PLC控制在礦山電氣控制中的應(yīng)用

楊成

摘 要：詳細探討了PLC控制系統(tǒng)在礦山電氣控制中的應(yīng)用，以期為相關(guān)單位的需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；礦山；電氣控制；不間斷電源

中圖分類號：TD63 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.156

隨著我國自動化控制技術(shù)的快速發(fā)展，PLC控制技術(shù)已成為自動化控制領(lǐng)域中極為重要的控制技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于礦山機電設(shè)備的控制之中。為了提升PLC技術(shù)的應(yīng)用水平，本文就PLC控制系統(tǒng)在礦山電氣控制中的應(yīng)用進行了探討。

1 PLC控制技術(shù)

1.1 PLC控制系統(tǒng)的組成

PLC控制系統(tǒng)是一種可進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，主要通過可編程控制器實現(xiàn)對各類生產(chǎn)設(shè)備的自動化控制。PLC控制系統(tǒng)能取代原有的繼電器，實現(xiàn)對機電設(shè)備的控制。該系統(tǒng)主要包括擴展接口、電源模塊、CPU、輸出和輸入接口，各部分之間通過數(shù)據(jù)總線、電源線連接。

PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為模塊式和固定式兩種。模塊式PLC控制系統(tǒng)包括電源、CPU、I/O模塊和機架，而固定式PLC控制系統(tǒng)由CPU板、內(nèi)存塊、顯示面板和I/O板組成。

1.2 PLC控制系統(tǒng)的工作原理

PLC控制系統(tǒng)的工作流程包括輸入采樣、執(zhí)行、輸出和刷新。其中，輸入采樣是基本環(huán)節(jié)，也是影響PLC控制系統(tǒng)工作效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在運行過程中，PLC控制系統(tǒng)會自動掃描數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)內(nèi)部單元，新輸入的數(shù)據(jù)不會影響其他數(shù)據(jù)；系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集后會進入執(zhí)行階段，開啟梯形圖模式掃描用戶程序，掃描順序分為從左到右和從上到下兩種，并采用新邏輯結(jié)果代替計算機系統(tǒng)中的舊邏輯結(jié)果，系統(tǒng)的控制命令與邏輯結(jié)果中的指令是對應(yīng)的，因此，應(yīng)確保采集到的數(shù)據(jù)保持不變；在輸出和刷新階段，系統(tǒng)會儲存控制數(shù)據(jù)，并通過輸出電流達到高效控制電氣設(shè)備的目的。

1.3 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

PLC控制技術(shù)具有良好的擴展性，可根據(jù)實際生產(chǎn)需求進行系統(tǒng)擴展。比如，PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計后，所有模塊均可帶電插拔，具有維護快捷、更換方便的特點；PLC控制系統(tǒng)采用不間斷電源（UPS）供電模式后，能保證內(nèi)部數(shù)據(jù)參數(shù)的安全性，從而提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。此外，PLC控制系統(tǒng)還具有在線編輯功能，可根據(jù)工藝流程的變化對設(shè)備的啟動順序進行調(diào)整和優(yōu)化。

2 PLC控制系統(tǒng)在礦山電氣設(shè)備中的應(yīng)用

2.1 PLC控制系統(tǒng)在提升機中的應(yīng)用

對于PLC控制系統(tǒng)在提升機中的應(yīng)用，主要是與大功率晶閘管變流器的組合，取代原有的繼電器控制裝置，從而使提升機具備全載全自動功能。具體應(yīng)用流程分以下3個階段：①保留原有的直流主電機和提升機，并確保舊提升機運行正常；去除原有的操作臺，設(shè)立新的操作臺，調(diào)整電樞回路，增加轉(zhuǎn)換刀閘；新、舊控制系統(tǒng)的切換由多路航空插頭完成，從而有效控制提升機制動系統(tǒng)的潤滑油泵；新控制系統(tǒng)在調(diào)試階段的穩(wěn)定性較差，為了確保生產(chǎn)的順利進行，工作人員需要借助舊控制系統(tǒng)輔助生產(chǎn)。此外，在某些情況下，舊控制系統(tǒng)可能需要被永久留用。②舊控制系統(tǒng)的改造、安裝和調(diào)試工作由維護人員負責(zé)，從而實現(xiàn)對安裝質(zhì)量的整體控制。在安裝過程中，管理人員應(yīng)開展實時電控監(jiān)測，尤其要注意井筒位置的開關(guān)和不同機械潤滑制動系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而在確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短新控制系統(tǒng)的調(diào)試時間；傳感器的監(jiān)測和校準(zhǔn)可通過在線送電的方式測試，但要保證各個測量參數(shù)具有真實性；檢測提升機提升時各部件的運行狀態(tài)，以實現(xiàn)一次性無誤切換；利用PLC控制系統(tǒng)對裝卸載系統(tǒng)進行在線調(diào)試，并與舊控制系統(tǒng)同時進行提升信號的控制工作，從而減少調(diào)試人員的工作量；確定動態(tài)響應(yīng)參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)完成新控制系統(tǒng)的空載和重載運行測試工作，以確保動態(tài)試驗傳統(tǒng)回路中閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③礦井機電設(shè)備全部停機，啟動全系統(tǒng)空載試運行模式，試運行時間一般為2 h；確保系統(tǒng)空載運行穩(wěn)定后，啟動裝載試運行模式，最終完成提升機的改造工作，實現(xiàn)全載、全自動提升的目標(biāo)。

2.2 PLC控制系統(tǒng)在膠帶機中的應(yīng)用

膠帶機是礦井生產(chǎn)運輸系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，一般采用電機+耦合器的方式驅(qū)動。而引入智能變頻器后，提升了該設(shè)備的運行效率。但變頻器并未發(fā)揮最大的節(jié)能功效，如果膠帶機運輸?shù)奈锲分挥忻喉?，則相當(dāng)于處于空載狀態(tài)。此時，如果設(shè)備仍處于全速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，則會浪費較多的電力資源。為了減少電力資源的浪費，可在膠帶機中加入PLC控制系統(tǒng)，并將控制網(wǎng)通信模塊并入ControlNet環(huán)網(wǎng)，從而實現(xiàn)對地面調(diào)度系統(tǒng)的全面信息化連接。以1756系列PLC控制系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)具有可擴展性，增加功能模塊后可控制變頻器的輸出功率，從而使變頻器實現(xiàn)動態(tài)變頻，達到節(jié)約電力資源的目的。具體操作步驟如下。

2.2.1 系統(tǒng)設(shè)計

采用PLC控制系統(tǒng)后，可通過ControlNet環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)不同PLC控制器間的通訊，還可在本地PLC控制器上讀取膠帶機前級設(shè)備的相關(guān)信息，從而可確定本地系統(tǒng)的輸出電流，合理調(diào)節(jié)變頻器的頻率，改變本地膠帶機的運行速度。此外，還可利用監(jiān)測設(shè)備實時監(jiān)測變頻器的電流，從而確保多臺膠帶機電機功率的平衡。

2.2.2 遠程通訊的實現(xiàn)

在系統(tǒng)中添加配套的通訊模塊后，可獲取通訊目標(biāo)的地址和通訊路徑。在系統(tǒng)程序中添加的模塊為遠程CNB通訊模塊，控制系統(tǒng)利用該模塊可找到與本地系統(tǒng)在同一個機架上的另一個PLC控制系統(tǒng)，從而在程序中建立通訊專用的MSG指令；可在本地PLC控制器中建立標(biāo)簽，并將讀取到的數(shù)據(jù)儲存在標(biāo)簽中。

2.2.3 變頻器的調(diào)節(jié)

為了控制變頻器的頻率，需要由PLC控制器提供4～20 mA的電流信號。具體而言，應(yīng)在本地PLC控制器中添加模擬量輸出模塊，并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，從而使其輸出的電流為4～20 mA，頻率為0～50 Hz；改變變頻器的設(shè)置，將“給定速度”更換為“AnalogInput模擬量輸入”，從而調(diào)節(jié)輸入精度；利用屏蔽雙絞線連接PLC控制器中的模塊、變頻器，實現(xiàn)在線校準(zhǔn)。此外，在連接雙絞線時，工作人員應(yīng)做好接地工作，以消除變頻器對傳輸信號的干擾。

2.2.4 膠帶機的動態(tài)調(diào)速

工作人員可將變頻器的模式設(shè)置為輕載和重載兩種，通過ControlNet讀取本地膠帶機前級電機的信息，并將電機的電流設(shè)置為50～80 A。如果前級電機的電流為50～60 A，且能持續(xù)2 min，則系統(tǒng)將認定膠帶機處于輕載狀態(tài)，此時，可將本地電機的頻率調(diào)整為25 Hz，并將其運行速度控制在2.4 m/s；如果前級電機的電流超過了60 A，且持續(xù)時間超過了5 min時，則本地系統(tǒng)將認定膠帶機處于重載狀態(tài)，此時，應(yīng)調(diào)整PLC控制模擬量輸出模塊的頻率，并使變頻器的頻率以1 Hz/s的速度遞增，直至50 Hz后，膠帶機將以4.8 m/s的速度運行。

2.3 其他應(yīng)用

PLC控制系統(tǒng)還可應(yīng)用于井下風(fēng)門和選礦中。礦山井下風(fēng)門兩側(cè)的空氣壓力不等，壓力差會對風(fēng)門的開啟造成很大的影響，為了解決該問題，研究人員利用氣缸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的帶動作用開啟發(fā)風(fēng)門，并利用小風(fēng)窗解決了風(fēng)門兩側(cè)壓力差大的問題；選礦是采礦作業(yè)中必不可少的環(huán)節(jié)之一，選礦工藝的水平主要由磨礦分級作業(yè)的質(zhì)量決定，磨礦分級的自動化控制主要通過功率變送器完成，通過檢測磨機運行期間的電流，可調(diào)整磨機的工作狀態(tài)，這樣不僅能使系統(tǒng)具有自我診斷功能和校正功能，還能為磨砂效率的檢測提供合理參考依據(jù)。

3 結(jié)束語

綜上所述，PLC控制技術(shù)在我國煤礦機電設(shè)備的控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。因此，為了進一步提升PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平，相關(guān)工作人員應(yīng)采取相應(yīng)的措施提升該系統(tǒng)的運行效率。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕