PLC技術在煤礦提升機上的應用探析

彭勇鑫

（大同煤礦集團忻州窯大型設備隊， 山西 大同 037021）

引言

當前煤礦開采深度在不斷增加，開采強度也在持續(xù)增強，給煤礦提升機的工作質量和效率提出了更高的要求，但是從當前提升機實際運行情況來看，其在很多方面有著較大的提升空間。而通過將PLC技術應用到其中，對于提升煤礦提升機的智能化水平有著非常重要的作用。因此，對PLC技術在煤礦提升機上的應用進行分析有著較為重要的意義。

1 PLC技術在煤礦提升機上的應用原理

PLC技術為微型計算機，能夠自動控制生產工作，完成工業(yè)生產控制的微處理工作，收集并判斷外部信息，給出正確的設備傳輸信號并執(zhí)行規(guī)定動作。隨著科技的飛速發(fā)展，在工業(yè)中使用PLC技術的環(huán)境也逐漸完善。在煤礦提升機中使用PLC技術有一定的優(yōu)點，控制系統(tǒng)可以描繪出自主設定且執(zhí)行命令時的工作曲線，還可以顯示提升總次數、速度等有關信息。當提升機系統(tǒng)發(fā)生故障時可以通過聲音進行警報。PLC技術使用到煤礦提升機系統(tǒng)的電氣控制如圖1。煤礦提升機憑PLC技術可以實現(xiàn)微處理，收集外界信息進行邏輯判斷，從而對不同設備發(fā)出正確的指令，以此來提升煤礦提升機的工作效率。

2 煤礦提升機的主要構成

2.1 煤礦提升機控制系統(tǒng)結構

煤礦提升機包括以下部分：電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、傳動設備、液壓系統(tǒng)、井筒運轉、穩(wěn)罐裝置。電氣控制系統(tǒng)是煤礦提升機的重要部分，是提升機系統(tǒng)的“中樞神經”，即提升機控制系統(tǒng)。提升機控制系統(tǒng)組成復雜，其包括眾多子系統(tǒng)。提升機控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)有：PLC控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、上位機監(jiān)控系統(tǒng)、高壓、低壓回路、直流回路、調節(jié)回路等。如今，隨著PLC技術的快速發(fā)展，提升機控制系統(tǒng)在機械與電氣等方面都有明顯的進步[1-2]?？删幊炭刂破鞯氖褂糜痔嵘嗣旱V提升機系統(tǒng)的自動控制程度。使用PLC技術的可編程控制器提高了提升機系統(tǒng)的自動化和安全可靠性，也使煤礦工作更加安全。

圖1 基于PLC的煤礦提升機電氣控制原理圖

2.2 煤礦提升機PLC系統(tǒng)功能

使用PLC技術控制煤礦提升機具有體積小、較可靠、速度快且抗干擾等特點，并且還有較好的靈活性和可擴展性。倘若需要調整運行方式僅僅需要簡單地調整程序，此種方式極為方便，這也是繼電器控制系統(tǒng)不能達到的。如今PLC技術在工業(yè)自動化中占據主要地位，這體現(xiàn)出煤礦先進的電控技術能力，依據煤礦提升機控制系統(tǒng)的標準，使用的PLC控制系統(tǒng)應擁有下列功能：

1）系統(tǒng)可以依據詳細的工作種類與具體的操作方法等產生速度曲線，來繪制罐籠工作的準S曲線。

2）實時監(jiān)測并控制罐籠的區(qū)域和速度等信息數據，使罐籠依據提前設定區(qū)域的在準S的速度下工作，以此來實現(xiàn)罐籠的半自動增減速等，且可以用數字或直線來顯示罐籠的工作位置。

3）對提升機系統(tǒng)進行持續(xù)的監(jiān)測，依據系統(tǒng)真實的故障情況做出正確的處理，拉響故障警報顯示出現(xiàn)故障的類型與區(qū)域等。

4）與上位機、C30等進行信息溝通，同時對不同步驟的信息進行輸送、處理。提升機PLC系統(tǒng)控制回路使用的是先進的PLC技術，而非傳統(tǒng)的繼電器技術，PLC是如今主流的工業(yè)計算機，擁有較強的微處理水平，收集外部信息、進行計算后再輸送給不同執(zhí)行元件，以此來對煤礦提升機進行自動控制。

3 PLC技術在煤礦提升機上的具體應用

3.1 在硬件設計中的應用

硬件設備是煤礦提升機系統(tǒng)的基本，使用PLC技術的提升機系統(tǒng)在設計硬件時應遵循下列標準：

1）在功能方面應實時儲存信息，傳感器應實時記錄提升機系統(tǒng)在工作時的有關信息，且控制器可以在檢測到故障后及時發(fā)出警報，并記錄報警的具體數據。此項功能可以更好地保證提升機控制系統(tǒng)的平穩(wěn)工作。

2）頁面設計與操作時應保持友好，提升機系統(tǒng)應擁有友好的人機互動界面，人機界面在設計時應給予使用者方便、易懂的操作平臺，提高工作人員的使用體驗。并且控制系統(tǒng)還可以自主判斷工作故障并實時查詢信息，可以依據使用者的數據設定執(zhí)行固定的動作。

3）保持網絡通信的穩(wěn)定，提升機的監(jiān)控系統(tǒng)能夠保證控制系統(tǒng)的平穩(wěn)工作，其擔負著PLC與其他設備的信息交流，可以準確捕捉信息，傳遞信息。監(jiān)控系統(tǒng)可在使用者的設定下，進行多屏遠程的互動。

4）提升工作的安全性，煤礦提升機的工作環(huán)境較為惡劣，所以提升機系統(tǒng)的安全對煤礦企業(yè)來說也極為重要。在設計時應保證提升機系統(tǒng)所有的傳感器、元件不會互相產生干擾，監(jiān)控系統(tǒng)應具備自診的能力。圖2是PLC技術控制系統(tǒng)硬件設計原理圖。

3.2 在系統(tǒng)總體設計中的應用

PLC是提升機控制系統(tǒng)的中心。PLC可以接受上位機的指示，并在接到指令后依據提前輸入的程序進行計算與處理工作，之后再輸出信號來控制其他設備。使用PLC技術的煤礦提升機系統(tǒng)應具備信息收集功能，此系統(tǒng)收集的信息有現(xiàn)場數字輸入信息與模擬量輸入信息。其中現(xiàn)場數字輸入信息有系統(tǒng)的工作方式、返回信號、開關的控制信號、提升機工作返回信號等。模擬量輸入信號有油溫、電壓、偏擺值等信號。使用PLC的提升機系統(tǒng)會把收集的數字量信號與模擬量信號輸送至數字量輸入板塊與模擬量輸入板塊，PLC的CPU會在全部的震蕩周期內掃描輸入板塊的信息，收集到信息后再讀取信息。PLC讀取到信息后會傳遞給CPU，CPU依據提前設定的程序對信號進行邏輯分析與處理，且發(fā)出指示。PLC輸出信號時，PLC的數字量輸出板塊中會通過24 V的脈沖信號驅動繼電器的線圈，后發(fā)出信號。PLC系統(tǒng)的CPU有兩個位于兩端的接口，為以太網接口和PROFIBUS接口，以太網接口連接網絡交換機；PROFIBUS接口與變頻器連接。PLC的硬件系統(tǒng)有：CPU處理器、上位機、信號收集與信息執(zhí)行等。使用PLC技術的控制系統(tǒng)有下列作用：

1）系統(tǒng)通過以太網接口與外部系統(tǒng)進行網絡連接，使得外部系統(tǒng)可以遠程控制PLC控制系統(tǒng)，進行遠程的數據設定。

2）PLC控制系統(tǒng)通過PROFIBUS接口與變頻器連接，從變頻器中收集信息。

3）對系統(tǒng)的信息進行儲存并發(fā)出警報。

4）PLC系統(tǒng)的上位機可以顯示全部機器的工作信息、故障情況等。

5）PLC系統(tǒng)擁有故障自診斷的功能，預測隱患或故障，并發(fā)出警報。

圖2 PLC技術控制系統(tǒng)硬件設計原理圖

3.3 在輸入輸出點的統(tǒng)計以及地址分配中的應用

使用PLC技術的系統(tǒng)可以統(tǒng)計輸入輸出點。輸入輸出點是PLC使用輸入板塊收集信息與輸出板塊發(fā)出的控制設備的信號。PLC控制系統(tǒng)在工作時，硬件設備會返回工作運行狀態(tài)的具體結果。PCL系統(tǒng)收集硬件設備結果值時，系統(tǒng)的電路會在開關量變化時，及時切除24 V的脈沖信號，系統(tǒng)的DI板塊也會感受到信號的改變。提升機的開、關、工作，傳感超限、警報信號、燈光報警等都是PLC系統(tǒng)的數字量信號。當PLC控制系統(tǒng)需控制機器開關時，PLC的DO板塊會發(fā)出24 V的脈沖信號，后驅動繼電器的線圈接觸觸點，從而實現(xiàn)對機器的控制[3-4]。

4 結語

把PLC技術應用煤礦提升系統(tǒng)中，如今已在國內多數煤礦企業(yè)獲得成功。在實際使用時，考慮到提升機工作環(huán)境的特殊，機器應以穩(wěn)定與可靠安全為首要任務，使用PLC技術替代傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)，不但可以增強系統(tǒng)的控制能力，還可以提升系統(tǒng)的安全性，提高煤礦企業(yè)的工作效率與經濟效益，推動煤礦企業(yè)的進一步發(fā)展。