基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電氣控制系統在采煤機中的應用

1 概述

我國的綜合機械化采煤，在過(guò)去的20多年都采用液壓牽引采煤機，由于液壓油污染后容易造成液壓元件損壞，并且液壓牽引采煤機速度低，在液壓牽引的基礎上很難制造大功率采煤機。從1990年后，國內煤礦對牽引速度快、總裝機功率在500娜以上電牽引采煤機的需求量逐年加。針對這一情況，國內各采煤機制造廠(chǎng)在消化、吸收國外電牽引采煤機的基礎上研究、制造交流變頻電牽引采煤機，但是所有的交流變頻電牽引采煤機的電氣控制系統控制變頻器的信號線(xiàn)、模擬量信號線(xiàn)比較多，在井下使用過(guò)程中，這些信號線(xiàn)容易松動(dòng)，出現一些軟故障，對煤礦井下的維修造成困難。本文介紹了一種基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)電牽引采煤機電氣控制系統，增加了系統的可靠性、可維護性。現場(chǎng)總線(xiàn)應用在生產(chǎn)現場(chǎng)、在測量控制設備之間實(shí)現雙向串行多節點(diǎn)數字通信的開(kāi)放型控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)?，F場(chǎng)總線(xiàn)是自動(dòng)化領(lǐng)域的通信、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，現場(chǎng)總線(xiàn)可采用多種介質(zhì)（多種有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)方式）傳送數字信號。在兩根導線(xiàn)上可掛接多至幾十個(gè)自控設備，能節省大量線(xiàn)纜、槽架、連接件。減少系統設計、安裝、維護的工作量，豐富了控制設備的信息內容，提供了如總運行時(shí)間、故障診斷等信息，便于實(shí)現管控一體化。

2 電牽引采煤機電氣控制系統方案確定

根據采煤機電氣拖動(dòng)系統的要求，現代的直流調速和交流變頻調速都能滿(mǎn)足要求，但是直流電牽引采煤機中的直流電機昂貴，維護費用高，所以本電牽引采煤機的牽引電機選用簡(jiǎn)單可靠的交流異步鼠籠電動(dòng)機拖動(dòng)采煤機牽引部。兩個(gè)交流電動(dòng)機通過(guò)兩個(gè)牽引部共同驅動(dòng)采煤機兩個(gè)齒滾輪，按照采煤機的驅動(dòng)要求，兩臺牽引電動(dòng)機必須同步且負荷均勻，故選擇了具有主從控制宏的ABBACS800變頻器，利用主從控制功能保證了2臺牽引電動(dòng)機運行同步且負荷均勻?？刂葡到y選用了可編程控制器取代傳統的接觸一繼電控制，用觸摸屏做顯示，不但提高了系統的可靠性，而且加了智能化、故障自診斷功能，人機界面友好。

3 電牽引采煤機電氣控制系統組成和工作原理

為了適應煤礦井下工況，加電氣控制系統的可靠性、可維護性，用可編程控制器（PLC）通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)控制器（ADAM4520）與變頻器通信，遵守MODBUS協(xié)議來(lái)控制2臺牽引電動(dòng)機，監視牽引電動(dòng)機的運行狀態(tài)。系統組成包括：2臺ABB ACS800變頻器；2臺防爆交流異步電動(dòng)機YQYBS-40 1臺中文液晶觸摸屏；2個(gè)有線(xiàn)指令器和一術(shù)…被視為公用數據網(wǎng)絡(luò )在測控領(lǐng)域的延伸……個(gè)遙控器；*1臺OMRONpLC……電氣控制原理如電氣控制原理所示。

　　3.1變頻器變頻器是電氣控制系統的核心之一，型號為ACS800 -0070共2臺。變頻器帶有主從應用宏，用X22.2端子調用用戶(hù)宏1或用戶(hù)宏2切換使變頻器在主從之間工作，實(shí)現任意一臺變頻器可隨時(shí)工作在單牽引方式。2臺變頻器在硬件、參數設置和外部控制線(xiàn)完全一樣，通過(guò)PLC對其控制決定變頻器是主變頻器或從變頻器。

　　3.2交流異步電動(dòng)機交流異步電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單、結實(shí)、緊湊，維修工作量小，運行效率高，轉動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應快。因此，交流異步電動(dòng)機適合應用于煤礦井下潮濕、腐蝕性氣體多的惡劣環(huán)境，加了采煤機的開(kāi)機率。

　　3.3中文液晶觸摸屏中文液晶顯示觸摸屏主要顯示電牽引采煤機運行過(guò)程中的牽引速度、牽引電流、牽引電壓、變頻器的溫度、供電電壓等采煤機參數。當采煤機由于故障原因停機時(shí)，中文顯示器也實(shí)時(shí)顯示故障原因和相應的故障排除方法。

　　3.4有線(xiàn)指令器和遙控器有線(xiàn)指令器和遙控器完成采煤機的加減速、停機、左右搖臂升降，有利于采煤機在牽引過(guò)程中本地和遠控操作。

　　3.5可編程控制器域應用最廣泛的控制設備可編程序控制器PLC；可靠性高、抗干擾能力強，可以直接安裝于工業(yè)現場(chǎng)而穩定可靠地工作。并且采用模塊式硬件結構，組合和擴展都很方便，又用程序（軟連接）代替硬連安裝工作量少。在實(shí)際使用過(guò)程中，加或減少功能比傳統的繼電器電氣控制方案更簡(jiǎn)單易行。

4 PLC和變頻器之間的通信軟件設計

ACS800變頻器總線(xiàn)控制器通信模塊中，MODBUS通信是一種串行的主從通信協(xié)議。

　　在PLC控制變頻器的總線(xiàn)控制系統中，PLC建立協(xié)議進(jìn)行/查詢(xún)“，變頻器根據總線(xiàn)上的信息，提供數據響應”查詢(xún)“，或根據”查詢(xún)“作出相應的動(dòng)作。PLC的”查詢(xún)“格式包括：設備地址，功能代碼，傳輸數據和錯誤校驗等。

5 現場(chǎng)總線(xiàn)控制變頻器進(jìn)行調速的優(yōu)點(diǎn)

傳統的PLC采用繼電器輸出點(diǎn)對點(diǎn)控制變頻器進(jìn)行加減速、改變牽引方向、故障復位、啟動(dòng)停止等，不能精確控制變頻器的輸出頻率和采煤機速度，在特殊工況下，不能對采煤機速度進(jìn)行有效控制?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統采用標準的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議和變頻器之間交換數字化控制信息、運行信息等，其特點(diǎn)包括：具有較高的性能價(jià)格比。由于連接導線(xiàn)大幅度減少，使原來(lái)的幾十根，甚至上百根控制電纜減少到一根總線(xiàn)電纜，從而也使接線(xiàn)端子、電纜等大幅度的減少。所以設計、安裝、調試、維護的費用大幅度地減少，原來(lái)繁瑣的電氣原理圖、布線(xiàn)圖設計變得簡(jiǎn)單易行，便于攜帶；強大的故障診斷能力，使系統的調試和維護工作量大幅減少。

　　系統性能大幅度提高，使控制系統的智能化程度檔次跨越了一個(gè)臺階，可靠的數據傳輸，快速的數據響應，強大的抗干擾能力?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制…中心設備采用工業(yè)控制領(lǐng)T m協(xié)議在信息檢驗、信息糾錯、、復地址檢測等方面軟件程序流程都有嚴格的規定，從而確?，F場(chǎng)總線(xiàn)通信快速、完全可靠的進(jìn)行。

　　系統具有強大的自動(dòng)診斷、故障顯示功能。診斷包括變頻器的所有故障、通信故障、控制電源故障，以及現場(chǎng)裝置的溫度傳感器、電流傳感器故障，從而迅速地發(fā)現系統中的各種故障位置和解決方法。

　　采用數字信號進(jìn)行通信，有效提高了系統的測量和控制精度。

　　變頻器的故障，運行參數（如變頻器輸出電壓、電流、溫度、轉矩、速度等）采用中文顯示方式，解決了煤礦井下工人難以理解的英文顯示信息和代碼顯示。

　　根據使用中出現的問(wèn)題，很容易轉換成單牽引方式。

6 應用效果

現場(chǎng)總線(xiàn)控制的電牽引采煤機運行情況00/700-WD電牽引采煤機上使用以來(lái)，加了整個(gè)變頻調速系統的可靠性、可維護性，具有柔性修改和擴展功能，根據各種煤礦井下工況的特殊地質(zhì)條件，可以選擇不同的控制策略，提高了電牽引采煤機信息化、智能化程度?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)，由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景，被認為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢，將逐步取代傳統的PLC點(diǎn)對點(diǎn)繼電器接線(xiàn)控制變頻器的方法。