探究PLC在煤礦電氣自動化過程中的應(yīng)用

朱珠

中煤陜西榆林大海則煤業(yè)有限公司 陜西榆林 719000

1 PLC技術(shù)的含義

可編程控制器是一項復(fù)雜的技術(shù)。一般來說，它是電子數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)中不可或缺的部分。本系統(tǒng)采用基于程序設(shè)計的操作系統(tǒng)，與其他控制技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：技術(shù)的可擴(kuò)展性強(qiáng)；該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自診斷能力，可在設(shè)備本身或周圍發(fā)生故障時，采用PLC軟件進(jìn)行故障診斷。如果系統(tǒng)仍然存在錯誤，接收會更方便。本系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)對控制器進(jìn)行選型，在維修和更換配件時提供一定的舒適性。該系統(tǒng)還具有PLC處理功能。如果在生產(chǎn)過程中需要改變工藝，可以根據(jù)實際情況重新編制工藝方案，以達(dá)到較好的效果，大大節(jié)約成本，縮短生產(chǎn)周期。工藝和設(shè)備流程的明顯改進(jìn)，對提高生產(chǎn)效率起到了積極作用。具體工作原理如下。①輸入采樣。PLC通過掃描收集需讀入的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，然后儲存到相應(yīng)的映象區(qū)單元。采樣結(jié)束后，PLC可執(zhí)行用戶程序并進(jìn)行刷新。此階段可任意輸入數(shù)據(jù)。②程序執(zhí)行。PLC按照梯形圖程序的順序，自上而下、從左到右執(zhí)行用戶程序。程序執(zhí)行中，根據(jù)程序運算指令，通過邏輯運算或其他運算計算結(jié)果，存入相應(yīng)內(nèi)部繼電器，然后刷新對應(yīng)狀態(tài)，確定是否需要執(zhí)行相關(guān)指令。③輸出刷新。掃描結(jié)束后，PLC 開始輸出刷新。CPU根據(jù)映象區(qū)的狀態(tài)和具體數(shù)據(jù)，鎖存所有輸出電路，然后輸出驅(qū)動外部程序。以上步驟是PLC工作的一個周期。PLC運行中，將重復(fù)執(zhí)行上述步驟

2 PLC控制器與煤礦電氣生產(chǎn)自動化優(yōu)勢

初步的PLC設(shè)計，只需輸入少量數(shù)據(jù)，使得結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了精煉和簡化的特點。降低了運行過程中發(fā)生安全事故的可能性?？沙掷m(xù)穩(wěn)定運行的PLC系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)的穩(wěn)定性，使其維護(hù)管理具有一定的優(yōu)越性，大大減少了工作量，既有效地提高了系統(tǒng)的利用率，又減少了投資。

2.1 穩(wěn)定性強(qiáng)，抗干擾能力好

PLC技術(shù)廣泛地應(yīng)用于電氣自動化過程中，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。同時，PLC的硬件具備自我檢測功能，可及時發(fā)現(xiàn)運行故障，并進(jìn)行報警。大的公司通常會把PLC技術(shù)引入生產(chǎn)，進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，能有效減少故障，提高生產(chǎn)效率。

2.2 功能強(qiáng)大，維護(hù)簡單

可編程控制器的PLC技術(shù)在理論和實踐上都比較先進(jìn)，可以滿足煤礦自動化生產(chǎn)的需要。在操作和邏輯數(shù)據(jù)處理上，能較好地適應(yīng)現(xiàn)代煤礦自動化生產(chǎn)。存儲器邏輯PLC外接少，接口簡單；可在線上進(jìn)行PLC控制，廣泛用于小批量生產(chǎn)。與傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)相比，可編程控制器的能量利用降低了能源生產(chǎn)成本。

2.3 語言編程簡單

作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC語言編程相對簡單，主要采用梯形圖語言，有利于PLC技術(shù)的普及。

3 特點

3.1 實用性強(qiáng)

PLC技術(shù)是從理論和實踐上發(fā)展起來的，能滿足煤礦自動化的要求，在數(shù)據(jù)和邏輯處理上實用，適合于目前的瓦斯自動化礦井。實踐中，主要基于內(nèi)存邏輯，少外接線路，接口方便。電氣自動化控制系統(tǒng)的實用性強(qiáng)，各工廠的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)要求各不相同[1]。發(fā)電廠電氣自動控制系統(tǒng)靈活實用，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，在一定程度上提高了數(shù)字化程度，增加了控制的靈活性，經(jīng)過實踐證明，該系統(tǒng)能夠滿足煤炭生產(chǎn)自動化的要求，在操作與邏輯數(shù)據(jù)處理等方面，也易于適應(yīng)現(xiàn)代煤炭生產(chǎn)的要求。存儲器邏輯PLC外接少，接口簡單，可在線上進(jìn)行PLC控制，可以廣泛用于小批量生產(chǎn)。而且采用PLC技術(shù)可以降低能源生產(chǎn)成本。

3.2 便捷

可編程序控制具有便攜性，其設(shè)計結(jié)構(gòu)智能、簡單，效率高，最重要的是易于控制，相對于常規(guī)控制，優(yōu)點十分突出。很多控制器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不利于人工操作，對井下作業(yè)人員也十分不利。而且，可編程控制系統(tǒng)在計算機(jī)語言中的應(yīng)用是比較初級的，就像大多數(shù)人能夠理解的那樣，這也意味著它的維護(hù)成本低，生產(chǎn)周期較短，在具體的維護(hù)過程中很難實現(xiàn)。促進(jìn)了煤礦生產(chǎn)中自動化控制的加強(qiáng)和各種問題的減少。

4 PLC技術(shù)在電氣自動化控制應(yīng)用的發(fā)展趨勢

在工作環(huán)境相對復(fù)雜的區(qū)域，傳統(tǒng)人工控制方法不僅危險系數(shù)大、成本高，而且工作效率無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。近年來，PLC技術(shù)廣泛應(yīng)用于電氣自動化控制領(lǐng)域，很好地解決了該問題，為企業(yè)創(chuàng)造了效益。

5 PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電控制中的應(yīng)用

5.1 PLC技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用

分析了煤礦開采的具體情況，認(rèn)為單純利用傳統(tǒng)的杠桿作用是不能滿足當(dāng)前需要的，PLC技術(shù)也逐漸進(jìn)入人們的視野，為老式吊車的改造提供了發(fā)展機(jī)會，在改造過程中起到了積極的作用，通過合理應(yīng)用PLC技術(shù)，PLC技術(shù)已經(jīng)成為煤礦運輸系統(tǒng)的核心。舊型吊車的改造主要是通過高性能渦輪機(jī)變頻器和程序控制變頻器：

（1）對需要存放在舊型吊車中的諸如直流電動機(jī)等提升設(shè)備進(jìn)行固定存放。試驗中，若零件能連續(xù)使用，無需更換，可節(jié)省轉(zhuǎn)換成本，避免浪費。

（2）根據(jù)目前情況，銷毀舊平臺，有意義地組織新操作平臺，明確過渡狀態(tài)，合理增加部分設(shè)備，可以促進(jìn)舊系統(tǒng)的改造，快速設(shè)計新系統(tǒng)，直接作用是安裝新系統(tǒng)后無法立即啟動。它要求調(diào)試循環(huán)[2]。在此期間，如發(fā)生影響新系統(tǒng)正常運行的問題，可暫時更換舊系統(tǒng)，以便繼續(xù)開展有關(guān)工作。一般來說，逗留時間取決于環(huán)境。

為了保持高層次人才的長期穩(wěn)定，必須從體制改革中選擇合適的技術(shù)人才，這對體制改革具有重要的積極意義。既能嚴(yán)格控制改造質(zhì)量，又便于事故后的維修。為了了解傳感器在記錄和跟蹤測量參數(shù)過程中的正常工作狀態(tài)，對傳感器進(jìn)行了在線送電測試，并通過PLC進(jìn)行在線調(diào)試，縮短了測試時間和測試次數(shù)，提高了測試效率。據(jù)此，進(jìn)一步簡化了工作。

5.2 PLC在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

在交通系統(tǒng)中，PLC有著舉足輕重的地位。采用PLC技術(shù)設(shè)計輸煤系統(tǒng)，能有效提高輸煤效率，避免輸煤過程中浪費能源。在傳輸帶上分析的內(nèi)容主要包括信號和信號系統(tǒng)。它由工控機(jī)、人機(jī)界面、可編程邏輯等組成。控制式煤層采煤環(huán)境惡劣，電磁干擾強(qiáng)，PLC界面配置靈活，穩(wěn)定性高，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，是目前煤礦開采的主要優(yōu)勢。工作人員對PLC的主要任務(wù)應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)分析，對地面的信號進(jìn)行采集，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行物理運算，可以為設(shè)備的運行提供足夠的數(shù)據(jù)支撐。本系統(tǒng)的主要目的是正確地分析基本信號，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的計算，從而為設(shè)備的正常運行奠定基礎(chǔ)。軟件包括PLC、工控機(jī)等模擬量輸入模塊。評價是分析的基礎(chǔ)，也是控制碳泄漏的理論依據(jù)。

5.3 三相異步電機(jī)在PLC中的應(yīng)用

PLC發(fā)動機(jī)的三相異步控制主要采用軟件控制。可編程控制器控制技術(shù)的優(yōu)點是保證發(fā)動機(jī)安全，可編程控制器三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)主要包括兩個部分。主要存在以下兩方面內(nèi)容。

一是控制三相異步電動機(jī)的傳感系統(tǒng)，最常用的尺寸是1.6英寸。中心的通信設(shè)備必須與觸摸屏相連，以保證工作效率。在工作時，三相異步電動機(jī)的功能會發(fā)生變化，可編程控制器會根據(jù)具體變化來調(diào)整傳感器畫面的應(yīng)用形式。若觸摸屏可能發(fā)生故障，就會根據(jù)顯示界面對平臺進(jìn)行分析，如三相異步電機(jī)觸摸屏控制面板還包括指示燈，作為運行平臺，如網(wǎng)絡(luò)故障圖像和設(shè)備。控制室等與傳統(tǒng)屏幕相比，觸摸屏具有許多優(yōu)點，應(yīng)該是節(jié)約的?？删幊炭刂破飨拗聘骩3]。電網(wǎng)故障圖是故障分析的基礎(chǔ)，它能實時監(jiān)測三相異步電動機(jī)的運行狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)操作問題，首先由程序員進(jìn)行反饋；針對具體的故障，進(jìn)行維修計劃，為維修人員提供更有價值的參考。

三相異步電動機(jī)能正常工作，這也是PLC的一個重要職責(zé)。具有不同性能的三相異步電動機(jī)有許多不同的電路?？稍谒芯€路上進(jìn)行全面的PLC調(diào)試，這將有助于進(jìn)一步控制泄漏。PLC可以保證內(nèi)部控制信息在網(wǎng)絡(luò)中及時輸入，作為再編程的依據(jù)。在實時控制方面，著重研究了三相異步電機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)，如全聯(lián)機(jī)調(diào)試、命令分析詳細(xì)表達(dá)表、連接線I/O和梯形圖等，以保證設(shè)備運行的最高可靠性。內(nèi)部系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)交互的建立，提高了通信模塊與內(nèi)部系統(tǒng)的連接，使 PLC具有無線功能，不需要傳統(tǒng)的管理方式，就能對內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程管理，保證設(shè)備在控制范圍內(nèi)運行的高效穩(wěn)定。當(dāng)?shù)谝粋€設(shè)備處于停機(jī)狀態(tài)時，第二個設(shè)備會在5S之后停機(jī)，這對時間管理的準(zhǔn)確性很重要。

5.4 主扇風(fēng)機(jī)的PLC應(yīng)用

主扇風(fēng)機(jī)是礦井重要的生產(chǎn)設(shè)備。有手動和自動兩種類型之分。為確保所采取措施的安全，必須滿足合理化和標(biāo)準(zhǔn)化的要求；以分析為基礎(chǔ)的自動化方式，其工作原理是：工業(yè)計算機(jī)首先發(fā)出相應(yīng)的指令，然后接受 PLC和空氣。用 PLC掃描 PLC的輸入點，用可編程序控制器比較數(shù)據(jù)和報警閾值，讀出氣體調(diào)節(jié)器和溫度計的測量信號，以及輸入信號，如沼氣濃度、振動等。超出報警閾值時，自動啟動相應(yīng)的裝置。

5.5 PLC技術(shù)在主排水泵中的應(yīng)用

PLC技術(shù)的主要任務(wù)是對排氣泵進(jìn)行保護(hù)和控制，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和監(jiān)控。由于系統(tǒng)運行效率相對穩(wěn)定，不會有大的缺陷，即保護(hù)裝置功能強(qiáng)，具有手動檢測功能，即使PLC系統(tǒng)不工作，水泵仍可正常工作。PLC系統(tǒng)還具備故障復(fù)位、界面切換以及系統(tǒng)巡查等功能。

5.6 設(shè)備集中控制的PLC應(yīng)用

針對煤炭企業(yè)的實際情況，確定PLC主要用于控制系統(tǒng)，具體內(nèi)容包括利用PLC對煤礦設(shè)備進(jìn)行集中控制，并結(jié)合全機(jī)械化生產(chǎn)過程的實際情況。該控制系統(tǒng)可以通過多種途徑實現(xiàn)集中控制，既能保證生產(chǎn)過程的安全性，又能對生產(chǎn)效率產(chǎn)生積極影響，有利于降低生產(chǎn)成本。集中式PLC系統(tǒng)在碳篩系統(tǒng)中也有廣泛的應(yīng)用。主站在建設(shè)PLC系統(tǒng)時，還需設(shè)置多個PLC層，主站通過PLC控制各站之間的通訊。對CO2測量裝置進(jìn)行集中控制；中間控制系統(tǒng)的控制功能是停止碳量，啟動碳量，監(jiān)測各操作參數(shù)的性能和狀態(tài)。

5.7 在排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

排水管網(wǎng)調(diào)整不當(dāng)，會嚴(yán)重影響礦井的正常運行，甚至造成損失。井下排水系統(tǒng)是煤礦開采中能耗最大的設(shè)備，傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)自動化程度較低，不能及時對系統(tǒng)進(jìn)行響應(yīng)，不能完全滿足安全生產(chǎn)的需要，因此，在相關(guān)研究中提出，應(yīng)用PLC技術(shù)，實現(xiàn)工作面和地下水探測系統(tǒng)的相互適應(yīng)和配合，保證安全生產(chǎn)，使整個系統(tǒng)可以通過三種方式控制，與排水系統(tǒng)兼容。

5.8 PLC在煤礦膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

礦井帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)也是煤礦自動化電氣系統(tǒng)的一個重要組成部分。這一體系直接依賴于井底作業(yè)質(zhì)量。煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)共有兩個部分組成，一個是分車間的控制系統(tǒng)，另一個是儲煤裝車作業(yè)系統(tǒng)。在集控系統(tǒng)的設(shè)計上，系統(tǒng)需要兩種控制方式的支持，并根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)人員的實際需求，結(jié)合煤礦工作面情況，靈活選擇管理方式。中心控制器出現(xiàn)故障時，局部控制系統(tǒng)能及時自動切換，從而保證了帶式輸送機(jī)在工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運行，保證了有效的控制功能。

5.9 在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

風(fēng)機(jī)在整個煤礦工作的使用過程中，應(yīng)及時抽走井底產(chǎn)生的各種有害氣體，并將新鮮空氣注入井底，這對于改善煤礦作業(yè)條件，保證相關(guān)作業(yè)人員的安全具有重要意義。通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是當(dāng)前的重點工作。由于PLC支持的多信號輸入受到相關(guān)因素的影響，會造成PLC出現(xiàn)小概率的停機(jī)或失敗，造成不可逆的負(fù)面影響。因此，必須支持PLC技術(shù)，采用靈活的預(yù)留策略，合理安排風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)?；赑LC的技術(shù)功能，分類系統(tǒng)和裝煤系統(tǒng)將作為作戰(zhàn)準(zhǔn)備，作為PLC控制中的以太網(wǎng)控制模塊，在先進(jìn)機(jī)器的支持下，可在交換機(jī)和車間設(shè)備之間建立交互式連接，以確保PLC控制功能的可靠性并可以進(jìn)行集中控制。

6 結(jié)語

綜上所述，分析了PLC技術(shù)的具體應(yīng)用，說明合理使用PLC技術(shù)在維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定、減少設(shè)備誤差、有效控制生產(chǎn)成本等方面起到了一定的作用，進(jìn)而可以促進(jìn)電子自動化的可持續(xù)發(fā)展。煤礦自動化生產(chǎn)中，PLC技術(shù)不僅表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)性能，而且具備較高的可靠度。PLC技術(shù)在煤炭提升機(jī)、運輸機(jī)、排水泵及設(shè)備集中控制等方面應(yīng)用效果良好，提升了安全生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備維護(hù)費用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。隨著科技的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)將廣泛應(yīng)用于煤礦自動化生產(chǎn)。