PLC在煤礦機(jī)電控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

劉 維

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司二礦，山西陽(yáng)泉 045000）

0 引言

煤礦生產(chǎn)中，煤礦機(jī)電系統(tǒng)可確保整體生產(chǎn)系統(tǒng)合理運(yùn)行，科學(xué)的控制可確保操作有序，生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，提高煤炭開(kāi)發(fā)生產(chǎn)整體效率[1]。PLC技術(shù)應(yīng)用廣泛，在煤礦產(chǎn)業(yè)也有推廣應(yīng)用。管理者應(yīng)用PLC技術(shù)提高管理效率及質(zhì)量，打破原有生產(chǎn)管理效率低下?tīng)顩r；在技術(shù)發(fā)展中，深入分析生產(chǎn)技術(shù)，認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)技術(shù)的弊端和優(yōu)勢(shì)，將現(xiàn)代化的優(yōu)秀技術(shù)融入到生產(chǎn)中去，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求。

1 PLC技術(shù)

PLC為可編程存儲(chǔ)器，在生產(chǎn)管理中，PLC執(zhí)行復(fù)雜邏輯運(yùn)算、控制生產(chǎn)、定時(shí)操作。PLC可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化操作及自動(dòng)輸入內(nèi)容，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)各項(xiàng)內(nèi)容監(jiān)控。PLC控制系統(tǒng)編輯以梯形圖為主，操作簡(jiǎn)單，控制效果好，在煤礦機(jī)電領(lǐng)域有較廣闊的應(yīng)用前景，符合我國(guó)煤礦工業(yè)生產(chǎn)機(jī)電控制技術(shù)要求，提高管理效益。

2 煤礦機(jī)電控制中PLC技術(shù)應(yīng)用原理

應(yīng)用PLC技術(shù)可對(duì)生產(chǎn)中各項(xiàng)信息充分收集，和煤礦機(jī)電控制相互對(duì)接，按照煤礦管理步驟，將PLC技術(shù)應(yīng)用原理分為3個(gè)板塊[2]。

（1）PLC技術(shù)信息輸入。將需要的信息得輸入到系統(tǒng)中去，實(shí)現(xiàn)信息采集。信息采集也是PLC技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。同時(shí)，信息傳輸?shù)矫旱V機(jī)電控制系統(tǒng)中，為后期調(diào)試設(shè)備做鋪墊。

（2）PLC技術(shù)和煤礦生產(chǎn)相互對(duì)接，在信息采集階段大量信息已經(jīng)輸入到機(jī)電系統(tǒng)中，此時(shí)PLC主要通過(guò)既定模式將掃描到的生產(chǎn)邏輯信息進(jìn)行處理；將系統(tǒng)化的指令轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單易懂的操作指令，執(zhí)行活動(dòng)控制指令，將信息調(diào)整到輸入狀態(tài)[3]。

（3）PLC技術(shù)在輸出結(jié)果上有充分應(yīng)用，PLC技術(shù)將上階段處理結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)，方便控制煤礦機(jī)電設(shè)備設(shè)施。

至此，煤礦機(jī)電控制中PLC技術(shù)得到充分應(yīng)用，運(yùn)用處理結(jié)束。

3 PLC技術(shù)應(yīng)用中的問(wèn)題

煤礦生產(chǎn)工作中，機(jī)電控制的效率及質(zhì)量直接影響生產(chǎn)質(zhì)量。因此，需重視先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)在煤礦機(jī)電控制中的投入，應(yīng)積極發(fā)掘新技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，解決新問(wèn)題，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)科學(xué)發(fā)展[4]。

PLC技術(shù)應(yīng)用初期，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在執(zhí)行信息輸出中受時(shí)效性影響較大，無(wú)法將結(jié)果及時(shí)傳遞到生產(chǎn)管理方面，導(dǎo)致技術(shù)檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度不高[5]。此外，在我國(guó)煤礦生產(chǎn)中，多采用傳統(tǒng)機(jī)電控制方式，隨著時(shí)間的發(fā)展，煤礦企業(yè)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)升級(jí)，可能導(dǎo)致一些技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)脫節(jié)，影響PLC技術(shù)升級(jí)，無(wú)法發(fā)揮PLC技術(shù)真正價(jià)值[6]。但是，隨著行業(yè)技術(shù)不斷成熟，現(xiàn)存問(wèn)題逐漸被攻克，煤礦機(jī)電控制中PLC技術(shù)應(yīng)用前景得到肯定。

4 PLC技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門(mén)自動(dòng)化

煤礦井下風(fēng)門(mén)可及時(shí)將瓦斯疏通出去，將可燃性氣體排出，換進(jìn)健康空氣，保障生產(chǎn)安全。當(dāng)下，我國(guó)煤礦生產(chǎn)多采用人工方式控制井下風(fēng)門(mén)，耗費(fèi)大量人力，控制效果不理想。例如，人員受負(fù)壓影響，控制風(fēng)門(mén)有所不便，且若力量過(guò)大，將破壞風(fēng)門(mén)，造成損壞。

考慮到上述問(wèn)題，提出在風(fēng)門(mén)控制上應(yīng)用PLC技術(shù)，通過(guò)PLC系統(tǒng)和紅外線感應(yīng)器，檢測(cè)是否有車(chē)輛通過(guò)，若有車(chē)輛通過(guò)，紅外線感應(yīng)后發(fā)送信號(hào)到PLC系統(tǒng)，風(fēng)門(mén)開(kāi)啟[7]。通過(guò)此方式，落實(shí)風(fēng)門(mén)自動(dòng)化控制，解放人工生產(chǎn)力，節(jié)省人力資源。

圖1 井下風(fēng)門(mén)自動(dòng)化設(shè)計(jì)

4.2 對(duì)井下風(fēng)門(mén)狀態(tài)科學(xué)監(jiān)測(cè)

井下風(fēng)門(mén)疏散危險(xiǎn)氣體，是煤礦開(kāi)采中的重中之重，若風(fēng)門(mén)狀態(tài)異常，將威脅到生產(chǎn)人員生命安全。采用PLC技術(shù)，以紅外線感應(yīng)器檢測(cè)車(chē)輛是否通過(guò)，若車(chē)輛通過(guò)，CPU發(fā)出信號(hào)，風(fēng)門(mén)受到打開(kāi)信號(hào)，自動(dòng)開(kāi)啟，否則風(fēng)門(mén)關(guān)閉。

4.3 提高電機(jī)控制系統(tǒng)效率

PLC技術(shù)可及時(shí)刷新生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在此過(guò)程中，其對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率有較大影響。要提高實(shí)際運(yùn)行效率，需適當(dāng)減少對(duì)設(shè)備造成的沖擊，盡可能提高設(shè)備實(shí)際運(yùn)行效率，設(shè)置加速效率，以加速單元對(duì)系統(tǒng)整理，實(shí)現(xiàn)“再生”。穩(wěn)定PLC運(yùn)行效果，需注重其在刷新生產(chǎn)數(shù)據(jù)中提高速度[8]。正常刷新數(shù)據(jù)需要0.5 s，采取措施將全部數(shù)據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)換時(shí)間縮短，可提高絞車(chē)運(yùn)行效率，提高整體煤礦生產(chǎn)效率。

4.4 運(yùn)輸機(jī)中PLC技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)多采用膠帶運(yùn)輸機(jī)。膠帶運(yùn)輸機(jī)要停車(chē)操作，需工作人員手動(dòng)操作，制動(dòng)對(duì)液壓系統(tǒng)油壓進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，液壓系統(tǒng)調(diào)整完成，閘瓦和制動(dòng)盤(pán)接觸，產(chǎn)生摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。但是，這種傳統(tǒng)制動(dòng)方式閘瓦和制動(dòng)盤(pán)接觸，產(chǎn)生摩擦的同時(shí)也生成大量熱量，容易發(fā)生危險(xiǎn)事故。將PLC技術(shù)引入后，PLC可自動(dòng)控制閘瓦和制動(dòng)盤(pán)接觸時(shí)間，讓兩者間歇性接觸，盡可能減少熱量產(chǎn)生，降低溫度，保障生產(chǎn)控制安全合理。

4.5 提升機(jī)中PLC技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在提升機(jī)中可充分應(yīng)用PLC技術(shù)的自動(dòng)控制優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)微處理。主要對(duì)收集的各項(xiàng)信息信號(hào)傳輸?shù)竭壿媴^(qū)域，綜合分析之后，傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的元件執(zhí)行操作。PLC技術(shù)在提升機(jī)中工作，可顯示提升機(jī)深度、提升次數(shù)，發(fā)生故障后及時(shí)停止設(shè)備，發(fā)出警報(bào)。PLC技術(shù)運(yùn)用到提升機(jī)中，相較于傳統(tǒng)的繼電器控制有明顯優(yōu)勢(shì)，其控制準(zhǔn)確度較高，在礦井及電機(jī)中投入PLC傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)提升機(jī)故障，可第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，停止設(shè)備運(yùn)行，將故障信號(hào)傳遞到控制中心，便于及時(shí)做出有效應(yīng)對(duì)措施，提高系統(tǒng)安全性及可靠性，減少維護(hù)工作力度及難度。

圖2 提升機(jī)中PLC技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

5 PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電控制系統(tǒng)中的實(shí)踐

5.1 方案設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)是煤礦機(jī)電控制系統(tǒng)的核心，也是應(yīng)用PLC技術(shù)的關(guān)鍵所在。而在電控系統(tǒng)中，變頻調(diào)速系統(tǒng)及核心處理器是核心中的核新。下文以S7-300PLC處理器為例進(jìn)行分析，其系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)包括操作臺(tái)觸摸屏、低壓配電柜、制動(dòng)電阻柜、變頻電阻柜、PLC控制器等。

5.2 硬件設(shè)計(jì)

PLC實(shí)際應(yīng)用需包含配電系統(tǒng)硬件、變頻調(diào)速、通信、接口、CPU、PLC控制系統(tǒng)等。

（1）在硬件電路設(shè)計(jì)上，選擇西門(mén)子S7-300硬件模塊支持，以此構(gòu)建電源模塊、編程設(shè)備，實(shí)現(xiàn)通信等。在CPU中，主要硬件為儲(chǔ)存器、微處理器，主要采集電機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)，執(zhí)行電控命令，將電控中的數(shù)據(jù)及程序儲(chǔ)存到儲(chǔ)存器中。故障點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，接口模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交互。通信中，主要完成I/O接口、上位機(jī)、PLC之間信息傳遞。對(duì)PLC編程，編程設(shè)備選擇STEP7，在該設(shè)備中可實(shí)現(xiàn)對(duì)各文本的高效編輯。電源模塊對(duì)設(shè)備提供穩(wěn)定供電，將原本220 V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC運(yùn)行所需的5 V、24 V。

（2）在軟件設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)在WINCC和STEP7完成，程序分為多個(gè)子程序，子程序單獨(dú)編寫(xiě)。

輔助啟動(dòng)：機(jī)電控制系統(tǒng)中，動(dòng)力、油泵、電機(jī)具有聯(lián)鎖關(guān)系，工作前輔助系統(tǒng)需啟動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)系，控制系統(tǒng)動(dòng)力制動(dòng)裝置。

系統(tǒng)啟動(dòng)：準(zhǔn)備程序完成，判定系統(tǒng)是否啟動(dòng)，若符合條件，聯(lián)動(dòng)手柄，調(diào)整到啟動(dòng)位置，系統(tǒng)啟動(dòng)。

安全回路：安全回路設(shè)計(jì)，針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)軟件落實(shí)安全保護(hù)，若發(fā)現(xiàn)提升機(jī)故障，則啟動(dòng)硬件保護(hù)，閉鎖報(bào)警。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，對(duì)PLC技術(shù)應(yīng)用效果檢驗(yàn)，以硬件及軟件為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試，就測(cè)試結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，系統(tǒng)啟動(dòng)及使用總沖擊電流小，克服傳統(tǒng)機(jī)電控制模式弊端，井下瓦斯、煤塵等對(duì)生產(chǎn)影響大大減小，煤礦機(jī)電控制效率及質(zhì)量大大提高，生產(chǎn)穩(wěn)定、安全。此外，PLC系統(tǒng)中有大量子系統(tǒng)，便于系統(tǒng)及時(shí)升級(jí)，增加功能，滿(mǎn)足煤礦長(zhǎng)久發(fā)展需求。