PLC技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的應(yīng)用研究

摘要：PLC是指可編程序控制器，是一種自動(dòng)化控制設(shè)備。這種控制器因模塊化組合結(jié)構(gòu)的采用而使系統(tǒng)組合變得靈活、方便。能夠有效地抵抗干擾，非?？煽浚绦蚓庉嫷恼Z言簡(jiǎn)單、便捷，能夠在線修改等這些優(yōu)點(diǎn)使PLC越來越多的被使用到礦山機(jī)電控制中。傳統(tǒng)的繼電器控制已經(jīng)不能夠滿足近幾年煤礦現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程了，PLC被越來越多地使用到礦山機(jī)電控制中，使得礦山機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化程度越來越高，取得更好的經(jīng)濟(jì)方面的效益。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；礦山機(jī)電控制；應(yīng)用實(shí)例

隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化水平也越來越高，傳統(tǒng)的繼電器控制已經(jīng)不能夠滿足這種自動(dòng)化的發(fā)展需求了，PLC這種具有良好經(jīng)濟(jì)效益的自動(dòng)化控制設(shè)備更好地適應(yīng)了這種現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)，因此PLC被廣泛的使用。本文主要論述了PLC技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的應(yīng)用。

1.PLC的基本組成部分

中央處理器（CPU）、接口、電源、存儲(chǔ)器和外部設(shè)備編程器是PLC的基本組成部分，其中接口主要是指輸入、輸出、外部設(shè)備和擴(kuò)展等所需要用到的接口[1]。PLC的內(nèi)部的各個(gè)組成部分主要一些總線來進(jìn)行連接，比如電源總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線等，外部的控制裝置要根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要來進(jìn)行配備。PLC從結(jié)構(gòu)方面來劃分，可以分為固定式PLC和模塊式PLC兩種，固定式PLC主要是指中央處理器、電源等組成部分是一個(gè)整體，不能夠拆卸，模塊式PLC顧名思義就是指這些組成部分是以模塊的形式組合在一起的，能夠按照規(guī)則來進(jìn)行拆卸并重新配置。

2.PLC的優(yōu)點(diǎn)

PLC是利用數(shù)字運(yùn)算來操作的電子系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)適應(yīng)了工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用。PLC能夠利用可編程序的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)各種操作命令，比如運(yùn)算指令、控制指令、定時(shí)指令等，然后將這些指令通過數(shù)字、模擬的輸入或者輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械或者生產(chǎn)過程的控制[2]。

模塊化PLC能夠重新組合配置的特點(diǎn)，使得系統(tǒng)能夠非常靈活、方便的進(jìn)行組合，而且PLC能夠抵抗干擾，編程需要的語言非常簡(jiǎn)單、方便，可以及時(shí)進(jìn)行修改等這些優(yōu)點(diǎn)，使PLC在各行各業(yè)的控制系統(tǒng)中被廣泛的使用。近幾年，煤礦的現(xiàn)代化發(fā)展腳步不斷加快，這就要求礦山機(jī)電設(shè)備必須要有越來越高的自動(dòng)化水平，可編程控制器與傳統(tǒng)的繼電器控制相比更具優(yōu)勢(shì)，更能夠適應(yīng)機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化的發(fā)展需求。

3.PLC技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的應(yīng)用研究

3.1.利用PLC技術(shù)對(duì)礦山老舊提升機(jī)進(jìn)行改造

將礦山老舊提升機(jī)改造的可行之法是保留提升機(jī)的機(jī)械和主機(jī)部分，將礦山老舊提升機(jī)原來傳統(tǒng)的繼電器控制運(yùn)用大功率晶匣管變流器和可編程控制器來進(jìn)行改造。主要的步驟有：第一步，將原來的操作臺(tái)的位置空出來以方面新操作臺(tái)的安裝，將原操作臺(tái)放置到別的地方，在新操作臺(tái)安裝和檢測(cè)期間暫時(shí)使用原來的系統(tǒng)在原操作臺(tái)進(jìn)行控制；第二步，為了實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)和老系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，可以將新系統(tǒng)和舊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換刀閘安裝到電樞回路上。提升機(jī)中的系統(tǒng)潤滑油泵控制中新系統(tǒng)和老系統(tǒng)的切換可以利用多路航空插頭來實(shí)現(xiàn)，在新系統(tǒng)調(diào)試期間，老系統(tǒng)可以與新系統(tǒng)并存，相互成為對(duì)方的備用系統(tǒng)[3]。新系統(tǒng)調(diào)試完成之后可以拆除老系統(tǒng)，如有必要也可以保留；第三步，對(duì)新系統(tǒng)的質(zhì)量在安裝的過程中要嚴(yán)格控制，安裝過程中，安裝人員要選擇在未來要對(duì)新系統(tǒng)負(fù)責(zé)維修的人員來進(jìn)行，而且要求安裝人員具有熟練的技術(shù)。安裝人員可以在新系統(tǒng)的安裝和調(diào)試過程中積累經(jīng)驗(yàn)，使自己將來在新系統(tǒng)的維護(hù)和維修工作中能夠更加游刃有余；第四步，采用電控監(jiān)測(cè)的方式對(duì)井筒位置開關(guān)、行程、機(jī)械潤滑系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，可以縮短新系統(tǒng)調(diào)試所需的時(shí)間。新系統(tǒng)安裝完成后，要對(duì)傳感器進(jìn)行在線送電的測(cè)驗(yàn)，要核對(duì)測(cè)驗(yàn)中的參數(shù)與實(shí)際的參數(shù)是否對(duì)應(yīng)。老系統(tǒng)在持續(xù)提升運(yùn)行的過程中，每一部分都要利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行檢測(cè)，盡可能的實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)之間的一次性無誤切換；第五步，完成裝卸系統(tǒng)的再線調(diào)試后，利用新來系統(tǒng)混合控制的方式對(duì)裝卸載和提升信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，老系統(tǒng)控制裝卸系統(tǒng)，新系統(tǒng)控制提升機(jī)裝卸站，盡量做到測(cè)試僅需一次性的投入就實(shí)現(xiàn)成功，這樣就減少了新系統(tǒng)全部調(diào)試完成的工作量[4]；第六步，在傳動(dòng)回路中，變環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到電流、速度、位置閉環(huán)的直接影響，這三個(gè)閉環(huán)正確則變環(huán)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。對(duì)對(duì)這三個(gè)閉環(huán)需要每天進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的檢修，可以利用這段時(shí)間利用編碼器輸出試驗(yàn)和電樞回路電流環(huán)控制試驗(yàn)對(duì)各參數(shù)的響應(yīng)進(jìn)行確定，為全系統(tǒng)空載和全系統(tǒng)重載的測(cè)試創(chuàng)造條件；第七步，利用全礦井機(jī)電設(shè)備停產(chǎn)檢修的兩天時(shí)間對(duì)全系統(tǒng)空載進(jìn)行試運(yùn)行，將速度利用幾次提速實(shí)驗(yàn)達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值。全系統(tǒng)的重栽試驗(yàn)要等到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常之后才能進(jìn)行，完成重載試驗(yàn)后就標(biāo)志著礦山老舊提升機(jī)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的控制改造。

3.2.實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門自動(dòng)啟閉的分析

大多數(shù)情況下，井下的風(fēng)門都是靠人工來實(shí)現(xiàn)啟閉的。較大的負(fù)重和較大風(fēng)門操作力，一定程度上給風(fēng)門的開啟和關(guān)閉帶來了不方便，另外還可能會(huì)對(duì)風(fēng)門造成損壞。由于井下風(fēng)門有著不同于其他系統(tǒng)的特性，可以利用紅外傳感器檢測(cè)過往車輛的形態(tài)，在這個(gè)基礎(chǔ)上運(yùn)用可編程控制器來對(duì)進(jìn)行風(fēng)門的自動(dòng)啟閉實(shí)現(xiàn)控制，這種自動(dòng)啟閉既節(jié)省了人力、保護(hù)了風(fēng)門，也在一定程度上加強(qiáng)了對(duì)車輛和行人安全的保障。實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門自動(dòng)啟閉最關(guān)鍵的是要考慮到風(fēng)門兩側(cè)的氣壓的不同，這就導(dǎo)致了壓強(qiáng)的形成，一般情況下要開啟風(fēng)門需要三十到五十千克的開啟壓力，一旦風(fēng)門開啟了一個(gè)縫隙之后，風(fēng)門開啟所需要的壓力就會(huì)迅速下降，一般為五千克左右。通過這種情況可以看出，要減小風(fēng)門開啟的壓力，可以在風(fēng)門上設(shè)置一個(gè)窗口。由于窗口面積比風(fēng)門小很多，窗口開啟需要的開啟壓力也要比風(fēng)門開啟時(shí)的壓力小很多，小窗口的開啟能夠迅速改變風(fēng)門兩側(cè)的氣壓，使氣壓幾乎消失了，這時(shí)再開啟風(fēng)門就會(huì)減小開啟壓力[5]。

利用可編程控制器自動(dòng)啟閉井下風(fēng)門的工作原理是：井下風(fēng)門需要開啟時(shí)，二位五通雙控電磁閥接收到需要開啟的控制信號(hào)，電磁閥打到供氣的位置，通過活塞的運(yùn)動(dòng)，將行走部分向外帶動(dòng)，這時(shí)會(huì)首先打開風(fēng)門上的小窗。當(dāng)小窗的開啟到風(fēng)門為30°夾角的時(shí)候，小窗在固定銷擋的作用下停止開啟，行走部分在活塞運(yùn)動(dòng)的帶動(dòng)下繼續(xù)向外運(yùn)動(dòng)，這樣便完成了風(fēng)門的開啟[6]。風(fēng)門兩側(cè)的氣壓在小窗開啟之后差值迅速變小，兩側(cè)氣壓幾乎趨于相同，這時(shí)開啟風(fēng)門會(huì)非常容易。風(fēng)門達(dá)到90°角之后就完成了開啟的過程，這時(shí)車輛和行人便可以安全通行。風(fēng)門需要關(guān)閉的時(shí)候，采用同樣的步驟，控制信號(hào)使二位五通雙控電磁閥換方向，將壓氣運(yùn)動(dòng)到氣缸相反的一方，活塞帶動(dòng)行走部分行動(dòng)，先關(guān)閉小窗，一直到風(fēng)門完全關(guān)閉。

3.3.分析PLC在空氣壓縮機(jī)群微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

空氣壓縮機(jī)群微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了可編程控制器之后，比之前采用單片機(jī)或工業(yè)控制機(jī)更加先進(jìn)有效，使空氣壓縮機(jī)群微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)試更加準(zhǔn)確，同時(shí)增強(qiáng)了整個(gè)機(jī)體的抗干擾能力，使得空氣壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)能夠更加的安全。

煤礦生產(chǎn)所需的動(dòng)力設(shè)備中，空氣壓縮機(jī)是其中非常重要的一個(gè)。目前在煤礦生產(chǎn)中使用的空氣壓縮機(jī)，很大一部分都是采用繼電器來控制的，達(dá)不到《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定的空氣壓縮機(jī)安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致了容易發(fā)生故障。維護(hù)工作量大等問題。也有一些礦井采用了自動(dòng)控制及微機(jī)控制的空氣壓縮機(jī)，但是由于空氣壓縮機(jī)機(jī)型和一些維護(hù)措施不能適應(yīng)空氣壓縮機(jī)工作的特殊環(huán)境，避免不了安裝不久就難以正常使用的情況。采用可編程控制器的新型空氣壓縮機(jī)群組微機(jī)控制系統(tǒng)，利用溫度、壓力變送器和斷水裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集，再由可編程控制器進(jìn)行處理，通過傳感器將設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)值實(shí)時(shí)顯示到數(shù)顯示儀表上。

3.4.分析PLC在選煤廠集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司鮑店煤礦選煤廠的控制系統(tǒng)是可編程控制器系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控向配合。

該廠原來的控制站有調(diào)度室、煤焦控制室和壓濾車間，調(diào)度室負(fù)責(zé)沉降離心脫水系統(tǒng)、跳汰系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)，原煤集控室負(fù)責(zé)原煤系統(tǒng)的重介選矸系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)，儲(chǔ)運(yùn)集控室負(fù)責(zé)儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)。這三個(gè)控制室之間有著互不關(guān)聯(lián)的、獨(dú)立的可編程控制器主機(jī)，各個(gè)控制室之間互不溝通，采用的控制主機(jī)的版本也不一樣。通過改造，將該廠的控制系統(tǒng)改為兩個(gè)，一個(gè)為新集控系統(tǒng)，一個(gè)為原煤車間，兩個(gè)控制系統(tǒng)只有在上位機(jī)可以相互訪問，不實(shí)現(xiàn)直接的通訊。

3.5.下運(yùn)膠帶機(jī)中KZP型盤式可控制動(dòng)裝置的應(yīng)用

KZP型盤式可控制動(dòng)裝置是一種機(jī)電液一體化設(shè)備。閘瓦和制動(dòng)盤摩擦產(chǎn)生的力，就是盤式可控制東裝置的制動(dòng)力。要改變改變可控制動(dòng)裝置的制動(dòng)力，可以通過閘瓦對(duì)制動(dòng)盤正壓力的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，而正壓力和制動(dòng)油壓成正比，也就同時(shí)調(diào)節(jié)了液壓系統(tǒng)的控制油壓[7]。

“可控”是KZP型盤式可控制動(dòng)裝置的主要特點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和膠帶的轉(zhuǎn)速可以通過主驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸和膠帶輸送機(jī)上的傳感器來讀取。當(dāng)讀取的速度比設(shè)定值大時(shí)，KZP型盤式可控制動(dòng)裝置需要減少制度系統(tǒng)的油壓，可以通過減少對(duì)制動(dòng)閘液壓比例閥的供電來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，為膠帶減少速度；反之，如果讀取的數(shù)值小于設(shè)定值，則增大供電流，加大制動(dòng)系統(tǒng)油壓，保障膠帶正常速度運(yùn)轉(zhuǎn)[8]。

4.總結(jié)

通過上述這些PLC實(shí)際應(yīng)用的列舉，說明PLC技術(shù)已經(jīng)在礦山機(jī)電控制中有了廣泛的使用，在對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備進(jìn)行改造的過程中PLC具有巨大的優(yōu)勢(shì)，也對(duì)未來的礦山機(jī)電控制發(fā)展和煤礦自動(dòng)化的發(fā)展具有重大的意義。

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作者簡(jiǎn)介：于振飛（1983.11-），男，籍貫：山西省朔州市，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：自動(dòng)化控制。