基于PLC电铲控制系统

摘 要：2300XP电铲主要用于采矿作业过程中，由于这一型号的电铲年代比较早，其设备元件的老化问题是模拟控制系统一直以来存在的缺陷，加之电磁干扰和粉尘污染等也会对电铲的稳定作业产生较大影响。2300XP电铲经过多年使用，原控制系统的诸多问题越来越突出，比如说元件故障率高、维护成本高、电路布线复杂以及备件难以采购等，因此我们应当积极的应用PLC控制系统来对2300XP电铲进行技术改造，下面我们针对这一问题展开分析。

关键词：PLC控制；系统改造；2300XP电铲

引言

我们结合2300XP电铲原有控制系统的功能及安全稳定性要求较高的特征，选择PLC来对过去以传统继电器为主的2300XP电铲电气控制系统进行升级与改造。而利用PLC控制系统主要是按照可靠性和先进性的要求来确定的，PLC控制系统具有较强的稳定性，其抗干扰能力也相对更好，因为PLC运用了大规模集成电路技术，其生产制造过程也运用了严格的工艺技术，控制系统内部电路的可靠性较强。我们从PLC控制系统的机外电路而言，借助于PLC进行技术改造和过去2300XP继电器系统比起来，其设备元件的故障率将会得以极大的降低，维护和操作也更加方便。

1 原电气控制系统及存在问题

2300XP型电铲过去一直都是以继电器为核心的电气控制系统，在这一系统中其一个工作流程主要有挖掘、回转、卸载以及返回，将行走、回转、推压以及开斗等动作综合起来协调进行，各个环节通常都包括了两个或者以上的动作相互配合，而以继电器为主的控制系统一般存在下面的问题：一方面，系统中的中间继电器与时间继电器相对较多，开关接点较多，电气线路比较复杂，加之控制系统的常年运行，很多设备元件逐渐老化，很容易发生故障，对电铲的安全稳定作业产生影响；另一方面，2300XP电铲的设备元件如果需要更换，采购起来比较困难，维修维护的成本较高，对采矿的经济效益会产生一定的影响。因此我们应当积极的应用PLC对2300XP电铲进行技术改造，从而提升其安全可靠性能[1]。

2 改造方案分析

我们在对PLC控制器进行选型的过程中必须要结合2300XP电铲控制系统具体使用环境的情况，考虑到电铲控制系统对于可靠性以及安全性的要求。因此可选择SLC-300系列的PLC控制器，该系列控制器具备技术先进、稳定性高的特征，技术指标也与能够满足采矿作业要求，尤其是在进行振动、跌落等试验之后，获得的数据表明其适合应用于2300XP电铲改造。改造后的控制系统设置有PLC主站，同时也增设辅助柜远程I/O站、司机室远程I/O站、变流柜远程I/O站、RPC柜远程I/O站以及室远程I/O。这就在很大程度上让原有控制系统的电气线路变得更加简化，比如说司机室，PLC控制系统选择了远程I/O通讯方式，可以凭借一根或者两根通讯线便能够代替过去数十根控制线，极大的增强了系统的稳定性。2300XP电铲PLC系统在司机室与控制室都设置了触摸屏。操作人员能够通过触摸屏直接的观察电铲运行的相关数据信息，同时触摸屏上还能够显示报警指示以及故障记录，另外操作人员还能够通过它来对参数以及推压限位等进行设置，非常简便。触摸屏与PLC主站CPU利用DP+网络进行通讯。PLC主站以及远程I/O站一般利用RIO网络实现通讯，这些现代化的信息通信技术极大的对控制系统进行了简化，从而真正实现了模块化运行管理，在很大程度上增强了电铲PLC系统的可靠性，同时增加了较多新的功能。

3 功能设计

电铲控制系统进行改造之后，PLC系统能够对线路联锁、补偿电容器投切以及传动装置启停等动作进行有效的控制。PLC控制系统在远程I/O逻辑的辅助之下，利用总线对数字调速器下达给定信号，从而实现挖掘动作。借助于PLC控制系统自身的运算功能，2300XP电铲不但可以完全的实现过去的所有功能，同时也相应的增加了部分新功能[2]。

3.1 RPC自动投切

RPC通常是1/2组、1组、2组、固定组等电容器组构成的。对于容量方面，固定组和1/2组通常是300kV・A，而其余组基本相同，为450kV・A；对于补偿方式方面，固定组恒定投入，其余组的具体状态一般按照无功功率的实际需求呈现出不同的变化。因为1/2组容量基本等于其余独立控制组容量的二分之一，所以我们利用各种组合能够直接实现各个梯级的补偿容量。和过去的控制系统比起来，PLC控制下的RPC各个组别的投入顺序都具备轮换能力，按照其投入的作业时长和投入过程中电铲实际状态能够对容量相同的RPC各组实现自由切换，这样一来便能够有效的降低设备发生故障的几率。

3.2 卸料悬停控制

进行卸料操作时，当首台装料车撤回而第二台装料车尚未进入的时期，操作人员往往不会把电铲大臂放下，同时第二台装料车若进入视线范围，操作人员通常不会选择使用抱闸固定大臂。为更好的解决短期内的空中悬停问题，PLC控制系统能够提供卸料悬停功能，可以实现悬停状态下的计算机判断、悬停过程中设备的动作设置和退出机制。通过这样计算机自动控制的机制，可以明显的缩短停车再启动时间。

3.3 开斗转矩设定

开斗电动机通常负责装车作业过程中控制斗门的开合，以便于卸料，另外电铲在其他的作业流程中，开斗电动机同时要微微拉紧开斗钢丝绳，而在这两种情况之下都应当对开斗电动机进行转矩控制。直接驱动电动机的变频器通常采取速度偏差加转矩限幅的控制手段。因为铲斗自身的负荷量、矿石具体大小和形状等因素的干扰，或多或少的会对开斗作业的负载转矩产生影响，而上述因素都是处于不断变化中的，所以导致各次开斗状态下的负载转矩也并非为定值。控制系统能够存储各负载范围下的开斗负载转矩当成是预控值，再引入动态转矩给定，将二者相加得到的参数当成是转矩限幅给定。另外程序会根据速度环退饱和的实际情况和开斗作业情况，对附加动态转矩给定进行合理的修订。引入这样的算法能够确保各次卸料所进行的开斗动作不大于两次，同时还降低了钢丝绳被拉断的几率。

3.4 人机界面

操作人员能够通过触摸屏对驾驶室和控制柜的工控一体机进行直接访问，监控系统一般包括了主界面、故障诊断、参数设置以及帮助信息等。主界面能够直观的显示挖掘机具体状态、推压限位等参数，也可以提供用户登录以及I/O查询等功能，是其余各个界面的主要入口；调试监控可以让操作人员直接对仪表进行开关操作，显示电压电流、运行曲线等数据信息；故障诊断系统能够提供故障预警，便于我们对设备进行维护检修；参数设置页面，操作人员可以执行自动、RPC设置以及推压限位设置等动作，而在帮助信息中可以了解该系统的详细操作流程和系统概述信息[3]。

4 效益分析

对2300XP电铲进行PLC改造之后，因为改造后的系统人机界面更加友好，同时硬件线路清洗简明，原有系统内的继电器和其他各类复杂的连线基本都已经省掉，日常维护和检修工作变得更加便利，平均每个月的故障检修时间降低了五小时，其能够带来的经济效益约为每年八万元。

（1）首先进行控制系统改造的电铲会更换较多的备件，而这些备件可以留作后期改造的电铲继续使用，不需要再次进行采购，有效的降低设备维修成本。一台电铲更换下来的备件折合库存价值一般为70万元，能够在很大程度上减少库存成本。（2）进行PLC改造之后，2300XP电铲使用通用性较强的工控产品，能够实现备件库存的统一规范处理，且维修管理工作十分方便。（3）触摸屏显示能够非常直观的为操作人员指出故障点，计算机控制不但可以对电铲的实际运行状态实施监控和预警，同时还能够结合报警信息做出快速反应，在很大程度上减少了电铲故障的处理时间，有效提升了作业效率。

参考文献

[1]程荣火.基于提高安全性能的2800XP电铲PLC控制系统改造[J].煤矿安全，2011（6）：16.

[2]杨进京.2800XP电铲驱动系统烧保险及铲斗坠落故障分析[J].露天采矿技术，2011（5）：10.

[3]李亚武，程荣火.2800XP电铲无功补偿控制系统的改造[J].露天采矿技术，2011（6）：29.