1、摘要摘要 随着煤炭工业的快速发展，巷道掘进成为制约煤矿发展的一个瓶颈，高 效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘 进技术的发展方向。随着采煤机械化程度的不断发展，大大提高了工作面的 开采强度，生产规模不断扩大，煤矿对掘进机的性能、质量、品种的要求也 越来越高。掘进机工作环境复杂、恶劣,控制任务繁琐、要求严格。本课题主 要是通过对掘进机电气控制系统的研究分析，借鉴国内外先进技术，结合煤 矿生产实际，针对传统的掘进机继电器接触器控制系统的缺点, 提出了一 种基于 PLC 的掘进机电控系统的设计方案， 并以某公司的 EBZ135 型掘进机的 电控系统为例,详细介绍电控系统
2、的组成、 工作原理、 系统硬件和软件的设计。 基于 PLC 的掘进机控制系统具有可靠性高、故障率低、维护简单、检修费用 低等优点,大大提高了煤矿企业的生产效率和经济效益。 关键词关键词：PLC；电控系统 ；掘进机 目录目录 1 绪论 . 3 1.1 课题的提出 . 3 1.2 国内外同类课题研究现状 . 3 1.3 研究内容 . 5 1.4 未来发展趋势 . 5 2 基于 PLC 的掘进机电控系统. 8 2.1 可编程控制器（PLC）的概述 8 2.2 电气设备参数及特征 . 13 2.3 电控系统组成 . 16 2.4 掘进机电气系统原理 . 17 3 PLC 与变频器的通讯 32 3.1
3、变频器的基本工作原理 32 3.2PROFIBUS DP 作用 35 3.3 基于 PRDFIBUS-DP 控制系统结构的构建 . 35 3.4 变频器数据通讯的实现 . 36 3.5 变频器通讯程序 . 42 4 总结与展望 46 致谢 . 47 参考文献 . 48 1 绪论绪论 1.1 课题的提出课题的提出 煤炭是重要的一次能源。随着工业的发展，近年来，各主要产煤国家， 随着采煤机械化程度的不断发展，大大提高了工作面的开采强度，生产规模 不断扩大，煤矿对掘进机的性能、质量、品种的要求也越来越高。高效机械 化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进 技术的发展方向。随着综
4、采技术的发展，国内已出现了年产几百万吨级、 甚至千万吨级超级工作面，使年消耗回采巷道数量大幅度增加，从而使 巷道掘进成为了煤矿高效集约化生产的共性及关键性技术。 掘进机工作环境复杂、恶劣,控制任务繁琐、要求严格。当前仍有不少掘 进机控制系统采用传统的继电器-接触器控制,存在可靠性差、故障率高、维 护困难、维护费用高、维护工作繁重等问题。由于基于 PLC 的掘进机电控系 统能够较好地完成掘进机的相关控制任务，大幅提升了煤矿企业的生产效率 和经济效益，所以本课题具有很重要的研究意义。 1.2 国内外同类课题研究国内外同类课题研究现状现状 20 世纪 90 年代后期至今，随着煤矿井下电压等级由 66
5、0V 升至 1 140V, 掘进机电控也升级到 1 140V。新技术的应用使电控系统在控制、保护各方面 都发生了全新的变化，并逐渐成熟，现阶段电控系统不再是影响掘进机正常 工作的主要问题。其主要特征是: 1)主回路升级到 1 140V，并且实现了 660/1 140V 双电压等级的电控箱， 满足各类用户的要求。 2)广泛采用 PLC 等工业计算机作为电控系统的核心控制器件，用软件实 现复杂的逻辑关系，代替传统的继电器逻辑控制。系统结构简单、连接线少、 可靠性高且易于维护和检修。 3)电源波动适应能力大大提高。普遍采用宽电压范围的 PLC、保护模块、 接触器、和继电器，用宽输人电压范围的直流电源
6、作为保护装置的供电电源， 使电控设备的性能大大提高。 4)保护环节设计水平提高，模拟或微计算机数字智能综合保护装置取代 了以前的保护插件。一些新的控制要点得到应用:延缓换相操作速度，采用提 前释放、延时投人检测等措施，提高系统抗干扰、抗冲击能力;电流互感器、 变送器作为电流取样单元与综合保护装置一起替代了几乎所有热继电器来实 现过流、过 载、断相保护。如煤科总院太原研究院的 EBZ120 掘进机用电控箱采用电流传 感器(变送器)作为电流取样单元，信号直接输人作为主控器件的 PLC 等工业 计算机来实现过流、过载、断相保护，减少了中间环节，并充分利用 PLC 的 高可靠性，大大提高了电子保护和系统的可靠性。 5)随着计算机技术和传感器的应用，故障诊断和整机运行工况检测监视 功能(电流、电压、温度、压力、截割头位置、大屏幕液晶显示等功能)与以 前相比有了较大的飞跃，并逐渐完善和丰富。 各国早期研制的掘进机都是采用传统的继电器-接触器控制。近几年来， 随着微电子技术的不断进步极大地推动了工业的发展，数控技术在电气自动 控制中占有十分重要的地位;同时，电气控制技术又是与微电子技术、电力
