摘要：該文從控制系統(tǒng)、硬件和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面著手，詳細(xì)介紹了西安煤礦機(jī)械有限公司基于PCC開發(fā)的新型采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵字：PCC 采煤機(jī) 可靠 遠(yuǎn)程監(jiān)測和故障診斷
中圖分類號(hào)：TP202 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1817-0633（2009）06-0067-02
Abstract: From the three aspects of the control system,the hardware design and the software design,the paper elaborates the PCC-based electric control system of a new coal mining ,which is developed by Xi`an Coal Mine Machinery Co.
Keywords: PCC;Coal Mining Machine;Reliability;Remote Monitoring and Fault Diagnosis
1 引言
采煤機(jī)是綜采工作面的主要設(shè)備，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)決定著綜采工作面的生產(chǎn)效率。采煤機(jī)的性能是否可靠，一方面取決于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與制造，以及是否合理地使用，另一方面取決于電氣控制系統(tǒng)是否完善有效。如果將采煤機(jī)比作人，機(jī)械部分就是人的四肢和軀干，電氣部分就是人的大腦，所以，電氣控制系統(tǒng)在采煤機(jī)中至關(guān)重要。目前國產(chǎn)采煤機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的控制器基本上都是各種品牌的PLC，雖然由PLC控制的采煤機(jī)具有監(jiān)測和故障診斷功能，基本能滿足使用的要求。但由于采煤機(jī)工作環(huán)境惡劣，零部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使采煤機(jī)司機(jī)不能及時(shí)掌控采煤機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，可能使采煤機(jī)帶病工作，進(jìn)而出現(xiàn)故障，為了提高采煤機(jī)的開機(jī)率，必須增加采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測和故障診斷功能。還有，由于綜采工作面礦工勞動(dòng)強(qiáng)度太大，急需降低，必須建立自動(dòng)化綜采工作面，那么采煤機(jī)就必須具有記憶截割的功能。另外，由于采煤機(jī)電控箱空間的限制，如果采用現(xiàn)場總線，將在提高電氣控制系統(tǒng)可靠性地同時(shí)更有利于安裝和維修。要使采煤機(jī)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測和故障診斷與記憶截割的功能，并且使用現(xiàn)場總線，如果電氣控制系統(tǒng)不作出革新，就很難滿足需求。為了適應(yīng)發(fā)展，西安煤礦機(jī)械公司開發(fā)了以貝加萊工業(yè)自動(dòng)化的PCC（Programmable Computer Controller）為控制器的新型電氣控制系統(tǒng)。
2 采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
采煤機(jī)是多電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)、技術(shù)要求較高的機(jī)械設(shè)備。它工作在潮濕、多塵、震動(dòng)、高瓦斯的礦井，并且工況環(huán)境復(fù)雜多變，以及自身重量很大，慣性大，還要求能夠方便地操作、低故障率等，這就給采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。采煤機(jī)的電氣控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。
（1）控制計(jì)算機(jī)（采用貝加萊的PCC）
控制計(jì)算機(jī)（由2003系列PCC的CPU模塊和通訊塊組成）是采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)的核心，采煤機(jī)正常工作時(shí)，變頻器的牽引方向、加減速控制、左右搖臂升降、制動(dòng)抱閘的開斷、左右截割電動(dòng)機(jī)的溫度監(jiān)測、牽引變壓器溫度監(jiān)測、牽引和截割電動(dòng)機(jī)的電流采樣，以及采煤機(jī)恒功率保護(hù)、過零保護(hù)、瓦斯斷電保護(hù)、截割電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)等均通過控制計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
控制計(jì)算機(jī)接收開關(guān)量輸入模塊和模擬量輸入模塊的數(shù)據(jù)，并通過開關(guān)量輸出模塊將指令傳給電磁閥組，通過通訊接口將采煤機(jī)的參數(shù)傳給顯示計(jì)算機(jī)，通過通訊接口將指令傳給主變頻器。
（2）開關(guān)量輸入輸出模塊
開關(guān)量輸入模塊主要接收端頭站、遙控器和控制面板按鈕發(fā)出的指令信號(hào)。開關(guān)量輸出模塊主要將控制器的指令傳送給電磁閥組，以控制采煤機(jī)搖臂的升降、截割電動(dòng)機(jī)的啟停、制動(dòng)抱閘的開斷。
（3）模擬量輸入模塊
模擬量輸入模塊主要接收截割和破碎電動(dòng)機(jī)的電流，牽引變壓器、截割和破碎電動(dòng)機(jī)的溫度，搖臂的角度，瓦斯的濃度等模擬信號(hào)，然后送到控制計(jì)算機(jī)。
（4）顯示計(jì)算機(jī)（采用貝加萊PP系列人機(jī)界面）
顯示計(jì)算機(jī)提供豐富且人性化的人機(jī)界面，將以下數(shù)據(jù)信息形象地顯示給用戶。
l 采煤機(jī)控制計(jì)算機(jī)的輸入、輸出狀態(tài)
l 截割電動(dòng)機(jī)、牽引電動(dòng)機(jī)的電流、溫度
l 牽引變壓器的溫度
l 采煤機(jī)的牽引狀態(tài)、牽引速度
l 采煤機(jī)的工作狀態(tài)及故障信息
l 變頻器的數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)及故障信息等
3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
貝加萊的可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）綜合了傳統(tǒng)PLC和工業(yè)PC兩者的優(yōu)勢(shì), 如前者的高可靠性、靈活的擴(kuò)展性和環(huán)境適應(yīng)能力，后者的多任務(wù)處理方式、高速運(yùn)算能力、采用高級(jí)語言編程和開放的通訊等。PCC是目前工業(yè)領(lǐng)域最先進(jìn)的控制技術(shù)之一，具有分時(shí)多任務(wù)處理機(jī)制、高速的運(yùn)算能力、大容量內(nèi)存和存儲(chǔ)單元以及強(qiáng)大的通訊組網(wǎng)能力。
PCC之所以能成為當(dāng)今增長速度最快的工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備，是由于它具備了許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。PCC的主要特點(diǎn)如下：
（1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；
高可靠性是PCC最突出的特點(diǎn)之一，PCC的平均無故障時(shí)間（MTBF）可達(dá)幾十萬小時(shí)。由于工業(yè)生產(chǎn)過程經(jīng)常晝夜連續(xù)，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，各種電磁干擾特別嚴(yán)重。針對(duì)這些情況，PCC采取了一系列措施，其主要方法是對(duì)所有輸入/輸出（I/O）接口電路均采取光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PCC的影響。
（2）設(shè)計(jì)、安裝容易，調(diào)試周期短，維護(hù)簡單；
（3）模塊品種豐富、通用性好、功能強(qiáng)大；
（4）體積小、能耗低；
（5）強(qiáng)大的Automation Studio軟件開發(fā)平臺(tái)
