煤礦機(jī)電控制中PLC技術(shù)應(yīng)用探討

王登振 王棟 丁汝青

摘要：PLC，即可編程序控制器，是重要的自動(dòng)化控制設(shè)備，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、操作簡單方便、柔性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展要求，機(jī)電控制中PLC技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛。PLC技術(shù)代替了傳統(tǒng)的繼電器控制方式，并取得了優(yōu)良的效益，本文通過對(duì)PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電控制中的可行性進(jìn)行研究，為PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)電控制； PLC技術(shù)；應(yīng)用探討

煤礦機(jī)電對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用，推動(dòng)著國民經(jīng)濟(jì)中各行各業(yè)的發(fā)展，隨著煤礦機(jī)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦機(jī)電系統(tǒng)的安全性能也在不斷提高，系統(tǒng)的運(yùn)行效率也有所進(jìn)步。但是隨著信息技術(shù)的發(fā)展，煤礦機(jī)電的控制系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)為以信息系統(tǒng)為載體的監(jiān)控時(shí)代，其中，PLC技術(shù)運(yùn)用到煤礦機(jī)電控制系統(tǒng)對(duì)煤礦機(jī)電控制的進(jìn)步幫助很大，讓煤礦生產(chǎn)更加安全、高效，降低安全事故發(fā)生的概率，同時(shí)也為相關(guān)的實(shí)踐提供了理論依據(jù)。

1.PLC技術(shù)概述

PLC即可編程邏輯控制器，是一類可編程的存儲(chǔ)器，用于內(nèi)部存儲(chǔ)程序、順序控制、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、算數(shù)和計(jì)數(shù)等面向用戶的指令，并且通過模擬式或數(shù)字輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械或是生產(chǎn)過程。PLC的核心是微處理器，是數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝備，用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計(jì)，是具備變成功能的存儲(chǔ)器進(jìn)行內(nèi)部的程序運(yùn)算，在計(jì)算的基礎(chǔ)上通過順序操作和定時(shí)處理來向用戶發(fā)送指令，以達(dá)到控制機(jī)械生產(chǎn)的目的。

PLC的硬件結(jié)構(gòu)和微型計(jì)算機(jī)相同，基本結(jié)構(gòu)為電源、中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊和通信模塊等。PLC的電源在系統(tǒng)中起著十分重要的作用，是維持機(jī)械正常工作的基礎(chǔ)，因此，對(duì)PLC的電源設(shè)計(jì)制造也是十分重要的，交流電壓波動(dòng)要在+10%左右的范圍內(nèi)，要達(dá)到不采取其他措施也能將PLC直接連接到交流電網(wǎng)去的效果。中央處理器是PLC的控制中樞，按照PLC賦予的功能來接受并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，并且起到檢查電源、存儲(chǔ)器等的工作狀態(tài)和診斷用戶程序中語法錯(cuò)誤的作用。中央處理器以掃描的方式來執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算，將結(jié)果輸入到I/O映象區(qū)或寄存器內(nèi)，等用戶程序執(zhí)行完畢后再將各輸出狀態(tài)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，以此循環(huán)。PLC的存儲(chǔ)器分為存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器和存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器，前者成為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，后者稱為用戶程序存儲(chǔ)器。輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，輸出電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、中斷請(qǐng)求電路和選通電路集成，輸入接口電路作為PLC和現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道，輸出接口電路作為PLC通向現(xiàn)場輸出接口電路向外輸出的控制信號(hào)。PLC的功能模塊包括技術(shù)、定位等功能，通信模塊則是向外輸出信號(hào)。

2.PCL的優(yōu)越性及工作原理

PLC采用模塊化組合結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合較為靈便，具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、普及性和操作方便、編程語言簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)在線修改，具有柔性好的特點(diǎn)。在工業(yè)現(xiàn)象，PCL技術(shù)被廣泛應(yīng)用于開關(guān)邏輯控制、機(jī)器人、自動(dòng)裝置、閉環(huán)過程控制和機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制等。隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，煤礦機(jī)電控制對(duì)于自動(dòng)化的要求越來越高，PLC被越來越多的代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制，在實(shí)際的使用過程中取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

輸入采樣是PLC的基本環(huán)節(jié)，對(duì)于PLC的控制起到?jīng)Q定性效果。在進(jìn)行輸入采樣時(shí)，掃描儀對(duì)于作業(yè)面進(jìn)行掃描，將掃描數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到記憶體中，可以被隨機(jī)傳輸?shù)教幚韱卧M(jìn)行分析。無論后級(jí)階段如何進(jìn)行操作，都沒法改變掃描所得數(shù)據(jù)，因?yàn)閽呙璨蓸与A段收集的數(shù)據(jù)是單獨(dú)存在的，所以在掃描采樣之后，要妥善保管記憶防止數(shù)據(jù)丟失。掃描數(shù)據(jù)完成采樣后，可以根據(jù)PLC使用梯形圖模式，以此來掃描用戶程序，根據(jù)計(jì)算的順序來進(jìn)行掃描，確保掃描結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)上，這一階段要保證采樣數(shù)據(jù)的完整，以防系統(tǒng)產(chǎn)生的控制命令對(duì)變化的采樣數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致系統(tǒng)控制的漏洞出現(xiàn)。最后還要輸出刷新階段，讓控制系統(tǒng)總結(jié)收集的數(shù)據(jù)，以輸出得到的結(jié)果為依據(jù)來控制自動(dòng)化設(shè)備。

3.使用PLC技術(shù)來控制煤礦機(jī)電系統(tǒng)

在煤礦機(jī)電系統(tǒng)的控制中，一般使用梯形圖來進(jìn)行程序控制，這就給邏輯程序的發(fā)揮提供了便利。簡單的操作降低了維護(hù)難度，在不同集控控制系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)切換，讓系統(tǒng)運(yùn)行靈活多樣。同時(shí)PLC還能實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，包括系統(tǒng)的狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等，一旦出現(xiàn)影響正常生產(chǎn)的故障，監(jiān)控系統(tǒng)就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并傳遞信息，相關(guān)人員就能夠及時(shí)進(jìn)行處理，防止安全事故的發(fā)生，并為以后的維修提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.PCL技術(shù)在煤礦機(jī)電控制中的應(yīng)用

4.1改善礦山提升機(jī)

利用PLC技術(shù)，可以很好地改善煤礦機(jī)電控中提升機(jī)的機(jī)械部分，利用相關(guān)技術(shù)，采取大功率晶閘管變流器和PLC控制來改變老舊提升機(jī)的原繼電器控制，在直流主電機(jī)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的完善。首先可以整體搬移原有操作臺(tái)，為新操作臺(tái)創(chuàng)造條件，在此期間以原操作臺(tái)進(jìn)行操作。在電樞回路上安裝新系統(tǒng)轉(zhuǎn)換刀閘，提升制動(dòng)系統(tǒng)潤滑油泵控制，多采用航空插頭來進(jìn)行新老系統(tǒng)交換，老系統(tǒng)嘗試在新系統(tǒng)調(diào)試期間同步運(yùn)行，為日后留作備用。在安裝過程中要嚴(yán)格控制質(zhì)量，通過全程參與的方式來進(jìn)行調(diào)試，完成后轉(zhuǎn)入正常維護(hù)條件。為了縮短新系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間，對(duì)井筒位置開關(guān)、行程等都能進(jìn)行電控監(jiān)測，通過傳感器來校對(duì)每個(gè)測量參數(shù)，保證系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)切換。通過傳感回路中的電流閉環(huán)和速度，來確定閉環(huán)系統(tǒng)是否直接影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性，通過編碼輸出實(shí)驗(yàn)哈電流環(huán)控制來確定動(dòng)態(tài)參數(shù)，為系統(tǒng)的運(yùn)行空載創(chuàng)造條件。

4.2井下風(fēng)門自動(dòng)啟閉

現(xiàn)在井下使用的風(fēng)門大多是人工操作的，但是由于負(fù)壓較大，開門的操作力比較大，開啟和關(guān)閉比較不方便，容易損壞風(fēng)門，影響風(fēng)門特殊結(jié)構(gòu)。但是根據(jù)風(fēng)門的結(jié)構(gòu)，利用PLC技術(shù)，由遠(yuǎn)紅外傳感器來對(duì)車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，即保證車輛和行人安全，又節(jié)省人力。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于先開窗口，后開門，風(fēng)門的兩側(cè)空氣具有一定壓差，風(fēng)門面積較大，開啟壓力有30-50kg，但是如果風(fēng)門有比較小的開啟時(shí)，壓力就會(huì)銳減。為了減少開啟壓力，可以在風(fēng)門上設(shè)置一個(gè)窗口，當(dāng)風(fēng)門需要開啟時(shí)，控制信號(hào)就會(huì)給二位五通雙控電磁閥傳送信息，電磁閥由此打開供氣位置，隨后汽缸的活塞帶動(dòng)行走部門向外運(yùn)動(dòng)，就能夠打開風(fēng)門上的小窗。

4.3空氣壓縮機(jī)群組的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

將PLC為核心的空氣壓縮機(jī)群組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來解決單片機(jī)或工業(yè)控制機(jī)為核心的空氣壓縮機(jī)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)測試來整機(jī)抗干擾力差值，完善空氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的安全保護(hù)?？諝鈮嚎s機(jī)作為煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備，其監(jiān)控水平和保護(hù)技術(shù)水平如果不能達(dá)到國家規(guī)定的相關(guān)要求，就會(huì)出現(xiàn)故障率高、維護(hù)量大的現(xiàn)象。礦井采用的空氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制和微機(jī)控制技術(shù)不能滿足現(xiàn)代煤礦業(yè)發(fā)展的需要，因此需要利用新研制的空氣壓縮機(jī)群組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來收集現(xiàn)場信號(hào)，送到PLC相關(guān)模塊，再由中央處理器進(jìn)行處理，經(jīng)由傳感器來顯示設(shè)備的工作狀態(tài)，以達(dá)到保護(hù)和集中控制等功能。

5.總結(jié)

PLC技術(shù)運(yùn)用到煤礦機(jī)電控制系統(tǒng)中，可以有效改變煤礦機(jī)電系統(tǒng)中的劣勢，將系統(tǒng)中的各個(gè)控制功能結(jié)合起來，有機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)踐證明，PLC技術(shù)可以最大限度地提高煤礦機(jī)電系統(tǒng)中各項(xiàng)功能的運(yùn)轉(zhuǎn)，確保設(shè)備的穩(wěn)定性，既滿足日常的生產(chǎn)需要，又能夠提高生產(chǎn)調(diào)度的效率，提高運(yùn)行的靈活性和便利性，具備很強(qiáng)的操作性。

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