障画面,同时输出信号不允许牵引或者停止牵引。PLC输出信号送往电磁阀,电气控制电路中的启动回路,主变频器和触摸屏等执行、显示器件.三位四通电磁阀控制采煤机左右摇臂的升降,另一个两位四通电磁阀控制制动闸的动作.当PLC输入信
8、号为"左牵"或"右牵"时,PLC输出信号使两位四通电
