貝加萊基于PCC控制的交流變頻電牽引采煤機(jī)應(yīng)用

采煤機(jī)是綜采工作面的主要設(shè)備，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)決定著綜采工作面的生產(chǎn)效率。采煤機(jī)的性能是否可靠，一方面取決于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)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(jī)比作人，機(jī)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(jī)中至關(guān)重要。目前國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)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(jī)具有監(jiān)測(cè)和故障診斷功能，基本能滿足使用的要求。但由于采煤機(jī)工作環(huán)境惡劣，零部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使采煤機(jī)司機(jī)不能及時(shí)掌控采煤機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，可能使采煤機(jī)帶病工作，進(jìn)而出現(xiàn)故障，為了提高采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率，必須增加采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障診斷功能。還有，由于綜采工作面礦工勞動(dòng)強(qiáng)度太大，急需降低，必須建立自動(dòng)化綜采工作面，那么采煤機(jī)就必須具有記憶截割的功能。另外，由于采煤機(jī)電控箱空間的限制，如果采用現(xiàn)場(chǎng)總線，將在提高電氣控制系統(tǒng)可靠性地同時(shí)更有利于安裝和維修。要使采煤機(jī)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障診斷與記憶截割的功能，并且使用現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)發(fā)展，西安煤礦機(jī)械公司開(kāi)發(fā)了以貝加萊工業(yè)自動(dòng)化的PCC（Programmable Computer Controller）為控制器的新型電氣控制系統(tǒng)。

采煤機(jī)是多電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)、技術(shù)要求較高的機(jī)械設(shè)備。它工作在潮濕、多塵、震動(dòng)、高瓦斯的礦井，并且工況環(huán)境復(fù)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(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。采煤機(jī)的電氣控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

（1）控制計(jì)算機(jī)（采用貝加萊的PCC）

控制計(jì)算機(jī)（由2003系列PCC的CPU模塊和通訊塊組成）是采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)的核心，采煤機(jī)正常工作時(shí)，變頻器的牽引方向、加減速控制、左右搖臂升降、制動(dòng)抱閘的開(kāi)斷、左右截割電動(dòng)機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)、牽引變壓器溫度監(jiān)測(cè)、牽引和截割電動(dòng)機(jī)的電流采樣，以及采煤機(jī)恒功率保護(hù)、過(guò)零保護(hù)、瓦斯斷電保護(hù)、截割電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)等均通過(guò)控制計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

控制計(jì)算機(jī)接收開(kāi)關(guān)量輸入模塊和模擬量輸入模塊的數(shù)據(jù)，并通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出模塊將指令傳給電磁閥組，通過(guò)通訊接口將采煤機(jī)的參數(shù)傳給顯示計(jì)算機(jī)，通過(guò)通訊接口將指令傳給主變頻器。

（2）開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊

開(kāi)關(guān)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(hào)。開(kāi)關(guān)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(jī)搖臂的升降、截割電動(dòng)機(jī)的啟停、制動(dòng)抱閘的開(kāi)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(dòng)機(jī)的電流，牽引變壓器、截割和破碎電動(dòng)機(jī)的溫度，搖臂的角度，瓦斯的濃度等模擬信號(hào)，然后送到控制計(jì)算機(jī)。

（4）顯示計(jì)算機(jī)（采用貝加萊PP系列人機(jī)界面）

顯示計(jì)算機(jī)提供豐富且人性化的人機(jī)界面，將以下數(shù)據(jù)信息形象地顯示給用戶。

● 采煤機(jī)控制計(jì)算機(jī)的輸入、輸出狀態(tài)

● 截割電動(dòng)機(jī)、牽引電動(dòng)機(jī)的電流、溫度

●牽引變壓器的溫度

● 采煤機(jī)的牽引狀態(tài)、牽引速度

● 采煤機(jī)的工作狀態(tài)及故障信息

● 變頻器的數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)及故障信息等

貝加萊的可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）綜合了傳統(tǒng)PLC和工業(yè)PC兩者的優(yōu)勢(shì), 如前者的高可靠性、靈活的擴(kuò)展性和環(huán)境適應(yīng)能力，后者的多任務(wù)處理方式、高速運(yùn)算能力、采用高級(jí)語(yǔ)言編程和開(kāi)放的通訊等。PCC是目前工業(yè)領(lǐng)域最先進(jìn)的控制技術(shù)之一，具有分時(shí)多任務(wù)處理機(jī)制、高速的運(yùn)算能力、大容量?jī)?nèi)存和存儲(chǔ)單元以及強(qiáng)大的通訊組網(wǎng)能力。

PCC之所以能成為當(dāng)今增長(zhǎng)速度最快的工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備，是由于它具備了許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。PCC的主要特點(diǎn)如下：

（1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；

高可靠性是PCC最突出的特點(diǎn)之一，PCC的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）可達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)。由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常晝夜連續(xù)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，各種電磁干擾特別嚴(yán)重。針對(duì)這些情況，PCC采取了一系列措施，其主要方法是對(duì)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(duì)PCC的影響。

（2）設(shè)計(jì)、安裝容易，調(diào)試周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單；

（3）模塊品種豐富、通用性好、功能強(qiáng)大；

（4）體積小、能耗低；

（5）強(qiáng)大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)

西安煤礦機(jī)械有限公司開(kāi)發(fā)的MG650/1630-WD采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際的控制要求，選用了貝加萊的下列自動(dòng)化產(chǎn)品來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)：

（1） 控制計(jì)算機(jī)（即2003系列PCC）

如圖 2所示，控制計(jì)算機(jī)由7CP570.60-1和3IF722.9 組成。7CP570.60-1是2003系列的PCC，它的CPU是Celeron 300，64 MB DRAM，通訊接口有：USB、RS232、Ethernet。3IF722.9是通訊板卡，包含的通訊接口有：CAN、RS485、RS232?？刂朴?jì)算機(jī)通過(guò)RS485接口控制主變頻器，通過(guò)Ethernet接口和采煤機(jī)上的顯示計(jì)算機(jī)通訊，通過(guò)CAN接口和距離采煤機(jī)幾百