PLC下的礦井鉆機控制系統設計
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摘要：為了適應煤礦裝備的智能化、自動化潮流，以某型礦井鉆機為研究對象，對礦井鉆機主要結構進行分析，基于CAN總線、plc及PID設計了礦井鉆機控制系統，并對控制程序進行研究。結果表明，該系統能較好地實現對礦井鉆機自動化和智能化控制，為礦井鉆機及其他煤礦裝備控制系統設計及智能化升級提供理論依據及技術參考。
關鍵詞：礦井鉆機；PLC；控制系統；設計
1礦井鉆機的結構組成
礦井鉆機主要用于煤礦井下鉆探各種角度的煤層放水孔、瓦斯抽排放孔、地質孔、注漿滅火孔、地面鉆探地質勘探孔及其他用途的各種工程孔。本文研究的礦井鉆機主要為煤礦井下全液壓鉆機，其主要結構如圖1所示。由圖1可知，礦井鉆機主要由鉆具、機架、動力頭、機座、操作臺、泵站及軌道等部件組成，并包含液壓系統及電控系統。液壓系統主要由齒輪液壓泵、液壓馬達、防爆電機、節流閥、溢流閥、多路閥、油缸、油箱、壓力表、過濾器、冷卻器、液壓油管、快速接頭、液壓卡盤、夾持器等主要零部件組成。
2礦井鉆機控制系統總體設計
根據礦井鉆機結構，設計了礦井鉆機控制系統，其結構框圖如圖2所示。由圖2可知，齒輪液壓泵的實際壓力決定了液壓泵驅動電機的最大輸出功率，且兩者之間的關系基本呈現比例關系，液壓泵壓力越高，電機輸出功率越大。在礦井鉆機控制系統中，PLC控制器通過J1939協議和通信規則，讀取和獲得液壓泵驅動電機的實時工作狀態，如電機輸出功率、扭矩、轉速、溫度等關鍵參數，進而對電機轉速進行精確控制。液壓泵驅動電機帶反饋及對應的執行器。控制系統直接與顯示屏連通，可以實時地將關鍵參數可視化地顯示出來。礦井鉆機控制系統的控制中心還可以讀取和處理其他電控檢測元件的數據，對其他電控執行元件進行控制，從而實現對礦井鉆機的實時精確控制。CAN是ISO國際標準化的串行通信協議。在智能化、自動化設備行業中，對設備的舒適性、安全性、低功耗、方便性、低成本等方面的要求越來越高，多功能、智能化的各種電控系統層出不窮。由于控制的精確化、智能化導致控制線及數據傳輸線數量非常龐大，為了提高數據傳輸的安全性及可靠性，CAN總線應運而生。CAN總線具有網絡各節點之間的數據通信實時性強且可以自由通信、結構簡單、開發周期短、傳輸距離大、速率高、高性能和可靠性等優良特性，是當今自動化領域發展的技術熱點之一，在航空航天、船舶、煤礦、工業自動化、工業設備、醫療設備等方面應用廣泛。基于CAN設計的礦井鉆機控制器如圖3所示。由圖3可知，基于CAN總線設計的礦井鉆機控制器可以對礦井鉆機人機交互顯示系統進行重載，同時整個核心控制器PLC可以實現對液壓泵驅動電機、液壓泵、動力頭、各種閥體等關鍵零部件及系統的關鍵參數進行精確控制和實時顯示。
3礦井鉆機控制程序設計
本文礦井鉆機控制系統主要采用PID控制，基于PID算法、PLC及CAN總線控制的液壓泵驅動電機、液壓泵及動力頭控制程序分別如圖4、圖5、圖6所示。由圖4可知，傳感器獲得液壓泵驅動電機轉速和扭矩信息后對電機溫度進行檢測，如果溫度在合理范圍內則進行下一步液壓油溫度和壓力檢測，如果不合格直接停機檢修；檢測液壓油溫度和壓力合格則進行下一步PID控制器控制，如果不合格則直接停止電機；PID控制獲得合理的液壓油溫度和壓力，則整個過程結束。由圖5可知，傳感器獲得液壓泵驅動電機轉速和扭矩信息后，通過PID轉速、扭矩控制器進行控制，獲得合理的液壓泵壓力則整個過程結束。由圖6可知，控制系統讀取和處理動力頭信息，通過PID電流調節器進行控制，獲得合理的輸出電流則整個過程結束。
4結語
礦井鉆機作為煤礦井下開采和作業的重要裝備之一，其性能好壞及智能化的高低直接決定裝備的整體性能及煤礦的安全性。以某型煤礦井下全液壓鉆機為研究對象，基于CAN總線和PLC設計了礦井鉆機控制系統，運用PID算法對液壓泵驅動電機、液壓泵及動力頭控制程序進行研究。該系統運行可靠、響應及時，為礦井鉆機等裝備的智能化、自動化控制提供了重要參考。
參考文獻：
［1］李鎧君,狄梓博,李研昊,等.關于水平定向鉆機智能化控制系統方案設計探討［J］.科技經濟導刊,2020,28(27):26+25.
［2］李蘭珍,李若冰,魏愛玲.基于PLC的煤層氣車載鉆機控制系統設計［J］.煤礦機械,2020,41(9):190-192.
［3］唐會成.EPEC控制器在錨桿鉆臂電液控制中的應用［J］.煤礦機械,2020,41(7):179-181.
［4］張君.礦用錨桿鉆機機械臂的運動控制系統方案設計及試驗［J/OL］.煤炭科學技術:1-15[2020-10-12].
［5］宋志亮,孫衛娜,何磊,等.XD-12R型多工藝自動化鉆機電液控制系統的設計［J］.地質裝備,2020,21(3):17-21.
［6］王沖.陸地鉆機電控自動貓道系統設計［D］.西安:西安石油大學,2020.
［7］張躍錚,趙軍,田呈,等.煤礦井下定向鉆機排水系統自動控制研究［J］.煤,2018,27(6):10-11+15.
［8］王賀劍.礦井遠程控制鉆機電液控制系統研究［D］.北京：煤炭科學研究總院,2013.
作者：閆毅 陳亮 單位：四川工程職業技術學院