基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電氣控制系統(tǒng)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

1 概述

我國(guó)的綜合機(jī)械化采煤，在過(guò)去的20多年都采用液壓牽引采煤機(jī)，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(jī)速度低，在液壓牽引的基礎(chǔ)上很難制造大功率采煤機(jī)。從1990年后，國(guó)內(nèi)煤礦對(duì)牽引速度快、總裝機(jī)功率在500娜以上電牽引采煤機(jī)的需求量逐年加。針對(duì)這一情況，國(guó)內(nèi)各采煤機(jī)制造廠在消化、吸收國(guó)外電牽引采煤機(jī)的基礎(chǔ)上研究、制造交流變頻電牽引采煤機(jī)，但是所有的交流變頻電牽引采煤機(jī)的電氣控制系統(tǒng)控制變頻器的信號(hào)線、模擬量信號(hào)線比較多，在井下使用過(guò)程中，這些信號(hào)線容易松動(dòng)，出現(xiàn)一些軟故障，對(duì)煤礦井下的維修造成困難。本文介紹了一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)電牽引采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性。現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的開(kāi)放型控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域的通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線可采用多種介質(zhì)（多種有線和無(wú)線方式）傳送數(shù)字信號(hào)。在兩根導(dǎo)線上可掛接多至幾十個(gè)自控設(shè)備，能節(jié)省大量線纜、槽架、連接件。減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)的工作量，豐富了控制設(shè)備的信息內(nèi)容，提供了如總運(yùn)行時(shí)間、故障診斷等信息，便于實(shí)現(xiàn)管控一體化。

2 電牽引采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)方案確定

根據(jù)采煤機(jī)電氣拖動(dòng)系統(tǒng)的要求，現(xiàn)代的直流調(diào)速和交流變頻調(diào)速都能滿足要求，但是直流電牽引采煤機(jī)中的直流電機(jī)昂貴，維護(hù)費(fèi)用高，所以本電牽引采煤機(jī)的牽引電機(jī)選用簡(jiǎn)單可靠的交流異步鼠籠電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)采煤機(jī)牽引部。兩個(gè)交流電動(dòng)機(jī)通過(guò)兩個(gè)牽引部共同驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)兩個(gè)齒滾輪，按照采煤機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求，兩臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)必須同步且負(fù)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(tái)牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行同步且負(fù)荷均勻?？刂葡到y(tǒng)選用了可編程控制器取代傳統(tǒng)的接觸一繼電控制，用觸摸屏做顯示，不但提高了系統(tǒng)的可靠性，而且加了智能化、故障自診斷功能，人機(jī)界面友好。

3 電牽引采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)組成和工作原理

為了適應(yīng)煤礦井下工況，加電氣控制系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性，用可編程控制器（PLC）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線控制器（ADAM4520）與變頻器通信，遵守MODBUS協(xié)議來(lái)控制2臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)，監(jiān)視牽引電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)組成包括：2臺(tái)ABB ACS800變頻器；2臺(tái)防爆交流異步電動(dòng)機(jī)YQYBS-40 1臺(tái)中文液晶觸摸屏；2個(gè)有線指令器和一術(shù)…被視為公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在測(cè)控領(lǐng)域的延伸……個(gè)遙控器；*1臺(tái)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(tǒng)的核心之一，型號(hào)為ACS800 -0070共2臺(tái)。變頻器帶有主從應(yīng)用宏，用X22.2端子調(diào)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(xiàn)任意一臺(tái)變頻器可隨時(shí)工作在單牽引方式。2臺(tái)變頻器在硬件、參數(shù)設(shè)置和外部控制線完全一樣，通過(guò)PLC對(duì)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(jī)交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)、緊湊，維修工作量小，運(yùn)行效率高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。因此，交流異步電動(dòng)機(jī)適合應(yīng)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(jī)的開(kāi)機(jī)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(jī)運(yùn)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(jī)參數(shù)。當(dāng)采煤機(jī)由于故障原因停機(jī)時(shí)，中文顯示器也實(shí)時(shí)顯示故障原因和相應(yīng)的故障排除方法。

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

　　3.5可編程控制器域應(yīng)用最廣泛的控制設(shè)備可編程序控制器PLC；可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定可靠地工作。并且采用模塊式硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)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(tǒng)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(shè)計(jì)

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

　　在PLC控制變頻器的總線控制系統(tǒng)中，PLC建立協(xié)議進(jìn)行/查詢(xún)“，變頻器根據(jù)總線上的信息，提供數(shù)據(jù)響應(yīng)”查詢(xún)“，或根據(jù)”查詢(xún)“作出相應(yīng)的動(dòng)作。PLC的”查詢(xún)“格式包括：設(shè)備地址，功能代碼，傳輸數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)等。

5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制變頻器進(jìn)行調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的PLC采用繼電器輸出點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制變頻器進(jìn)行加減速、改變牽引方向、故障復(fù)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(jī)速度，在特殊工況下，不能對(duì)采煤機(jī)速度進(jìn)行有效控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和變頻器之間交換數(shù)字化控制信息、運(yùn)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(dǎo)線大幅度減少，使原來(lái)的幾十根，甚至上百根控制電纜減少到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜等大幅度的減少。所以設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用大幅度地減少，原來(lái)繁瑣的電氣原理圖、布線圖設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單易行，便于攜帶；強(qiáng)大的故障診斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)工作量大幅減少。

　　系統(tǒng)性能大幅度提高，使控制系統(tǒng)的智能化程度檔次跨越了一個(gè)臺(tái)階，可靠的數(shù)據(jù)傳輸，快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)，強(qiáng)大的抗干擾能力?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制…中心設(shè)備采用工業(yè)控制領(lǐng)T m協(xié)議在信息檢驗(yàn)、信息糾錯(cuò)、、復(fù)地址檢測(cè)等方面軟件程序流程都有嚴(yán)格的規(guī)定，從而確?，F(xiàn)場(chǎng)總線通信快速、完全可靠的進(jìn)行。

　　系統(tǒng)具有強(qiáng)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(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)中的各種故障位置和解決方法。

　　采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信，有效提高了系統(tǒng)的測(cè)量和控制精度。

　　變頻器的故障，運(yùn)行參數(shù)（如變頻器輸出電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)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(jù)使用中出現(xiàn)的問(wèn)題，很容易轉(zhuǎn)換成單牽引方式。

6 應(yīng)用效果

現(xiàn)場(chǎng)總線控制的電牽引采煤機(jī)運(yùn)行情況00/700-WD電牽引采煤機(jī)上使用以來(lái)，加了整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性，具有柔性修改和擴(kuò)展功能，根據(jù)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(jī)信息化、智能化程度?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景，被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢(shì)，將逐步取代傳統(tǒng)的PLC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)繼電器接線控制變頻器的方法。