矿用掘进机电控系统设计与实现.pdf

2 0 1 7 年第 l O期 娃晨 斜技 1 2 9 矿用掘进机 电控 系统设计与实现 陈艳玲 西山煤 电杜 儿坪矿 ，山西 太原 0 3 0 0 2 2 摘要 针对 目前掘进机控制 系统缺 陷，提 出了对掘进 机 电控 系统总体结构进行设 计。主要对 电气控 制电路 、功 能控 制 箱 以及视频监视 系统进行详细设计并对其上位机监控界 面进行 了设计 ，完成掘 进机 的准确、 实时监控。 关键词 掘进机 电控 系统 设计 中图分类号T D6 3 2 文献标识码 B d o i l O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 7 ． 1 0 ．0 5 3 De s i g n a nd I mpl e me nt a t i o n o f t he M i ni ng M a c hi ne El e c t r i c Co nt r o l S ys t e m Ch e n Ya n- l i n g Xi s h a n D u e r p i n g mi n e e l e c t r i c i t y D u E r - p i n g c o a l mi n e ， S h a n x i T a i y u a n 0 3 0 0 2 2 Abs t r a c t Ai mi n g a t t h e d e f e c t o f t h e c u r r e n t h e a d i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m， t h e d e s i g n o f the o v e r a l l s t r u c t u r e o f t h e ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m i s p u t f o r wa r d ． Th e m a i n c o n tr o l c i r c u i t o f e l e c t r i c c o n tro l c i r c u i t ， f u n c ti o n c o n tro l b o x a n d v i d e o mo n i t o rin g s y s t e m are d e s i gn e d i n d e t a i l a n d t h e mo n i t o rin g i n t e r f a c e o f t h e u p p e r c o mp u t e r i s d e s i g n e d ， an d the a c c u r a t e a n d r e a l t i me mo n i t o r i n g o f t h e e x c a v a t o r i s c o mp l e t e d ． Ke y wo r d s ma c h ine e l e c t r o n i c c o n t r o l s y s t e m d e s i g n 传统的掘进机是 由工作人员现场操作设备运 行，深受瓦斯、潮湿等影响，易发生安全事故 ；并 且现场粉尘非常大，严重影响视线 ，增加了操作难 度，降低 了采掘效率。因此亟待一种掘进机控制方 案，确保其可以准确完成提升掘进作业的安全性和 工作效率，因此设计了掘进机电控系统。 1 掘进机电控系统总体设计 掘进机电控系统主要包含操作台、电气及功能 控制箱三部分，其总体框图见图 1 。 图 1 总体设计框 图 其各部分功能说明见表 1 。 收稿 日 期 2 0 1 7 0 5 1 9 作 者简介陈艳玲 1 9 8 1 。 ，女 ，湖北襄 阳人 ，本科，电子信 息 工程专业 。电气助理工程 师；研究方向电气工程。 表 1 功能说明 名称 组成模块 功能说 明 电气控 包括电流、 电压传 关键完成 一 次 回路控制 ，3台 感器 、液 晶显示屏 制箱 电机的运转保护 。 以及 控 制等 包括低压 直流 电源 功能控 转换 、 处理 、传感 完成传感检测 以及输出控制等 制箱 器采集 以及运 动控 工作。 制卡等 显示器完成 显示视 频采集 系统 包括人机操作界面 传输来 的实时现场 运转 状况 ， 操作 台 以及显示器 人机操作 界面具有 机身参数 ， 运 转情况 等信 息。 2 控制设计 2 ． 1 电气控 制 箱 电路 设 计 电路设计见图 2 。 电气控制箱收集操作台传出的控制指令 ，完成 对油泵、截割以及转载电机的一次 回路控制 ，完成 电机的启停以及电流／ 电压的检测以制定电机保护。 2 ． 2 功能控制箱设计 控制箱给机身上各传感器供电，并搜集其传出 来的电流信号 ， 完成数字信息转换随后输送至 处理。 然后接收控制信息，由 送至运动控制卡 ，把信号调 l 3 0 青 蕉 科技 2 0 1 7 年 第 l 0 期 节放大后传送至比例电磁阀以完成掘进机相关油缸 运转。另外还拥有视频采集系统的光端机、供电保 护，其设计见图 3 。 电气控1l 9 葙 远程攥作台 圈。 凸 茴 团 玉 堑 掇J 塑 母 1 转壤电机电沌 油泵电 机 电 流 盏剖电机电流 匦 转 戴 电 机 电 压 I 油采电机电压 蕾铡电机电 压 电阿电 压 图 2 电路设 计 2 - 3 视 频监 视 系统 设计 视频监视系统包含摄像头 、光端机、硬盘录机 以及显示器等 4 部分。摄像头安装至煤安防护罩内， 由电气控制箱供给 电源 ，视频电信号经过视频线传 输至光端机发射端并转化成光信号 ，随之运用光纤 输送至其接收端完成视频信息恢复，然后输送到硬 盘录像机以及显示 ，见图 4 。 车身 ￡ t■ ● ； j l I 】 - 自 ■ 叠 ● 巫 料 画 耍 ] 一 十囤 雯 圈 - ； i I l J 邦 蕞 _ 竺 牛 L 岖亘 图 4 视 频 监 视 系统 接 线 图 2 ． 4 上 位机 设计 运用西门子S I MA T I C Wi n C C完成上位机设计 ， 见图 5 。 根据图 5可知，掘进机上位机界面包括掘进机 车身状态以及参数设定，其中状态关键包含电网电 压 、油泵 、截割以及转载电机电流及其运转情况 、 截割头活动及地点 、车身姿态及控制阀油压等。确 保操作人员能够实时掌握掘进机的运转情况，完成 对它的有效操控。 b 参数设定 图 5 上位机设计 3 试验分析 以 悬臂掘进机垂直及水平摆动为例进行试验。 截割头高度以地面为零点 ，水平摆动以初始位置为 零点 ，其结果分别见表 2 及表 3 。 表 2 悬臂垂直摆动位置偏差 测量 截割头高度 实测数值 偏差 ／ ／ l m 相对 误差 ／ ％ 次数 m m mm 1 28 8 5 3 0 5 6 l 71 5 ． 6 2 2 9 40 3 0 6 3 l 2 3 4 ． 2 3 2 8l 8 2 9 8l l 6 3 5 ． 5 4 28 7l 3 0 2 2 1 51 5 ． 0 5 2 91 8 3 0 6 6 1 4 8 4 ． 8 根据表 2及表 3能够获知，悬臂垂直摆动位置 最大偏差 以及相对误差分别小于 l 8 0 m m 及 6 ． 0 ％， 水平 摆动 位置最 大偏差 以及相对 误差分 别小于 8 5 mm及 6 ． 0 ％，均满足采掘规程要求 ，表明其拥有 相对很好的准确性。 下转第 l 3 3页 2 0 1 7 年第 l O 期 始蒺 斜技 1 3 3 C A N总线方式或无线方式传送给接收报警显示模 块 。 图 3 检 测发射模 块组成 匮 一日 围 图 4接 收 传 输 模 块 组 成 3 接收报警显示模块 图 5 模块通过 Z i g B e e 模块或 C A N总线接收由接收传输模块发送过 来的数据信号，通过解析后判断脱轨情况 ，通过显 示模块进行报警显示处理，并作出停电、闭锁反应。 4 结论 将 Z i g B e e 无线通信技术应用于煤矿无极绳连续 牵引车脱轨监测系统能很好地满足系统对低功耗、 低成本无线通讯 的需求。基于 Z i g B e e 无线通信技 术组网方便、抗干扰能力强的优点 ，特别适合于煤 矿井下轨道运输系统的监测监控。此种监测系统也 可用于其他场合轨道运输的监测监控。 IU 图 5 接收报警显示模块 【 参考书目】 [ 1 ] 庞海娟 ． Z i g B e e 技术在矿井人 员管理 系统 中的应 用 [ D】 ． 曲阜 曲阜师范大学，2 0 1 0 ． [ 2] 唐远尧 ． 基于Z i g B e e的无线数据采集系统设计与 实现 [ D] ． 成都西南交通大学，2 0 0 9 ． [ 3] 闫沫 ．Z i g B e e协议栈的分析与设计 [ D 】 ． 厦 门厦 门大学 。2 0 0 7 ． [ 4] 曹卓 ． 基于Wi r e l e s s H AR T协议的流量变送器设计 [ D】 ． 成都 电子科技大学，2 0 1 0 ． [ 5 ] 郭鲜，李郴 ，郑岚，等 ． 煤矿井下人 员定位系统 的现状和发展 [ J 】 ．2 0 0 8 ， 2 3 3 3 4 ． 上接 第 1 3 0页 表 3 悬臂水平摇动位置偏差 测量次 截割头 高度 实测 数值 偏 差 mm 相对误差 ／ ％ 数 to ni m m 1 l 5 7 9 1 4 7 6 7 3 4 ． 9 2 1 4 81 1 4 2 5 5 6 3 ． 9 3 1 4 7 4 1 4 0 3 71 5 ． 1 4 1 5 2 8 1 4 6 6 6 2 4 ． 2 5 1 5 3 0 1 4 4 7 8 3 5 ． 4 4结论 通过对矿用掘进机电控系统设计，实现了悬臂 式掘进机的 自动控制，通过上位机监控界面对其进 行监控 ，使得操作人员可以准确、实时的完成对掘 进机的采掘活动情况监控。 悬臂掘进机垂直及水平 摆动的操作试验结果表明，其位置偏差满足采掘要 求，具有较高的准确性。 【 参考书目】 [ 1 ] 李鸿岩， 苏宏彪 ， 杨林 ． 数字化掘进机电控 系统 [ J ] ． 科技创新与应用，2 0 1 7 2 1 2 4 ． [ 2] 布朋生 ． 矿用掘进截割电动机远程监控 系统的设 计 与实现 [ J ] ． 煤矿机 电，2 0 1 6 4 8 6 8 8 ． [ 3] 滕丽丽 ， 滕俊章 ． 基于P L C的悬臂式掘进机电控 系统 的 设 计 与 实 现 [ J ] ． 煤 矿 机 械 ，2 0 1 4 4 1 3 3 1 34． [ 4 ] 朱文忠 ． 基于 P L C的煤矿掘进机电控 系统的可靠 性设计与 实现 [ J ] ． 煤矿机械 ，2 0 1 3 8 2 6 9 - 2 7 0 ． [ 5 ]高俊岭，欧阳名三，朱成杰 ． 新型掘进机 电气控制 系统设计 [ J ] ． 煤炭科学技术，2 0 1 1 1 0 9 6 - 9 9 4 ． 兰