淺談ＰＬＣ技術在礦山機電控制中的應用

夏克橋

摘要：在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山對礦山設備的要求越來越高,建設本質安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設的核心。近年來，可編程控制器的日漸成熟，越來越多設備的控制都采用PLC控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，并取得了很好的經(jīng)濟效益。本文簡要介紹一下礦用PLC技術。

關鍵詞：礦山設備；繼電器；PLC

1 繼電器存在的缺點

今天繼電器已應用到家庭及工業(yè)控制的各個領域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至會熔在一起產(chǎn)生誤操作，引起嚴重的后果。再者，對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。

2 PLC簡介

2.1 PLC的定義

PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。

PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。

2.2 PLC的構成

從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

2.3 PLC故障處理

如果PLC停止在某些輸出被激勵的地方，一般是處于中間狀態(tài)，則查找引起下一步操作發(fā)生的信號（輸入，定時器，線川，鼓輪控制器等）。 編程器會顯示那個信號的ON/OFF狀態(tài)。

如果輸入信號，將編程器顯示的狀態(tài)與輸入模塊的LED指示作比較，結果不一致，則更換輸入模塊。入發(fā)現(xiàn)在擴展框架上有多個模塊要更換， 那么，在您更換模塊之前，應先檢查I/O擴展電纜和它的連接情況。

如果輸入狀態(tài)與輸入模塊的LED指示指示一致，就要比較一下發(fā)光二極管與輸入裝置（按鈕、限位開關等）的狀態(tài)。入二者不同，測量一下輸入 模塊，如發(fā)現(xiàn)有問題，需要更換I/O裝置，現(xiàn)場接線或電源；否則，要更換輸入模塊。

如信號是線川，沒有輸出或輸出與線川的狀態(tài)不同，就得用編程器檢查輸出的驅動邏輯，并檢查程序清單。檢查應按從有到左進行， 找出第一個不接通的觸點，如沒有通的那個是輸入，就按第二和第三步檢查該輸入點，如是線川，就按第四步和第五步檢查。要確認使主控繼電器步影響邏輯操作。

信號是定時器，而且停在小于999.9的非零值上，則要更換CPU模塊。

如果該信號控制一個計數(shù)器，首先檢查控制復位的邏輯，然后是計數(shù)器信號。按上述2到5部進行。

3 煤礦絞車以PLC取代繼電器實例分析

3.1 工藝簡介

某是煤礦使用的絞車。工藝要求如下：①5秒內如果信號工按一次信號開關，絞車下放，按兩次信號開關，絞車提升，要求兩信號能互鎖。②絞車電機轉速為960r/min，要求能夠測出電機轉速，并顯示出來。當電機轉速超過預定值960r/min時，能輸出一報警信號。

3.2 配置方案

這套設備要用PLC完成控制。工藝要求測出絞車電機的速度，顯示出來，超速能報警。這種工況對測速要求不高，用一個接近開關測電機軸引出的一個感應板即可。絞車電機額定轉速960轉/分，計算出接近開關兩次感應之間的周期為67ms，這周期與PLC循環(huán)掃描周期相比還是比較大的，不必用高數(shù)計數(shù)功能，用普通的輸入點即可。顯示部分使用文體顯示器。它有與PLC可通訊，連接方便，編程靈活，價格合理等優(yōu)點。選用PLC+文本顯示器來完成這套設備的控制和顯示。PLC選用了北京凱迪恩公司的國產(chǎn)高品質的KDN-K3系列PLC（CPU306）。因為凱迪恩公司自己完全獨立開發(fā)PLC，技術實力很強大，技術服務很好，已經(jīng)有不少應用。KDN-K3系列PLC編程軟件Easyprog采用的是IEC61131-3標準，好學易上手。文本顯示器選用國產(chǎn)天津羅升TP220文本顯示器。

3.3 通訊實現(xiàn)

通訊協(xié)議選擇。KDN-K3系列PLC通訊協(xié)議是Modbus RTU協(xié)議，各種文本顯示器都支持這個協(xié)議。KDN-K3系列PLC新推出不久，文本顯示器編輯軟件還沒有列出這個PLC。編輯文本顯示器選用PLC時，選用支持Modbus RTU協(xié)議的PLC即可。TP220編程軟件中支持此協(xié)議的是Schneider NEZA系列PLC，選此PLC，波特率19200，無校驗，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

寄存器的對應關系。需要注意的是，TD220中的Modbus RTU協(xié)議不能實現(xiàn)對PLC中所有寄存器的訪問，只允許訪問中間繼電器區(qū)和中間保持寄存器區(qū)。對于KDN-K3系列PLC而言，TD220可以訪問M區(qū)和V區(qū)。

3．4 控制實現(xiàn)

首先分配I/O點：I0.0 軸上計數(shù)接近開關，I0.1 啟動按鈕信號開關，I0.2 急停開關，I0.3 停止按鈕開關，Q0.0 絞車上升線圈，Q0.1 絞車下降線圈，Q0.2報警指示燈。

其次技術點分析：

① 測速：半秒種刷新一次速度能滿足工藝要求，用一個記數(shù)器C52計錄半秒內I0.0的有效次數(shù)，存放在VW90寄存器中，因為速度還要轉換成每分鐘多少轉，所以VW90x120算出的數(shù)存到VW100中，VW100中存的數(shù)就是絞車電機的轉速。

② 絞車上下行走：絞車啟動按鈕按下后，保持一個狀態(tài)M0.0五秒內有效，用兩個記數(shù)器C50（預置值設為2），C51（預置值設為1）都來計I0.0有效次數(shù)，5秒過后如果C50為1，說明5秒內按了兩次啟動按鈕，用C50抑制C51，絞車上升接觸器吸合，絞車上升；如果5秒過后C50為仍為0，說明5秒內按了一次啟動按鈕，只有C50有效，C51無效，絞車下降接觸器吸合，絞車下降。5秒結束后，保持狀態(tài)、記數(shù)器都要復位。

③ 超速報警：VW100中存放著絞車的實際速度，讓它與960相比較，如果大于960，發(fā)出報警信號，報警指示燈亮，并在文本顯示器上顯示報警內容。

3．5現(xiàn)實意義

這類礦山設備用量很大，有很多還是用繼電器控制。用PLC改造有很大的市場，也有很大的意義。

參考文獻

[1]《KDN-K3系列PLC 礦山設備控制》

[2]林小峰.《可編程控制器原理及應用》.北京：高等教育出版社，2000.