PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文.pdf

该【PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文 】是由【小屁孩】上传分享，文档一共【7】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。 : .
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第1页
PLC 下的矿井钻机控制系统设计-系统设计
论文-设计论文
——文章均为 WORD 文档，下载后可直接编辑使用亦可打印 ——


摘要：为了适应煤矿装备的智能化、自动化潮流，以某型矿井钻
机为研究对象，对矿井钻机主要结构进行分析，基于 CAN总线、 PLC
及 PID设计了矿井钻机控制系统，并对控制程序进行研究。结果表明，
该系统能较好地实现对矿井钻机自动化和智能化控制， 为矿井钻机及
其他煤矿装备控制系统设计及智能化升级提供理论依据及技术参考。



关键词：矿井钻机； PLC；控制系统；设计



1 矿井钻机的结构组成



PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第1页 : .
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第2页
矿井钻机主要用于煤矿井下钻探各种角度的煤层放水孔、瓦斯抽
排放孔、地质孔、 注浆灭火孔、地面钻探地质勘探孔及其他用途的各
种工程孔。 本文研究的矿井钻机主要为煤矿井下全液压钻机， 其主要
结构如图 1 所示。由图 1 可知，矿井钻机主要由钻具、机架、动力头、
机座、操作台、泵站及轨道等部件组成， 并包含液压系统及电控系统。
液压系统主要由齿轮液压泵、 液压马达、防爆电机、节流阀、溢流阀、
多路阀、油缸、油箱、压力表、过滤器、冷却器、液压油管、快速接
头、液压卡盘、夹持器等主要零部件组成。



2 矿井钻机控制系统总体设计



根据矿井钻机结构，设计了矿井钻机控制系统，其结构框图如图
2 所示。由图 2 可知，齿轮液压泵的实际压力决定了液压泵驱动电机
的最大输出功率，且两者之间的关系基本呈现比例关系，液压泵压力
越高，电机输出功率越大。在矿井钻机控制系统中，PLC 控制器通过
J1939 协议和通信规则，读取和获得液压泵驱动电机的实时工作状态，
如电机输出功率、扭矩、转速、温度等关键参数，进而对电机转速进
行精确控制。 液压泵驱动电机带反馈及对应的执行器。 控制系统直接
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第2页 : .
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第3页
与显示屏连通，可以实时地将关键参数可视化地显示出来。 矿井钻机
控制系统的控制中心还可以读取和处理其他电控检测元件的数据， 对
其他电控执行元件进行控制，从而实现对矿井钻机的实时精确控制。
CAN是 ISO国际标准化的串行通信协议。在智能化、自动化设备行业
中，对设备的舒适性、安全性、低功耗、方便性、低成本等方面的要
求越来越高，多功能、智能化的各种电控系统层出不穷。由于控制的
精确化、 智能化导致控制线及数据传输线数量非常庞大， 为了提高数
据传输的安全性及可靠性， CAN总线应运而生。 CAN总线具有网络各
节点之间的数据通信实时性强且可以自由通信、结构简单、开发周期
短、传输距离大、速率高、高性能和可靠性等优良特性，是当今自动
化领域发展的技术热点之一，在航空航天、船舶、煤矿、工业自动化、
工业设备、医疗设备等方面应用广泛。基于 CAN 设计的矿井钻机控
制器如图 3 所示。由图 3 可知，基于 CAN总线设计的矿井钻机控制
器可以对矿井钻机人机交互显示系统进行重载， 同时整个核心控制器
PLC 可以实现对液压泵驱动电机、液压泵、动力头、各种阀体等关键
零部件及系统的关键参数进行精确控制和实时显示。



3 矿井钻机控制程序设计


PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第3页 : .
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第4页

本文矿井钻机控制系统主要采用 PID 控制，基于 PID 算法、PLC 及
CAN总线控制的液压泵驱动电机、 液压泵及动力头控制程序分别如图
4、图 5、图 6 所示。由图 4 可知，传感器获得液压泵驱动电机转速
和扭矩信息后对电机温度进行检测， 如果温度在合理范围内则进行下
一步液压油温度和压力检测， 如果不合格直接停机检修； 检测液压油
温度和压力合格则进行下一步 PID 控制器控制，如果不合格则直接停
止电机； PID 控制获得合理的液压油温度和压力，则整个过程结束。
由图 5 可知，传感器获得液压泵驱动电机转速和扭矩信息后，通过
PID 转速、扭矩控制器进行控制，获得合理的液压泵压力则整个过程
结束。由图 6 可知，控制系统读取和处理动力头信息，通过 PID 电流
调节器进行控制，获得合理的输出电流则整个过程结束。



4 结语



矿井钻机作为煤矿井下开采和作业的重要装备之一，其性能好坏
及智能化的高低直接决定装备的整体性能及煤矿的安全性。 以某型煤
矿井下全液压钻机为研究对象，基于 CAN总线和 PLC 设计了矿井钻
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第4页 : .
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第5页
机控制系统，运用 PID 算法对液压泵驱动电机、液压泵及动力头控制
程序进行研究。该系统运行可靠、响应及时，为矿井钻机等装备的智
能化、自动化控制提供了重要参考。



参考文献：



［1］李铠君 ,狄梓博 ,李研昊 ,
方案设计探讨［ J］.科技经济导刊 ,2020,28(27):26+25.



［2］李兰珍 ,李若冰 ,魏爱玲 .基于 PLC 的煤层气车载钻机控制系统
设计［ J］.煤矿机械 ,2020,41(9):190-192.



［3］唐会成 .EPEC控制器在锚杆钻臂电液控制中的应用 ［J］.煤矿
机械,2020,41(7):179-181.
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第5页 : .
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第6页



［4］
［J/OL］.煤炭科学技术 :1-15[2020-10-12].



［5］宋志亮,孙卫娜,何磊,-12R 型多工艺自动化钻机电液控
制系统的设计［ J］.地质装备,2020,21(3):17-21.



［6］［D］.西安:西安石油
大学,2020.



［7］张跃铮 ,赵军 ,田呈 ,
究［J］.煤,2018,27(6):10-11+15.


PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第6页 : .
PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第7页

［8］［ D］. ：煤炭
科学研究总院 ,2013.







PLC下的矿井钻机控制系统设计-系统设计论文-设计论文--第7页