解析PLC技術(shù)在煤礦機電設備控制中的應用

楊元杰 蘇晴晴 張亮華

摘? ?要：為了提高機電設備的控制水平、保證開采作業(yè)的安全，文章對可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)在機電設備控制中的應用進行了研究。首先，分析了PLC技術(shù)的原理，并指出了其使用要求。然后，結(jié)合煤礦機電設備發(fā)展實際，指出PLC技術(shù)主要被應用在提升機改造、井下風門控制、膠帶傳輸、故障診斷、選煤集控系統(tǒng)控制中。最后，圍繞基于PLC技術(shù)的架空乘人裝置，詳細闡述了PLC技術(shù)在機電設備控制中的應用方法。

關鍵詞：PLC技術(shù);機電設備控制;應用

隨著我國煤礦行業(yè)的發(fā)展，機電設備的控制水平在不斷提高?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，PLC）、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)也被廣泛應用在機電設備控制中。尤其是PLC技術(shù)，已經(jīng)非常成熟，并取得了顯著的應用成果。應用這種技術(shù)不僅可以實現(xiàn)對機電設備的智能化、自動化控制，還能提高開采效率、保障作業(yè)人員安全。

1? ? PLC技術(shù)原理及使用要求

PLC是指可編程邏輯控制器，能夠通過編程方式存儲邏輯計算、順序控制等操作指令，具有抗干擾、成本低等優(yōu)點，可有效降低技術(shù)人員的調(diào)試難度，方便后期設備維護。若是將其接入到控制系統(tǒng)中，就可在輸入接口通過模擬數(shù)字信號實現(xiàn)對機械設備的控制。

在煤礦機電設備中應用PLC技術(shù)可按照以下步驟進行。

（1）輸入采樣。即通過各種外部傳感設備將采樣活動數(shù)據(jù)搜集起來，并進行存儲、分析、運算。

（2）程序執(zhí)行。即借助計算機根據(jù)已設置好的邏輯與預算方法進行數(shù)據(jù)掃描、呈現(xiàn)。

（3）數(shù)據(jù)輸出。即通過算法綜合將已被處理的數(shù)據(jù)輸出結(jié)果，從而完成機電設備控制。

在信息時代，通過計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，依托PLC技術(shù)，還可進行操作系統(tǒng)之間的信息交流、反饋。這樣就可將各種智能化設備通過光纜連接在一起，構(gòu)建出一個系統(tǒng)化的工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡。最重要的是，這種網(wǎng)絡可以擴容，且能夠根據(jù)設備運行情況進行參數(shù)調(diào)整。但是在應用這種技術(shù)時，需注意以下幾點。

（1）必須要提供良好的硬件環(huán)境。如適宜的溫度、濕度，以免影響硬件設備的正常運行。同時，要盡量避免將PLC設備與腐蝕性液體放置在同一場所。

（2）在軟件方面，應當注意接口標準的統(tǒng)一性，以免影響PLC的應用。

（3）在安裝PLC系統(tǒng)時，需選擇正確的連接方式。如可采用單獨接地的方式，提高其抗干擾性;控制設備接地線路的長度。

2? ? 在機電設備控制中的應用

PLC在機電設備控制中的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）在提升機改造中的應用。通過應用PLC技術(shù)對老式提升機進行改造后，可以有效提升其控制操作的精度及便捷性。還可以對提升機運行進行實時監(jiān)控，確保管理人員能充分了解提升機設備的運行情況，并及時發(fā)現(xiàn)、解決其中的問題，減少安全事故的發(fā)生。具體來說，應用PLC技術(shù)改造提升機的主要原理就是強化電流控制。

（2）在井下風門中的應用。傳統(tǒng)井下風門主要依靠人工控制。但是這種控制方式存在安全風險大、力度使用不恰當?shù)葐栴}，既無法保證井下風門控制效果，也無法保證井下風門的安全性。但是引入PLC技術(shù)，結(jié)合紅外遙感技術(shù)，就可以實現(xiàn)井下風門的自動化控制。當有車輛或人通過井下風門時，紅外遙感設備就會檢測到車輛或人的信號，并將其傳輸給PLC控制器，PLC就會解析、收發(fā)控制指令，使井下風門開閉。顯然，這種機械式的控制方式遠比傳統(tǒng)人工控制方式更加方便、高效、精準。

（3）在膠帶傳輸機中的應用。將PLC技術(shù)應用到膠帶傳輸機中，可以實現(xiàn)機械制動，保證閘瓦、制動盤在短時間內(nèi)能分離，從而減少摩擦熱量。相比于傳統(tǒng)的人工操作方式，這種自動化控制方式更加便捷、迅速，且足夠安全，不會給作業(yè)人員造成安全威脅。

（4）在故障診斷中的應用。例如應用PLC技術(shù)可對開關量信號故障進行分析。若檢測到開關信號正常，且實際狀態(tài)值與輸入狀態(tài)值相同，則可認為機電設備正常。反之，則認為機電設備出現(xiàn)了故障。

（5）在選煤集控系統(tǒng)中的應用。將選煤集控系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯控制指令與PLC結(jié)合后，就可以實現(xiàn)整個選煤過程的自動化。

總之，在現(xiàn)代化背景下，PLC技術(shù)在煤礦機電設備中的應用極其廣泛，且應用方式也多種多樣。但PLC技術(shù)的應用仍有較大的研究空間。所以，專家學者、技術(shù)人員應繼續(xù)深入研究PLC技術(shù)在機電設備中的應用，進一步促進煤礦機電設備自動化、智能化控制水平的提升。

3? ? 實例分析

本研究提出了一種基于PLC技術(shù)的架空乘人裝置。其中，PLC系統(tǒng)可以在架空乘人裝置空轉(zhuǎn)時使其保持低速狀態(tài)運行。乘坐乘人裝置的人員達到目的后，架空乘人裝置可保持中速運行狀態(tài)。乘坐乘人裝置的人員上車后，則會保持高速運行狀態(tài)。

3.1? 架空乘人裝置構(gòu)成

該裝置包括猴車、總控主機、站點控制盒3個部分。首先，猴車部分還包括捕繩器、吊軸、手柄桿、坐墊箱、搭腳桿。在坐墊箱內(nèi)部的中空電氣腔上固定了稱重傳感器、電池、主板、氣泵、電子標簽、喇叭。稱重傳感器的重力輸入端與觸發(fā)盤在豎直方向上正對，觸發(fā)盤固定在活動軸一端，活動軸另一端穿過坐墊箱后與坐墊板裝配固定。其次，總控主機上裝有GIS軟件、網(wǎng)卡。通過GIS軟件、網(wǎng)卡可與電機驅(qū)動器、路由器通信連接。最后，站點控制盒分別與主板上的藍牙模塊通信且讀取電子標簽信息，從而通過主板上的遠距離無線電（Long Range Radio，LORA）無線模塊對總控主機反饋識別的電子標簽信息。

3.2? 架空乘人裝置優(yōu)勢分析

該裝置具有以下優(yōu)勢。

（1）可實現(xiàn)智能停車，并發(fā)出語音提醒下車。就目前來看，很多架空乘人裝置系統(tǒng)并沒有智能停車、語音提示功能，以致于乘車人員錯過下車機會，出現(xiàn)安全事故。但是該裝置具有電子標簽、語音播報系統(tǒng)、藍牙可解決這一問題。

（2）可避免空轉(zhuǎn)能耗。該裝置應用了LORA擴頻技術(shù)、重力感應技術(shù)等可以彌補傳統(tǒng)通信技術(shù)的不足，及時進行裝置的開關。

（3）可智能啟停。主要借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

（4）可實時顯示并控制乘車人員數(shù)量，提升架空乘人裝置的安全性。

（5）可保證架空乘人系統(tǒng)在低速、高速、啟停等狀態(tài)之間自由切換。

3.3? 運行原理

首先，主板上設置了LORA無線模塊、存儲器、PLC、藍牙模塊、充放電電路、電量檢測電路。其中，PLC主要用于收發(fā)、解析控制指令，且根據(jù)預設程序進行參數(shù)計算。電量檢測電路的主要作用是與電池的電極導電連接，檢測電池電量。該電路信號端是與PLC的第一信號端通信連接的。與PLC的第二信號端、第三信號端、第四信號端通信連接的是LORA無線模塊、存儲器、藍牙模塊、喇叭的信號端。這樣，LORA無線模塊、存儲器、藍牙模塊、喇叭都可與PLC通信。如在電量低于PLC內(nèi)置程序的閾值時，PLC控制LORA無線模塊發(fā)送電量不足信息，提醒維護人員補充電量。其次，減速按鈕、急停按鈕分別與PLC的第五信號端、第六信號端通信連接。這樣通過減速按鈕、急停按鈕的觸發(fā)就可對PLC輸入減速、停止指令。最后，主板上還安裝了微控制單元（Microcontroller Unit;MCU）、繼電器。MCU的第三信號端與PLC的第七信號端通信連接。當其感應圈吸水導電時，會向PLC發(fā)送進水信號，使PLC通過LORA無線模塊外發(fā)進水信號以使操作者及時發(fā)現(xiàn)、檢修。在該裝置中，PLC控制流程如圖1所示。

基于PLC技術(shù)的架空乘人裝置的應用流程為：通過紅外感應器確定候車區(qū)是否有人，感應信號通過信號接收器進入到控制器，控制器發(fā)出指令，電機作出相應的反應，最終使架空乘人裝置處于低速運行狀態(tài);礦工上車后，座椅的重力感應器產(chǎn)生的感應信號通過接收器傳送給控制器，控制器發(fā)揮指令使電機動作，從而使架空乘人裝置維持高速運行狀態(tài);礦工按下下車按鈕后，信號接收器接收信號并傳送給控制器，然后控制器發(fā)出指令，電機動作，架空乘人裝置制動;若需要緊急制動，長按緊急制動按鈕，控制器會直接接收信號并發(fā)出指令，控制電機，架空乘人裝置緊急制動。在整個過程中，都是由以PLC技術(shù)為基礎的控制站進行收發(fā)、解析控制指令。由此可見，PLC技術(shù)有著極其重要的應用。

4? ? 結(jié)語

PLC技術(shù)在煤礦機電設備控制中有著極其重要的應用。尤其是在新技術(shù)、新設備不斷產(chǎn)生的背景下，PLC技術(shù)的應用范圍、方式也在不斷創(chuàng)新、發(fā)展。所以，應繼續(xù)加強PLC技術(shù)在煤礦機電設備中的應用研究，進一步提升機電設備的控制水平。

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