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[摘要]可编程控制器PLC用于机器的自动控制，具有体积小、功耗低、速度快、可靠性高、抗干扰性强等特点，同时具有灵活性和可扩展性。要改变生产过程只需改变程序即可，非常方便，这是继电器控制电路无法相比的，PLC 已成为工业控制领域中最主要的自动化装置，它代表了当前电控技术的先进水平，以PLC 为核心的装置在矿井采煤机中的成功使用，不仅能代替复杂的继电器控制，而且以丰富的程序指令实现了原电子线路中不易完成的功能。在大大减小体积的同时，提高了系统的控制精度和可靠性，保证了矿井采煤机的安全运行。
介绍了控制系统的组成和PLC的控制过程及信号的传输，例举三菱FX2N系列PLC作为中央处理器，实现对采煤机工作状态的在线监测和故障诊断。
[关键词]采煤机 电控系统 PLC 可扩展性 灵活性
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）13-0187-02
一、引言
采煤机是现代化、机械化采煤的主要工具，其主要任务是割煤、装煤。目前，我国采煤机无论是液压牵引还是电牵引，均采用传统的分立式电控系统，主要采用继电器板、电源板、监测电路板、显示板和不同电压等级的控制变压器，线路复杂，插接部位多，智能化程度低。利用三菱PLC可编程序控制器以其优良的性能在其中起着越来越重要的作用。三菱PLC用存储逻辑代替接线逻辑，减少了控制设备外部接线，而且便于维护；它构成的控制系统与其他控制系统相比，电气接线及开关接点减少了许多，故障率大大降低；它带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息；他通过软件可实现缺相保护、过流保护、电动机电流不平衡保护、堵转保护、故障自诊断等，并且具有特殊换向、制动和软停机功能，提高了采煤机的运行可靠性。
二、可编程控制器定义
PLC英文全称Programmable Logic Controller ，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
2.1 PLC特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
（5）体积小，重量轻，能耗低
2.2 PLC应用
随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起可编程序控制器的高速发展和成熟应用，使得PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
三、系统组成
PLC控制采煤机系统主要组成单元有：三菱PLC、三块扩展A/D转换模块、主/从变频器、显示屏、变频左/右牵引电动机、左/右截割电动机、破碎电机、电磁阀、信号检测电路、电气控制电路等。
系统采用日本三菱电气公司FX2N系列的PLC作为中央处理器，完成牵引电机转速的快速设定与无级调速、参数处理等功能。用三菱公司的扩展A/D转换模块作为信号采集与测量单元，及时检测和反馈各种参数，实现对系统断电与保护功能。变频器采用ABB公司的ACS611系列构成主从变频调速方式，具有四象限运行的能力，实现牵引电机的正反转运行和回馈制动，变频电动机控制为直接转矩控制（DTC）方式。采用显示屏实时显示采煤机各种工作状态和主要参数，并能提供在线帮助信息和故障报警功能。
四、控制系统的设计与实现
4.1 PLC控制电路
扩展模块从基本单元获得电源，无需外加电源设备。计时器、计数器和寄存器性能优越，处理速度快。PLC控制电路部分I/O分配和功能如图4.1所示。
4.2 工作过程
PLC工作过程包括输入处理、程序处理、输出处理。
输入处理：程序执行前，把PLC的全部输入端子的状态读入映像寄存器，在执行程序过程中，即使输入状态变化，但映像寄存器内容不变，直到一扫描周期开始才读入这些变化。
程序处理：对用户程序存储器所存的指令，从输入映像寄存器和其他元件映像寄存器中将有关软件的状态读出，从0开始运行，每次结果存入有关寄存器。因此映像寄存器的内容随程序执行不断变化，输出继电器的状态由输出映像寄存器的内容决定。
输出处理：全部指令执行完毕，将输出映像寄存器的通电状态向锁存器传送，成为可编程序控制器的执行输出。
4.3 系统输入及输出信号
（1）输入按钮控制信号：左右牵引方向按钮、牵引加减按钮、牵引停按钮、接触器闭锁输入、左、右要比上升、下降按钮，通过按钮手动控制，PLC自动调节输出参数使采煤机自动按要求运行。
（2）输入模拟量信号：左右截割电机电流信号、左右牵引励磁电流信号、速度反馈信号。
（3）输出模拟量信号：2路、24V直流励磁电源提供左右牵引励磁，系统根据输入按钮控制信号及速度反馈自动调节励磁输出信号，控制左右牵引电动机转速。 （4）输出控制信号：左右牵引方向、停牵引、液压制动器、左右摇臂上升、下降。
五、系统软件设计
本系统编程软件选用的是日本三菱公司的FXGP-WIN-C软件编程时，按照控制系统的要求，首先确定各个动作的先后次序和相匀关系，明确输入/输出信号的逻辑关系，再由逻辑关系转化为梯形图。编程时采用了模块化结构，而每一模块的程序结构相当简单，有利于程序的修改和调试。
六、结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
随着井下采煤工作面自动化程度的不断提高，采煤设备功率的不断加大，未来的采煤机应具有如下特征：
（1）完善的漏电保护
2001年颁布的《煤矿安全规程》第四百五十八条规定：“……井下低压馈电线上有可靠的漏电、短路监测闭锁装置时，可采用瞬间1次自动复电装置。”该规定为井下低压供电系统应用自动复电技术展开了广阔的道路。若能把高性能的检测元件和微机处理技术与基于附加直流检测式的漏电检测继电器相结合，就能构成直流检测式选择性漏电保护。
（2）通讯功能
随着采煤工作面自动化程度的提高，每个矿井综采工作面一般多于3个，有时要求各个采煤工作面之间协调工作，这就要求采煤机具有通讯功能，能准确地将采煤机在工作面的位置、运行状况及时地上传到地面调度指挥中心，调度人员能随时查看每个采煤机的工作信息。
（3）更高的电压等级
3.3kV电压是目前采煤工作面的主流，在未来几十年，采煤工作面的电压将会得到进一步的提升，伴随着出现的将是高电压等级的组合开关。
（4）变频功能
目前，井下己有防爆变频器，随着变频控制技术的发展，采煤机具有变频功能成为可能。
参考文献
[1] 王永华.现代电器控制PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[2] 常斗南.可编程序控制器[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 三菱电气公司.三菱可编程控制器FX2N系列使用手册[M].北京：北京三菱电机出版，1999.
[4] 李俊秀.可编程控制器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2002.
介绍了控制系统的组成和PLC的控制过程及信号的传输，例举三菱FX2N系列PLC作为中央处理器，实现对采煤机工作状态的在线监测和故障诊断。
[关键词]采煤机 电控系统 PLC 可扩展性 灵活性
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）13-0187-02
一、引言
采煤机是现代化、机械化采煤的主要工具，其主要任务是割煤、装煤。目前，我国采煤机无论是液压牵引还是电牵引，均采用传统的分立式电控系统，主要采用继电器板、电源板、监测电路板、显示板和不同电压等级的控制变压器，线路复杂，插接部位多，智能化程度低。利用三菱PLC可编程序控制器以其优良的性能在其中起着越来越重要的作用。三菱PLC用存储逻辑代替接线逻辑，减少了控制设备外部接线，而且便于维护；它构成的控制系统与其他控制系统相比，电气接线及开关接点减少了许多，故障率大大降低；它带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息；他通过软件可实现缺相保护、过流保护、电动机电流不平衡保护、堵转保护、故障自诊断等，并且具有特殊换向、制动和软停机功能，提高了采煤机的运行可靠性。
二、可编程控制器定义
PLC英文全称Programmable Logic Controller ，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
2.1 PLC特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
（5）体积小，重量轻，能耗低
2.2 PLC应用
随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起可编程序控制器的高速发展和成熟应用，使得PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
三、系统组成
PLC控制采煤机系统主要组成单元有：三菱PLC、三块扩展A/D转换模块、主/从变频器、显示屏、变频左/右牵引电动机、左/右截割电动机、破碎电机、电磁阀、信号检测电路、电气控制电路等。
系统采用日本三菱电气公司FX2N系列的PLC作为中央处理器，完成牵引电机转速的快速设定与无级调速、参数处理等功能。用三菱公司的扩展A/D转换模块作为信号采集与测量单元，及时检测和反馈各种参数，实现对系统断电与保护功能。变频器采用ABB公司的ACS611系列构成主从变频调速方式，具有四象限运行的能力，实现牵引电机的正反转运行和回馈制动，变频电动机控制为直接转矩控制（DTC）方式。采用显示屏实时显示采煤机各种工作状态和主要参数，并能提供在线帮助信息和故障报警功能。
四、控制系统的设计与实现
4.1 PLC控制电路
扩展模块从基本单元获得电源，无需外加电源设备。计时器、计数器和寄存器性能优越，处理速度快。PLC控制电路部分I/O分配和功能如图4.1所示。
4.2 工作过程
PLC工作过程包括输入处理、程序处理、输出处理。
输入处理：程序执行前，把PLC的全部输入端子的状态读入映像寄存器，在执行程序过程中，即使输入状态变化，但映像寄存器内容不变，直到一扫描周期开始才读入这些变化。
程序处理：对用户程序存储器所存的指令，从输入映像寄存器和其他元件映像寄存器中将有关软件的状态读出，从0开始运行，每次结果存入有关寄存器。因此映像寄存器的内容随程序执行不断变化，输出继电器的状态由输出映像寄存器的内容决定。
输出处理：全部指令执行完毕，将输出映像寄存器的通电状态向锁存器传送，成为可编程序控制器的执行输出。
4.3 系统输入及输出信号
（1）输入按钮控制信号：左右牵引方向按钮、牵引加减按钮、牵引停按钮、接触器闭锁输入、左、右要比上升、下降按钮，通过按钮手动控制，PLC自动调节输出参数使采煤机自动按要求运行。
（2）输入模拟量信号：左右截割电机电流信号、左右牵引励磁电流信号、速度反馈信号。
（3）输出模拟量信号：2路、24V直流励磁电源提供左右牵引励磁，系统根据输入按钮控制信号及速度反馈自动调节励磁输出信号，控制左右牵引电动机转速。 （4）输出控制信号：左右牵引方向、停牵引、液压制动器、左右摇臂上升、下降。
五、系统软件设计
本系统编程软件选用的是日本三菱公司的FXGP-WIN-C软件编程时，按照控制系统的要求，首先确定各个动作的先后次序和相匀关系，明确输入/输出信号的逻辑关系，再由逻辑关系转化为梯形图。编程时采用了模块化结构，而每一模块的程序结构相当简单，有利于程序的修改和调试。
六、结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
随着井下采煤工作面自动化程度的不断提高，采煤设备功率的不断加大，未来的采煤机应具有如下特征：
（1）完善的漏电保护
2001年颁布的《煤矿安全规程》第四百五十八条规定：“……井下低压馈电线上有可靠的漏电、短路监测闭锁装置时，可采用瞬间1次自动复电装置。”该规定为井下低压供电系统应用自动复电技术展开了广阔的道路。若能把高性能的检测元件和微机处理技术与基于附加直流检测式的漏电检测继电器相结合，就能构成直流检测式选择性漏电保护。
（2）通讯功能
随着采煤工作面自动化程度的提高，每个矿井综采工作面一般多于3个，有时要求各个采煤工作面之间协调工作，这就要求采煤机具有通讯功能，能准确地将采煤机在工作面的位置、运行状况及时地上传到地面调度指挥中心，调度人员能随时查看每个采煤机的工作信息。
（3）更高的电压等级
3.3kV电压是目前采煤工作面的主流，在未来几十年，采煤工作面的电压将会得到进一步的提升，伴随着出现的将是高电压等级的组合开关。
（4）变频功能
目前，井下己有防爆变频器，随着变频控制技术的发展，采煤机具有变频功能成为可能。
参考文献
[1] 王永华.现代电器控制PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[2] 常斗南.可编程序控制器[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 三菱电气公司.三菱可编程控制器FX2N系列使用手册[M].北京：北京三菱电机出版，1999.
[4] 李俊秀.可编程控制器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2002.