煤矿用电缆综合机械性能试验网络控制系统设计

摘要 本文介绍煤矿用电缆机械性能试验系统由分散独立控制实现集中控制而分散布局的网络式设计，系统可进行人机对话和远距离监控，对矿用电缆机械性能进行综合测试。本文重点介绍系统原理、系统构成和功能实现。

关键词 煤矿用电缆；机械性能；试验；网络控制系统

中图分类号TP2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）42-0216-02

Design of Network Control System for the Mine Cable Mechanical Property Detecting

JIN Xin

Shanghai Branch China Coal Research Institute, Shanghai 200030, China

Abstract Introduces the networking design that makes the cable mechanical property testing system from decentralized control to centralized control and scattered allocation. It has functions of man-machine conversation, telemonitoring and integration testing the cable mechanical property.This introduction is mainly about system principle, system composition and how to realize the functions.

Keywords cable for coal mine; mechanical property; testing；network control system;

1概述

煤矿井下环境复杂，对电缆机械性能要求较高，通常要求煤矿用电缆通过耐冲击、耐挤压、耐弯曲等综合机械性能测试，针对上述要求，我们开发了煤矿用电缆机械性能综合测试系统，但原系统是三立试验台，测试过程自动化程度低，电缆故障不能在线检测，测试数据无法进行综合分析，为此我们提出网络化控制要求，既系统不但能够模拟煤矿工作环境，检测和监控电缆在通电情况下对机械弯曲、冲击挤压等外部应力的承受能力，同时对电缆产生的短路、断路故障进行分析定位，从而对电缆质量有一个综合的评价。

2 试验系统构成和基本要求

整个试验系统包括人机对话、监控系统，试验控制系统，电缆故障分析系统组成。通过SIEMENS S7-200PLC进行组网和控制。

试验台传动部分因场地、环境等模拟煤矿井下环境，要求严格，布局采用分散式，要求现场可以进行手动控制，同样可进行远程控制和网络信息交换，并对试验电缆的短路、断路进行报警和结果分析。

系统组成主要包括：

1）试验功能部件

（1）弯曲试验部分包括变频器shinaide_atv31、牵引电动机、以及限位光电开关、指示灯和运行开关若干；

（2）挤压试验部分主要包括电磁阀、液压泵、应力传感器、以及限位光电开关、指示灯和运行开关若干；

（3）冲击试验部分主要包括冲击锤电磁夹、提升机以及限位光电开关、指示灯和运行开关若干；

2）网络控制系统

系统采用工控机作为上位机,PLC S7-226处理电缆故障分析系统的分析数据和人机对话；并与3台作为下位机的PLC S7-224 XP进行网络通信，3台S7-224 XP分别远程控制弯曲、挤压、冲击试验部件；

3）电缆短路、断路故障分析部件

包括电缆故障分析仪、检漏继电器、输入输出及监控系统。

3 试验系统原理

试验系统主要模拟煤矿用电缆在井下受到不同程度冲击、挤压以及自身因往复运动反复弯曲的工作环境，通电工作状态下通过电缆故障分析检测电缆的性能优劣。系统原理如图1所示。

4 试验功能的实现

4.1冲击试验过程

依据MT818-2009《煤矿用电缆》标准中不同电压等级电缆冲击试验的落锤高度分别为0.7m、1.0m、1.5m，冲击次数分别2~4次试验过程为：电磁夹随提升机下降到适合高度加紧落锤；提升机提升到预定位置；光电开关动作；提升机停止运动；电磁夹松开；落锤自由下落；计数器自动计数1次，如果电缆如无漏电故障，重复上述动作直到完成设定次数；当电缆因冲击发生了故障，检漏继电器就会自动报警，并将故障信号传至故障分析仪对信号进行综合分析，判断出电缆的故障类型及实际位置。控制界面见图2。

4.2挤压试验过程

依据电缆导体截面积不同设定挤压条件、挤压状态。选择好手/自动方式，PLC开始控制液压泵、电磁阀工作。挤压试验过程为：PLC启动液压泵提升下挤压面压紧电缆；压力信号通过压力传感器传给工作PLC；PLC经过PID运算控制电磁阀调节到预设压力值；按照预设时间保持压力；控制电磁阀卸载；当电缆因挤压发生了故障，同样检漏继电器会自动报警，并将故障信号传至故障分析仪启动信号分析程序进行分析，判断出电缆的故障类型及实际位置。控制界面见图3。

4.3弯曲试验过程

弯曲试验模拟采煤机于井下工作面进行往复运动，电缆在电缆夹板中随采煤机运动而进行 “S”型弯曲，变频器atv31控制电动机进行速度调节，PLC控制往复运动的同时对弯曲次数进行统计。如果电缆因弯曲产生的疲劳和拉伸应力导致线芯发生短路故障或断路故障，PLC控制电动机停机，故障分析仪进行故障分析。控制界面见图2。

4.4网络连接及系统通讯

考虑试验室通讯及控制要求，利用S7-200系列PLC增加通讯模块EM277，通过PROFIBUS-DP通讯协议，可安全方便的实现各PLC之间的网络通讯，也可以PLC226作为主机，其余各PLC为从机，形成串行通信模式。

5 试验软件系统

软件系统包括系统通信程序、系统控制程序和数据处理程序组成。系统通信程序PROFIBUS-DP通讯协议为基础实现远程控制和电缆检测数据远程传输，并可监控试验过程。系统控制程序是实现试验动作要求，通过Step7-micro/win编程软件将PLC输入/输出及动作逻辑关系进行编程。数据处理程序主要包括PID调节、计数、电缆故障分析等，并通过数学模型计算实现数据处理功能。

6 结论

通过煤矿用电缆机械性能试验系统进行集中控制而分散布局的网络式设计，系统不仅满足了模拟煤矿井下环境，对电缆进行耐冲击、耐挤压、耐弯曲试验环境要求，同时通过远程网络化控制，可视化监控，具备测试数据综合分析能力，检验数据更加系统，也因为集中控制降低劳动强度，提高工作效率。

参考文献

[1]张万忠，刘明芹.电器与PLC控制技术[M].化学工业出版社，2003.

[2]陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计[M].机械工业出版社，2005.

[3]MT818-2009 煤矿用电缆.