淺談PLC技術(shù)在礦山機電控制中的應(yīng)用

蘆世波

摘 要：隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，國家對礦山設(shè)備運行的安全性要求越來越高，建設(shè)本質(zhì)安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設(shè)的核心。然而目前礦山企業(yè)的現(xiàn)狀是礦山技術(shù)人員匱乏，工人技術(shù)素質(zhì)極低，設(shè)備科技含量差等諸多弊端極大的制約著礦山企業(yè)的發(fā)展。因此，應(yīng)用高新技術(shù)去改造礦山設(shè)備是走出企業(yè)窘境的一條有效途徑。我礦于2004年開始，相繼進行了多次重大的技術(shù)革新。將PLC控制技術(shù)應(yīng)用于礦山的主提、主運、主采設(shè)備，通過應(yīng)用我們深刻的感受到新技術(shù)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：礦山提升；自動控制；安全

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A

能源是社會不斷發(fā)展的基礎(chǔ)，能源工業(yè)是我國市場經(jīng)濟建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)。目前，世界一次能源結(jié)構(gòu)中煤炭比例有所下降，但我國的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)一直維持在70%～80%的高比重水平，因此煤炭企業(yè)的高效、穩(wěn)定生產(chǎn)一直是國家發(fā)展的基礎(chǔ)。然而，雖然我國的煤炭資源豐富，但煤礦企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)卻一直處于國內(nèi)其他工礦企業(yè)的技術(shù)水平之下。煤炭生產(chǎn)離不開科學技術(shù)、科學技術(shù)成果又促進煤炭工業(yè)發(fā)展，因此應(yīng)用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)生產(chǎn)工藝，一直是被國家所倡導(dǎo)的改革方針。

礦井運輸和提升的任務(wù)，就是把煤炭及矸石從采掘工作面運到地面，把材料及設(shè)備運送到井下各工作地點，并且擔負著井上下往返人員的輸送。運輸和提升是礦井生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，運輸和提升設(shè)備能否安全、穩(wěn)定、高效的運轉(zhuǎn)，將直接影響到礦井的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益。礦山系統(tǒng)的運輸和提升設(shè)備均為大型的綜合系統(tǒng)，無論是操作還是系統(tǒng)維護方面都極其復(fù)雜。同時，由于煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全性問題，很多高校畢業(yè)生以及優(yōu)秀人才都不愿意到煤礦企業(yè)來工作。它們認為煤礦的工作危險性極高而工資待遇又與其危險性不相匹配。這就造成了現(xiàn)在煤礦企業(yè)技術(shù)人員匱乏、維護人員技術(shù)水平低、操作人員素質(zhì)差等諸多問題。隨著企業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)量的提高，這些問題已經(jīng)成為了制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。面對諸多問題，唯一能夠解決的途徑就是通過引進先進的科技技術(shù)，使提升、運輸?shù)却笮驮O(shè)備的操作、維護更加簡單，由智能化的系統(tǒng)來代替人的操作。因此，選擇先進、高效的控制系統(tǒng)對于提高礦井生產(chǎn)效率、減輕勞動強度、降低生產(chǎn)成本，都有很大的意義。

電氣控制技術(shù)是隨著科學技術(shù)的發(fā)展以及生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而不斷發(fā)展的。從手動到自動，簡單到復(fù)雜，從有觸點的接線到以計算機為中心的存儲控制，控制系統(tǒng)也在逐漸的演變、進化。

隨著大規(guī)模集成電路和微型處理器的發(fā)展，一種高效的可編過程控制器被成功研制問世，它以軟件手段來實現(xiàn)各種控制功能、以微型處理器為核心。它結(jié)合了計算機功能完備，靈活性、通用性好和繼電接觸器控制系統(tǒng)操作方便、價格低、簡單易懂等優(yōu)點，成為了一種適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置。它獨特地采用了以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，是程序編程及擴展更加簡單易懂?，F(xiàn)在可編過程控制系統(tǒng)已成為工業(yè)設(shè)備自動化控制的首選方案。

礦山企業(yè)的主提絞車是擔負著人員、物料、煤炭提升的主運設(shè)備，它的運行穩(wěn)定、安全與否是直接影響著企業(yè)的發(fā)展與效益。我礦主提絞車以前采用老式的tkd控制系統(tǒng)，它主要由繼電器邏輯電路以及大型空氣接觸器組成。該系統(tǒng)是我國60年代比較成熟的大型設(shè)備電控系統(tǒng)，但其缺陷也很明顯，它的電路接線復(fù)雜，電氣接點、聯(lián)線過多、可靠性不高、維護困難等無法解決的缺點。

顯而易見接點越多故障點越多，由于電氣事故經(jīng)常造成絞車中途停車或無法運行，給企業(yè)的發(fā)展及人員的安全造成極大的威脅。近年來，PLC控制技術(shù)在礦山設(shè)備上的應(yīng)用日漸成熟，越來越多的控制系統(tǒng)都采用PLC控制器，并很好的解決了礦山設(shè)備操作人員素質(zhì)低的問題。

2004年、2005年我礦先后對主井、副井的電控系統(tǒng)進行改造，采用了PLC控制技術(shù)，取代了原繼電器、接觸器等組成的有觸點控制系統(tǒng)。

改造后，PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點立竿見影：

1 操作方便

絞車的運行可根據(jù)設(shè)定進行加速、爬行、減速、停車，對司機的技術(shù)水平要求低。

2 系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性高、抗電磁干擾能力強

繼電接觸器控制系統(tǒng)雖然抗干擾能力強，但是其使用大量的機械類觸頭。而且其設(shè)備連線眾多，運行時間久了器件的老化、接線焊點的開焊、觸頭接面由于電弧的損傷都降低了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，其可靠程度是使用機械觸點的繼電器所無法比擬的。

3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、通用靈活

PLC產(chǎn)品均成系列化產(chǎn)品，模塊品種眾多。可將組件自由組合，形成滿足不同現(xiàn)場要求的控制系統(tǒng)。當系統(tǒng)應(yīng)用時，只需在輸入、輸出點接上信號線即可。但需要變更控制系統(tǒng)的功能時，可以根據(jù)需要修改程序。即使控制對象改變，依然可以使用同一個PLC系統(tǒng)，只是輸入、輸出組件及軟件不同而已。

4 編程方便，易于使用

PLC系統(tǒng)編程采用了梯形圖以及簡單的控制指令形式，模式上與繼電器控制的原理圖相類似，簡單易懂。

5 功能完善，擴展能力強

PLC中含有數(shù)量巨大的用于開關(guān)量處理的繼電器類軟組件，可輕松地實現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般繼電器控制無法實現(xiàn)的。PLC內(nèi)部具有許多控制功能，能方便地實現(xiàn)D/A、A/D轉(zhuǎn)換及PID運算，實現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它不僅可以控制一臺單機，還可以控制一個機群。

6 PLC具有很強的通訊功能它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)程序與數(shù)據(jù)交換和上位機監(jiān)控。

7 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便

PLC中相當于繼電接觸器系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等軟組件數(shù)量巨大，軟硬件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，可按性能、容量（輸入、輸出點數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，使安裝接線工作量大大減小。

8 檢修、維護方便，易于更換

PLC系統(tǒng)具有自我診斷功能模塊及故障的存儲、監(jiān)視功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。當系統(tǒng)發(fā)生運行故障及工作異常時，其系統(tǒng)自帶的存儲功能會記錄其故障信息，方便維護檢修人員進行查看分析，有助于迅速發(fā)現(xiàn)故障點并及時排除。

基于上述優(yōu)點，我礦也在近幾年的其他技術(shù)革新中引用了PLC控制技術(shù)，先后在西區(qū)兩米絞車、西區(qū)大傾角皮帶、采煤機、綜掘機等一系列設(shè)備上采用PLC控制。副上下操車系統(tǒng)采用三菱FX2N系列PLC，為整體式PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低并且安裝方便。適合輸入、輸出點少，規(guī)模小的控制系統(tǒng)。

2009年12月新安裝的西區(qū)兩米絞車為我礦首臺采用變頻調(diào)速技術(shù)的PLC電控絞車。該系統(tǒng)以三菱PLC為控制中心，以唐山開誠變頻器為控制單元，對提升機的啟動、加速、等速運行、制動減速、爬行、停車及換向進行控制，并具有《規(guī)程》規(guī)定提升機必有的電氣保護與連鎖裝置。各外設(shè)控制開關(guān)或傳感器作為輸入信號，分別采集各采集點信號，對信號集中處理。這些信號的工作狀態(tài)被PLC軟件調(diào)用，經(jīng)邏輯、時序、比較、微分、積分等手段處理后，PLC軟件的輸出繼電器動作，控制變頻器動作，完成提升機的加速、等速、減速、爬行、制動等工作過程。該系統(tǒng)的變頻器采用交-直-交電壓型主回路，整流器與逆變器結(jié)構(gòu)相同，功能器件采用IPM模塊，散熱器采用高效的熱管散熱器，因而使整個變頻器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。采用全數(shù)字無速度傳感器矢量控制，使系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，精度高，變頻器在低頻運行時也保證有100%額定轉(zhuǎn)矩輸出。變頻調(diào)速器的調(diào)速范圍非常寬，可以從0～50Hz，而且調(diào)頻精度高，可以真正實現(xiàn)電機的軟啟動和平滑調(diào)速。

2008年我礦由原來的炮采工藝改為機械化綜放采煤工藝，在采煤機、綜掘機等小型控制系統(tǒng)中也均采用了PLC控制技術(shù)，同時還增加了先進的抗干擾技術(shù)和廣電隔離，具有很高的可靠性。通過近幾年的實際應(yīng)用，它的平均無故障運行時間遠遠高于繼電器電路。

通過近幾年的生產(chǎn)應(yīng)用，PLC控制系統(tǒng)憑借其可靠、準確、抗干擾能力強、易維護等優(yōu)點，很好的解決了我礦原來繼電器控制系統(tǒng)無法克服的弊病，進一步保證了我礦的安全生產(chǎn)并大大提高了生產(chǎn)效率。

工欲善其事，必先利其器，要想使煤炭礦山有更大的發(fā)展，必須將現(xiàn)有先進的科學技術(shù)應(yīng)用到煤礦設(shè)備中去，使現(xiàn)有煤礦企業(yè)的自動化程度有一個質(zhì)的飛躍，在礦山企業(yè)中掀起一股科技改革的浪潮。

參考文獻

[1]許謬，王淑英.電器控制與PLC控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.