PLC技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的應(yīng)用研究

吳君

摘要：現(xiàn)階段，伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC技術(shù)作為自動(dòng)化控制領(lǐng)域中一項(xiàng)極其重要的控制技術(shù)，已在礦山機(jī)電控制中得到了非常廣泛的應(yīng)用，并且能夠滿(mǎn)足煤礦企業(yè)對(duì)于現(xiàn)代化生產(chǎn)的基本需求。隨著PLC技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備控制中的廣泛應(yīng)用，極大地提升了礦山機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化水平，也為安全生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。因此，進(jìn)一步的加強(qiáng)PLC技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中控制中的實(shí)際應(yīng)用研究相當(dāng)重要。本文主要闡述PLC技術(shù)的內(nèi)涵和技術(shù)特性，以及PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);礦山機(jī)電;應(yīng)用研究

1 緒論

隨著礦山建設(shè)中越來(lái)越多地使用大型機(jī)電設(shè)備，且其具有快速、高效的運(yùn)行效率，成為我國(guó)礦山工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要因素，且進(jìn)一步提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率和實(shí)施機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)已成為礦業(yè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展的重要方向。此外，PLC技術(shù)主要是在軟件編程、自動(dòng)化控制技術(shù)等方面實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制，所以其不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化操作還能夠有效的實(shí)現(xiàn)智能化的控制，而且可以更準(zhǔn)確地執(zhí)行相關(guān)的生產(chǎn)操作，從而極大地解放勞動(dòng)力，并有效提高采礦的安全性[1]。

2 PLC技術(shù)概述

2.1 PLC技術(shù)的定義

PLC有非常多的定義形式。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將PLC定義為：它是一個(gè)由數(shù)字操作驅(qū)動(dòng)的可編程電子控制系統(tǒng)。此外，PLC是通過(guò)使用可編程存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部操作、定時(shí)和計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸，并使用各種數(shù)字信號(hào)來(lái)控制各種類(lèi)型的設(shè)備進(jìn)行輸入和輸出。

2.2 PLC技術(shù)特性分析

2.2.1 邏輯處理速度快

PLC技術(shù)主要是通過(guò)云指令操作平臺(tái)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)信息的處理，且能夠在每秒中處理成百上千條數(shù)據(jù)信息。因此，可以在有效時(shí)間內(nèi)對(duì)PLC中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采樣、量化和編碼。云計(jì)算平臺(tái)主要是使用一個(gè)應(yīng)用程序通過(guò)FrameworkScheduler函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)輸出，假設(shè)終端系統(tǒng)正在運(yùn)行，它將實(shí)時(shí)監(jiān)視數(shù)據(jù)的傳輸情況。一旦確定數(shù)據(jù)字段信息在傳輸過(guò)程中丟失或更改，計(jì)算器將自動(dòng)切換到重傳模式以進(jìn)行重用，以確保數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性[2]。

2.2.2 安全配置高

PLC的安全性主要體現(xiàn)在軟硬件配置級(jí)別上。在硬件系統(tǒng)中，PLC主要是控制電路和內(nèi)部存儲(chǔ)系統(tǒng)，而且大多數(shù)情況下它們都是采用電隔離的工作模式，因此CPU在運(yùn)行期間不會(huì)受到外部電磁信號(hào)的干擾。由于操作控制電路和CPU的原始結(jié)構(gòu)電路在同一傳輸路徑上，因此高壓線產(chǎn)生的強(qiáng)電磁波會(huì)對(duì)CPU造成一定的干擾，從而丟失所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，PLC可以自動(dòng)化的調(diào)節(jié)工作溫度。當(dāng)設(shè)備以大功率運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部的溫度會(huì)升高。如果溫度超過(guò)某個(gè)范圍，則終端操作系統(tǒng)將癱瘓。PLC所使用的溫度控制系統(tǒng)，當(dāng)溫度超過(guò)一定范圍，終端系統(tǒng)將關(guān)閉以保持設(shè)備在50℃以下的溫度。在軟件安全性的配置結(jié)構(gòu)中，處理時(shí)間監(jiān)視程序主要用于定期監(jiān)視數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)變化。PLC在監(jiān)視過(guò)程中為數(shù)據(jù)信息周期設(shè)置一個(gè)計(jì)時(shí)器，數(shù)據(jù)傳輸為100m/s，因此可以隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全的監(jiān)控[3]。如果超過(guò)監(jiān)視時(shí)間，則PLC將不再工作。假設(shè)數(shù)據(jù)通過(guò)信息的時(shí)間不超過(guò)監(jiān)視時(shí)間，則正在運(yùn)行的系統(tǒng)將觸發(fā)重新啟動(dòng)狀態(tài)。

2.2.3 操作靈活度大

PLC技術(shù)目前可以對(duì)機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靈活的控制，例如設(shè)備設(shè)置、安裝、編程計(jì)算等。而且PLC系統(tǒng)主要是使用集成電路板和二極管數(shù)據(jù)塊等組件，并且其中大部分元件都是可以從制造商處直接訂購(gòu)以完成整個(gè)安裝和配置過(guò)程。在系統(tǒng)安裝過(guò)程中，PLC技術(shù)是利用一次性的連接模式，因?yàn)槊恳粋€(gè)原始串連模塊下都有固定的端口進(jìn)行連接。但是，在現(xiàn)有的安裝過(guò)程所使用的都是通用的連接器，這是為了簡(jiǎn)化整個(gè)的安裝過(guò)程。此外，PLC的編程模式一般使用的是C編程模式，該模式可以有效的處理低級(jí)內(nèi)存，并且還不需要對(duì)其他的語(yǔ)言進(jìn)行替換。

3 傳統(tǒng)礦山設(shè)備的PLC技術(shù)改造

對(duì)傳統(tǒng)礦山的設(shè)備改造時(shí)，需要對(duì)傳統(tǒng)的提升機(jī)進(jìn)行及時(shí)的改造，其最終改造的目的就是為了能夠更好的將PLC技術(shù)集成到現(xiàn)有的設(shè)備的自動(dòng)化控制中去，通過(guò)使用全新的程序編輯器和較大功率的晶閘管，并將其直接應(yīng)用于對(duì)傳統(tǒng)礦山設(shè)備的改進(jìn)和替換。主要的改進(jìn)方法：首先，用更加科學(xué)合理的PLC技術(shù)電子操作方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的操作方法。在應(yīng)用PLC技術(shù)的同時(shí)，需要保留原來(lái)的工作方法，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成備用控制方法。并通過(guò)安裝原件，可以人為地控制新的和舊的控制模式之間的切換，然后傳統(tǒng)升降機(jī)的原件主要用于針對(duì)性的制動(dòng)操作。電子控制識(shí)別系統(tǒng)和相關(guān)傳感器已經(jīng)擴(kuò)展到包括設(shè)備潤(rùn)滑和其他控制方面。在輸電測(cè)試過(guò)程中，有必要準(zhǔn)確記錄參數(shù)，以免發(fā)生工作事故[4]。然后將新的和舊的控制模式進(jìn)行組合以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試和轉(zhuǎn)換，確保其準(zhǔn)確性，最后就是對(duì)適當(dāng)?shù)娜藛T進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的培訓(xùn)，以嚴(yán)格保證設(shè)備操作員的專(zhuān)業(yè)質(zhì)量。一旦確定相關(guān)人員具有出色的工作技能，在進(jìn)行應(yīng)用和重新設(shè)計(jì)后，即可將其應(yīng)用到一線的設(shè)備制造中去。

4 PLC技術(shù)在礦機(jī)電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

4.1 在礦山機(jī)電系統(tǒng)提升機(jī)中的應(yīng)用

PLC主要是調(diào)節(jié)礦機(jī)機(jī)電控制中提升機(jī)的工作速度，當(dāng)傳統(tǒng)的機(jī)電提升機(jī)的工作速度達(dá)到2到3m/s，功率會(huì)高達(dá)20kW，這樣的操作形式會(huì)造成提升機(jī)消耗大量的電量，而且還會(huì)出現(xiàn)高頻率的故障。PLC技術(shù)的主要目的是就是在提升機(jī)的提升和牽引系統(tǒng)中增加重力傳感器，該重力傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控2.3—3.5噸的重力范圍。在提升機(jī)起重物品重量小于1噸時(shí)，提升機(jī)具有最高的運(yùn)行速度，始終保持在3m/s的提升速度。在提升機(jī)的提升力所允許的范圍內(nèi)，重力傳感器會(huì)根據(jù)設(shè)備的特性主動(dòng)的調(diào)整提升速度，以確保提升機(jī)的運(yùn)行狀況保持正常。當(dāng)提升機(jī)起重載荷的重力超過(guò)了設(shè)備的檢測(cè)范圍時(shí)，PLC起動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提高提升機(jī)的傳遞功率。此外，PLC還能夠根據(jù)物體的重量來(lái)更換提升機(jī)的齒輪大小，主要常見(jiàn)的備用尺寸有：10cm、14cm、20cm、25cm和30cm，從而有效的改變提升機(jī)的動(dòng)力。假設(shè)提升機(jī)舉起2噸的煤礦的機(jī)電設(shè)備，并且工作功率為16kW，將使用10cm的滑動(dòng)齒輪來(lái)進(jìn)行操作。當(dāng)提升機(jī)的重力超過(guò)了一定的速度范圍時(shí)，齒輪與鏈條之間的摩擦力會(huì)急劇增加，長(zhǎng)時(shí)間的超重操作對(duì)于提升機(jī)而言會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的損耗。PLC應(yīng)用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以確保設(shè)備的正常安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 PLC技術(shù)對(duì)運(yùn)膠帶機(jī)的改造應(yīng)用

隨著電液一體化的技術(shù)逐漸成熟，其已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用到礦山機(jī)電設(shè)備的控制系統(tǒng)中。KZP系列盤(pán)式裝置是主要的系統(tǒng)控制裝置，且被分為三個(gè)部分：它主要由液壓站、電子控制裝置以及制動(dòng)裝置組成。在所有受控設(shè)備中，制動(dòng)設(shè)備主要是利用制動(dòng)襯塊和制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦力來(lái)產(chǎn)生一定有效的制動(dòng)扭矩，然后再進(jìn)一步調(diào)節(jié)液壓站來(lái)對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行改變。在設(shè)備正常運(yùn)行期間，若系統(tǒng)中的機(jī)油壓力達(dá)到最大值時(shí)，前進(jìn)壓力就會(huì)變?yōu)?，制動(dòng)器就會(huì)處于放松的制動(dòng)狀態(tài)，并且制動(dòng)襯塊和制動(dòng)盤(pán)之間存在一定距離。此外，電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的發(fā)布指令，設(shè)備就根據(jù)指令來(lái)自動(dòng)降低油壓，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化制動(dòng)控制。

4.3 實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門(mén)的自動(dòng)啟閉

在礦山的實(shí)際生產(chǎn)中，地下風(fēng)門(mén)通常是手動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉的。但是，地下門(mén)的負(fù)壓比較大，開(kāi)閉門(mén)的勞動(dòng)力的消耗也比較大。手動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉風(fēng)門(mén)也非常不方便，錯(cuò)誤的操作也會(huì)嚴(yán)重的損壞風(fēng)門(mén)。利用PLC技術(shù)，我們還可以使用紅外傳感器對(duì)進(jìn)出的車(chē)輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)記錄，然后使用可編程控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)地下閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。通過(guò)自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉襟翼，可以有效地確保車(chē)輛操作的安全性和可靠性，并且還能夠極大地降低整個(gè)的運(yùn)營(yíng)成本。在設(shè)計(jì)順序控制時(shí)，我們需要注意先打開(kāi)窗戶(hù)然后再打開(kāi)門(mén)。設(shè)計(jì)原理是風(fēng)門(mén)的兩側(cè)之間存在一定的壓差，地下風(fēng)門(mén)的面積很大，風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟壓力通常為3050kg。為了安全和可靠地打開(kāi)和關(guān)閉窗扇，通常在窗扇上形成相對(duì)較小的窗口，以均衡窗扇兩側(cè)的壓力。當(dāng)兩側(cè)壓力平衡時(shí)，可以減少打開(kāi)和關(guān)閉風(fēng)門(mén)的勞動(dòng)力。在PLC控制中，車(chē)輛的進(jìn)出使用紅外和紅外測(cè)量設(shè)備進(jìn)行記錄。當(dāng)需要打開(kāi)風(fēng)門(mén)時(shí)，控制信號(hào)將會(huì)主動(dòng)發(fā)送到兩位五通雙控制電磁閥，一旦電磁閥收到控制信號(hào)后，系統(tǒng)將會(huì)連接氣源然后進(jìn)行通氣[5]。此時(shí)，活塞在阻尼器上打開(kāi)一個(gè)小窗口。當(dāng)風(fēng)門(mén)到達(dá)設(shè)定位置時(shí)，它停止移動(dòng)，風(fēng)門(mén)打開(kāi)。通過(guò)活塞的反向移動(dòng)關(guān)閉風(fēng)門(mén)時(shí)，先關(guān)閉小窗，然后關(guān)閉風(fēng)門(mén)。

4.4 PLC技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的實(shí)際應(yīng)用效果

PLC技術(shù)是自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要的設(shè)備控制技術(shù)，并廣泛用于機(jī)電采礦機(jī)中。PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及產(chǎn)生了相對(duì)重大的影響，并提高了礦山生產(chǎn)的機(jī)電采礦設(shè)備的自動(dòng)化水平。機(jī)電控制器中的數(shù)據(jù)變得更加準(zhǔn)確，從而提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，PLC技術(shù)提高了傳統(tǒng)提升機(jī)的效率，在此階段上有效地提升了提升機(jī)的運(yùn)行效率，并實(shí)現(xiàn)了地下采礦作業(yè)期間氣門(mén)的自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉，從而進(jìn)一步減少了人工操作并提高了操作的效率和安全性。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著我們采礦業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)激烈。如果相關(guān)的礦業(yè)企業(yè)希望在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中找到對(duì)自身有利的市場(chǎng)定位，就必須不斷提高采礦的效率和安全性。作為自動(dòng)化控制領(lǐng)域中非常核心的技術(shù)之一，PLC技術(shù)已經(jīng)成為了機(jī)電設(shè)備的核心技術(shù)。PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用極大地填補(bǔ)了我國(guó)礦山機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)方面的空白，并有效地提高了機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化的礦山開(kāi)采。因此，礦業(yè)公司必須通過(guò)深入研究來(lái)密切關(guān)注PLC技術(shù)，以及探究其技術(shù)的未來(lái)發(fā)展。

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