摘要：該文從控制系統(tǒng)、硬件和軟件設計三個方面著手，詳細介紹了西安煤礦機械有限公司基于PCC開發(fā)的新型采煤機電氣控制系統(tǒng)。
關鍵字：PCC 采煤機 可靠 遠程監(jiān)測和故障診斷
中圖分類號：TP202 文獻標識碼：B 文章編號：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
采煤機是綜采工作面的主要設備，它的正常運轉(zhuǎn)決定著綜采工作面的生產(chǎn)效率。采煤機的性能是否可靠，一方面取決于機械部分的設計與制造，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。如果將采煤機比作人，機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)在采煤機中至關重要。目前國產(chǎn)采煤機的電氣控制系統(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。但由于采煤機工作環(huán)境惡劣，零部件多，結構復雜，致使采煤機司機不能及時掌控采煤機的各項運行參數(shù)，可能使采煤機帶病工作，進而出現(xiàn)故障，為了提高采煤機的開機率，必須增加采煤機遠程監(jiān)測和故障診斷功能。還有，由于綜采工作面礦工勞動強度太大，急需降低，必須建立自動化綜采工作面，那么采煤機就必須具有記憶截割的功能。另外，由于采煤機電控箱空間的限制，如果采用現(xiàn)場總線，將在提高電氣控制系統(tǒng)可靠性地同時更有利于安裝和維修。要使采煤機具有遠程監(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。為了適應發(fā)展，西安煤礦機械公司開發(fā)了以貝加萊工業(yè)自動化的PCC（Programmable Computer Controller）為控制器的新型電氣控制系統(tǒng)。
2 采煤機電氣控制系統(tǒng)設計
采煤機是多電動機聯(lián)動、技術要求較高的機械設備。它工作在潮濕、多塵、震動、高瓦斯的礦井，并且工況環(huán)境復雜多變，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，這就給采煤機電氣控制系統(tǒng)的設計提出了很高的要求。采煤機的電氣控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。
（1）控制計算機（采用貝加萊的PCC）
控制計算機（由2003系列PCC的CPU模塊和通訊塊組成）是采煤機電氣控制系統(tǒng)的核心，采煤機正常工作時，變頻器的牽引方向、加減速控制、左右搖臂升降、制動抱閘的開斷、左右截割電動機的溫度監(jiān)測、牽引變壓器溫度監(jiān)測、牽引和截割電動機的電流采樣，以及采煤機恒功率保護、過零保護、瓦斯斷電保護、截割電動機過載保護等均通過控制計算機來實現(xiàn)。
控制計算機接收開關量輸入模塊和模擬量輸入模塊的數(shù)據(jù)，并通過開關量輸出模塊將指令傳給電磁閥組，通過通訊接口將采煤機的參數(shù)傳給顯示計算機，通過通訊接口將指令傳給主變頻器。
（2）開關量輸入輸出模塊
開關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。開關量輸出模塊主要將控制器的指令傳送給電磁閥組，以控制采煤機搖臂的升降、截割電動機的啟停、制動抱閘的開斷。
（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機的電流，牽引變壓器、截割和破碎電動機的溫度，搖臂的角度，瓦斯的濃度等模擬信號，然后送到控制計算機。
（4）顯示計算機（采用貝加萊PP系列人機界面）
顯示計算機提供豐富且人性化的人機界面，將以下數(shù)據(jù)信息形象地顯示給用戶。
l 采煤機控制計算機的輸入、輸出狀態(tài)
l 截割電動機、牽引電動機的電流、溫度
l 牽引變壓器的溫度
l 采煤機的牽引狀態(tài)、牽引速度
l 采煤機的工作狀態(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)設計
貝加萊的可編程計算機控制器（PCC）綜合了傳統(tǒng)PLC和工業(yè)PC兩者的優(yōu)勢, 如前者的高可靠性、靈活的擴展性和環(huán)境適應能力，后者的多任務處理方式、高速運算能力、采用高級語言編程和開放的通訊等。PCC是目前工業(yè)領域最先進的控制技術之一，具有分時多任務處理機制、高速的運算能力、大容量內(nèi)存和存儲單元以及強大的通訊組網(wǎng)能力。
PCC之所以能成為當今增長速度最快的工業(yè)運動控制設備，是由于它具備了許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領域普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。PCC的主要特點如下：
（1）可靠性高、抗干擾能力強；
高可靠性是PCC最突出的特點之一，PCC的平均無故障時間（MTBF）可達幾十萬小時。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重。針對這些情況，PCC采取了一系列措施，其主要方法是對所有輸入/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PCC的影響。
（2）設計、安裝容易，調(diào)試周期短，維護簡單；
（3）模塊品種豐富、通用性好、功能強大；
（4）體積小、能耗低；
（5）強大的Automation Studio軟件開發(fā)平臺
