PLC在煤礦設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

張黎明

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)太原有限公司， 山西 太原 030000）

引言

隨著國家生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，煤礦機(jī)械的自動(dòng)化程度不斷提高，煤炭開采效率也逐漸升高，這一切都與電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的引入密不可分[1-2]。在煤礦井下的生產(chǎn)工程中，比如綜采三機(jī)的集中控制，瓦斯含量的監(jiān)測，風(fēng)機(jī)與水泵等的控制都已經(jīng)達(dá)到了較高的自動(dòng)化程度，尤其是PLC控制器的應(yīng)用，極大地簡化了煤礦開采工作的流程，在提高工作效率的同時(shí)還增加了控制的精確度，提高了一定的安全性[3-4]。

1 PLC在主排水泵系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC是一種可編程控制器，具有數(shù)字運(yùn)算的操作系統(tǒng)，普遍應(yīng)用于各個(gè)工程控制領(lǐng)域，系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、半自動(dòng)與自動(dòng)三種控制方式，人工控制技術(shù)逐漸被PLC自動(dòng)控制所替代[5-6]。相對于繼電器控制，具有體積小、可靠性高、計(jì)算處理能力強(qiáng)、抗干擾等優(yōu)勢，因此PLC控制系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用廣泛，PLC在主水泵控制系統(tǒng)中的控制對象是水位的高低，系統(tǒng)通過檢測水位變化以及壓力的變化，來控制水泵的輪換工作，當(dāng)水位超過預(yù)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控的功能，保證井下工作安全。水泵的控制原理圖如圖1所示。

控制主要系統(tǒng)由CPU模塊、數(shù)字量與模擬量輸入輸出模塊和觸摸屏等組成，與上位機(jī)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)通信。控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主水泵的四個(gè)功能，包括控制功能、顯示功能、報(bào)警功能與信息存儲功能?？刂乒δ苁侵杆迷跓o人看守的情況下，系統(tǒng)通過對井下水位與水壓的檢測，來實(shí)現(xiàn)對水位安全有效的調(diào)控，并且上位機(jī)可通過以太網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)指令的輸入，完成對系統(tǒng)的操作。顯示功能是指系統(tǒng)通過觸摸屏將井下的水位、壓力值、溫度與泵機(jī)工作情況顯示出來，工作人員結(jié)合井下實(shí)際情況通過觸摸屏輸入指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。報(bào)警功能是指當(dāng)井下水位或者其他工作參數(shù)超過系統(tǒng)限定值時(shí)，系統(tǒng)會向操作臺及井上的上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號，保證工作人員及時(shí)處理維修。信息存儲功能是指系統(tǒng)可記錄泵機(jī)的工作運(yùn)行記錄，以及工人的操作過程。

在控制系統(tǒng)軟件程序編輯方面采用西門子公司生產(chǎn)的STEP7軟件，具有人性化的操作界面，可采用梯形圖進(jìn)行程序編寫，具有簡單直觀的優(yōu)點(diǎn)[7-8]。軟件帶有自檢測功能，避免了人為操作失誤導(dǎo)致對機(jī)器的破壞。

圖1 水泵控制原理圖

2 PLC在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

相對于傳統(tǒng)繼電器技術(shù)，PLC技術(shù)應(yīng)用于帶式輸送機(jī)，具有體積小、速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并具備了很高的擴(kuò)展性，工作方式靈活，因此PLC技術(shù)已經(jīng)成為了皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。PLC控制系統(tǒng)需要迎合帶式輸送機(jī)工作方式的轉(zhuǎn)換，對皮帶機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測，并控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)、停止和運(yùn)行速度的改變。PLC對皮帶機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)判斷出的監(jiān)控類型，發(fā)出故障警報(bào)，做緊急處理。PLC控制器通過網(wǎng)絡(luò)通信端口可與控制中心實(shí)現(xiàn)信息與指令的快速傳輸，方便對煤礦生產(chǎn)工作面的統(tǒng)一調(diào)度。

皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示，主要由PLC編程控制器、變頻器、電機(jī)等儀器組成，采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，通過減速器進(jìn)行減速增矩，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，PLC控制器通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信，工作人員向系統(tǒng)輸入一個(gè)皮帶機(jī)運(yùn)行速度的值，傳感器將實(shí)際運(yùn)行速度與設(shè)定速度比較，系統(tǒng)計(jì)算得到電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，通過控制變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，減小系統(tǒng)誤差。

圖2 帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)工作時(shí)主程序流程圖如圖3所示，系統(tǒng)在運(yùn)行前，要利用軟件對設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)設(shè)備無故障后，系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行。主程序主要由軟件自檢子程序、變頻驅(qū)動(dòng)子程序、故障預(yù)警子程序等組成。皮帶機(jī)裝有張緊裝置與防撕裂裝置，在變頻驅(qū)動(dòng)子程序運(yùn)行前，應(yīng)對皮帶機(jī)進(jìn)行動(dòng)作保護(hù)處理。系統(tǒng)設(shè)有各個(gè)傳感器組，包括速度傳感器、溫度傳感器、跑偏傳感器等，故障預(yù)警子程序負(fù)責(zé)檢測設(shè)備運(yùn)行狀況，當(dāng)某一狀態(tài)量超過闕值時(shí)，報(bào)警裝置啟動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)與上位機(jī)之間采用以太網(wǎng)的方式進(jìn)行通訊，調(diào)度室可通過組態(tài)畫面直觀地了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保障生產(chǎn)設(shè)備統(tǒng)一調(diào)度的協(xié)調(diào)性。

3 PLC在提升機(jī)上的應(yīng)用

圖3 帶式輸送機(jī)主程序流程圖

礦用提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)過程中十分重要的設(shè)備，主要由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、卷繞器與制動(dòng)裝置等結(jié)構(gòu)組成，其中影響煤礦提升機(jī)安全性的主要因素之一是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PLC作為一種專門應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制的計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有可靠性高、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)，將PLC技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)，將提高設(shè)備運(yùn)行的安全性，降低維護(hù)成本，減小運(yùn)行功耗，提高生產(chǎn)率。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，控制器擴(kuò)展模塊不斷增加，系統(tǒng)功能不斷豐富，增設(shè)了網(wǎng)絡(luò)通信端口，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速穩(wěn)定傳輸，更加滿足了提升機(jī)在工作中的監(jiān)控需求。

基于PLC技術(shù)的提升機(jī)變頻調(diào)速控制原理圖如圖4所示，系統(tǒng)由PLC控制器、變頻器、操作臺、觸摸屏與編碼器等傳感器組成?？刂葡到y(tǒng)作為提升機(jī)的核心之一，通過操作臺發(fā)送各種指令，可以設(shè)定提升機(jī)的工作方式，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的啟動(dòng)與停止、上升與下降、加速與減速等的狀態(tài)切換。編碼器是系統(tǒng)傳感器組的組成之一，負(fù)責(zé)檢測電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，通過減速器的傳動(dòng)比換算，系統(tǒng)可得到提升機(jī)的運(yùn)行速度，PLC通過變頻器改變電機(jī)輸入頻率，最終控制提升機(jī)的運(yùn)行速度達(dá)到設(shè)定值。觸摸屏作為設(shè)備與工作人員之間的橋梁，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)監(jiān)測到的工作參數(shù)通過組態(tài)畫面的形式呈現(xiàn)出來。

圖4 提升機(jī)控制原理圖

4 結(jié)語

提升機(jī)工作的特殊性對設(shè)備的安全性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的控制技術(shù)無法做到對提升機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，存在較大的安全隱患。基于PLC技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)可對系統(tǒng)電機(jī)的運(yùn)行狀況、油泵中的油溫與油壓進(jìn)行監(jiān)測，對設(shè)備故障的發(fā)生有一定的預(yù)警作用，對提升機(jī)的控制方面也具有良好的動(dòng)態(tài)性能，調(diào)節(jié)時(shí)間更短，精度更加準(zhǔn)確。