煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)中PLC技術(shù)的應(yīng)用

楊勇

摘 要：文章介紹了傳統(tǒng)的煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)中存在的問題和弊端，采用西門子公司生產(chǎn)的PLC控制器可以有效克服其問題和弊端；給出了PLC控制系統(tǒng)的硬件配置和軟件控制流程，對硬件模塊和軟件模塊做了詳細(xì)介紹；并且深入討論了該控制器的測速原理和計算方法，為PLC控制器在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞：煤礦提升機(jī)；模塊；控制指令；模擬量；數(shù)字量

前言

煤礦提升機(jī)作為礦山機(jī)械中的一員，對礦山的安全高效生產(chǎn)和運營起著非常重要的作用，尤其是提升機(jī)的操作保護(hù)系統(tǒng)。早期的操作保護(hù)系統(tǒng)存在諸多缺點：像可靠性較低、穩(wěn)定性較差、出現(xiàn)故障次數(shù)多和電路相對較復(fù)雜等。經(jīng)過專家的研究，在煤礦提升機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)中采用PLC，可以有效地克服上述缺點，還可以實現(xiàn)硬件功能的軟件化，因此得到普遍應(yīng)用。

煤礦提升機(jī)的操作保護(hù)系統(tǒng)主要完成兩方面的任務(wù)：一個是邏輯操作控制，另一個是故障安全保護(hù)。當(dāng)煤礦提升系統(tǒng)的操作保護(hù)系統(tǒng)中獲得相關(guān)信號時，操作系統(tǒng)會作出相應(yīng)的行為，操作保護(hù)系統(tǒng)在一方面會對輸入的相關(guān)信號進(jìn)行一系列的邏輯運算和判斷，做出相應(yīng)的行為，該行為主要有施壓行為、制動行為和報警行為，其中施壓行為有立即施壓和提升終了施壓，制動行為主要是電氣制動，報警行為是故障在顯示屏顯示并控制報警系統(tǒng)進(jìn)行報警；操作保護(hù)系統(tǒng)在另一方面還會對輸入的信號進(jìn)行一系列的邏輯運算和閉鎖，然后產(chǎn)生控制指令，像高壓磁場的合閘指令，過卷指令、安全復(fù)位控制指令和運行的方向指令等。

1 PLC操作保護(hù)系統(tǒng)的硬件配置

PLC是西門子公司的產(chǎn)品，現(xiàn)在在提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)中，應(yīng)用得到最廣泛的就是西門子公司的產(chǎn)品PLC，由于它的很多方面的性能都明顯的優(yōu)于傳統(tǒng)的操作保護(hù)系統(tǒng)。下面是各個硬件模塊的功能介紹：

（1）電源模塊：將220V的交流輸入電壓轉(zhuǎn)換成24V的直流輸出電壓，以供其它模塊使用。

（2）CPU模塊：控制總線上模塊與模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞，并執(zhí)行用戶輸入的程序。

（3）32路輸入模塊：該輸入模塊一共有3塊，它的作用是將PLC外部的信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部的可進(jìn)行處理的信號。

（4）16路輸出模塊：該輸出模塊一共有2塊，它的作用是將PLC內(nèi)部可處理的信號轉(zhuǎn)換成能夠控制提升機(jī)系統(tǒng)的外部信號，來控制提升機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行工作。

（5）轉(zhuǎn)換模塊：此模塊分為兩類模塊：一類是是A/D模數(shù)，它的作用是將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，便于PLC系統(tǒng)進(jìn)行識別和處理；另一類是D/A模塊，它的作用與A/D模塊的作用恰恰相反，它是將PLC內(nèi)部可處理的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成連續(xù)信號。

（6）通信模塊：它的作用是：確保各模塊與各模塊之間的通道流暢，再就是確保模塊與上位機(jī)之間的通道流暢，保證信號從各模塊傳送給上位機(jī)時，可以使上位機(jī)做出相應(yīng)的響應(yīng)。

（7）計數(shù)模塊：該模塊主要有2塊，這兩塊計數(shù)模塊的作用都是計數(shù)，兩塊模塊分別是對主滾動筒上的和導(dǎo)向輪上的編碼器進(jìn)行計數(shù)。

2 PLC操作保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計

PLC是西門子公司的產(chǎn)品，它不需要用戶自主進(jìn)行編程，能夠好好地滿足用戶的需要，下面是它的軟件模塊，軟件模塊的主要作用就是存放程序，它的軟件模塊有下列幾種：

（1）組織模塊（OB）：它的作用是保證接口通道流暢，保證CPU操作系統(tǒng)和用戶程序之間的通道流暢。對用戶程序的循環(huán)處理工作主要是由OB1模塊來完成的，剩余的OB模塊用來對特定事件做出響應(yīng)和中斷。

（2）功能模塊（FB）：它是可多次調(diào)用的邏輯功能模塊，它在執(zhí)行時必須帶有即時數(shù)據(jù)模塊，并且每次用戶程序?qū)B進(jìn)行調(diào)用時可提供新的參數(shù)。

（3）功能模塊（FC）：它也是可多次調(diào)用的邏輯功能模塊，但是它在執(zhí)行時不需要帶有即時數(shù)據(jù)模塊，這也是它與FB模塊的最大區(qū)別，并且每次用戶程序?qū)C進(jìn)行調(diào)用時可提供新的參數(shù)。

（4）數(shù)據(jù)模塊（DB）：數(shù)據(jù)模塊用來存放各種不同類型的數(shù)據(jù)，它在PLC存儲器開辟另一個存儲區(qū)。

根據(jù)用戶的要求和本身系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求，用戶程序可以自行選擇軟件模塊的構(gòu)成形式，其中軟件模塊有以下幾種，各個軟件模塊的功能和作用如下。

FC0、FC1兩個軟件模塊的作用是用來進(jìn)行計數(shù)，主要是用來計算計數(shù)模塊中的脈沖個數(shù)；DB1和DB2兩個軟件模塊的作用是存放FC0、FC1兩個軟件模塊計算出的計數(shù)模塊的脈沖個數(shù)，以此來實現(xiàn)計數(shù)模塊將數(shù)據(jù)和信號流暢而準(zhǔn)確的傳送到CPU模塊之中；FC91軟件模塊的作用是用來處理輸入到PLC中的模擬量，模擬量有：電機(jī)電壓和電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、軸承壓力、提升速度和載荷等；FC93軟件模塊的作用是制動，主要是對電氣施閘類故障進(jìn)行制動處理；FC114軟件模塊的作用是用來處理PLC內(nèi)部信號，并產(chǎn)生控制信號，像回路的安全和保障、故障的報警和液壓器件的制動等等；FC5軟件模塊的作用是進(jìn)行邏輯運算和閉鎖，主要是對輸入到PLC內(nèi)部的信號進(jìn)行運算并產(chǎn)生控制指令來控制提升系統(tǒng)的各個部分；FC92軟件模塊的作用是處理施閘類故障，這類故障主要是立即施閘類故障；FC94軟件模塊的作用也是對施閘類故障進(jìn)行處理，這類施閘類故障主要是提升終了施閘類故障；FC95軟件模塊的作用是處理報警類故障，當(dāng)報警系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，主要是由該模塊進(jìn)行處理；PLC的啟動組織模塊是OB100軟件模塊，在系統(tǒng)啟動后該組織模塊只可運行一次，以后的循環(huán)程序就不會再運行了，在該組織模塊中有關(guān)參數(shù)和程序可隨著用戶的需要進(jìn)行更改；OB1軟件模塊是用戶程序主要組成部分，用來存放用戶主程序，它也是組織模塊中唯一可以循環(huán)運行的軟件模塊，在FC功能模塊中編制成的可以實現(xiàn)特定功能和作用的程序可以在OB1軟件模塊中進(jìn)行循環(huán)調(diào)用，采用這樣的程序設(shè)計可以使我們的程序設(shè)計更加簡單，調(diào)試更加方便；OB35軟件模塊是組織模塊中唯一可以實現(xiàn)定時中斷的組織模塊，采用M/T法可以計算出提升機(jī)的提升速度。

3 結(jié)束語

煤礦提升機(jī)作為礦山設(shè)備中的重要一員，近些年來煤礦提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)主要是由PLC組成，而且具有以下優(yōu)點。

用同一臺PLC就可以控制不同的機(jī)器進(jìn)行工作，用戶只需改變軟件模塊中的程序就能滿足用同一臺PLC進(jìn)行控制不同機(jī)器的要求，大大節(jié)省了人力和物力，所以，它具有較好的通用性和經(jīng)濟(jì)性。PLC具有較強(qiáng)的邏輯運算能力和數(shù)字運算能力；所以它的功能還是比較強(qiáng)大的，此外，PLC能夠?qū)崿F(xiàn)自我診斷功能，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，它會自行檢出錯誤和故障，并作出相應(yīng)的行為。由于PLC的開關(guān)動作主要是通過半導(dǎo)體電路來完成的，它的技術(shù)中還采用了微電子技術(shù)；因此，它的可靠性很高。PLC中采取了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境；所以，它的抗干擾能力比較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1]董秋杰.PLC可編程序控制器作為測試設(shè)備的研究應(yīng)用[J].科學(xué)創(chuàng)新導(dǎo)報，2008（6）：16-23.

[2]張文.PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的實踐應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2012（10）：3-4.