PLC 技術(shù)在礦山機(jī)電節(jié)能控制中的應(yīng)用

張文和

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建龍巖，364200）

1 PLC 技術(shù)概述

PLC 技術(shù)是由多個(gè)控制序列互連的控制網(wǎng)絡(luò)，其主要是利用嵌入式計(jì)算機(jī)與設(shè)備的繼電器觸點(diǎn)連接[1-3]。這種新的控制方法的出現(xiàn)可在一定程度上有助于電氣自動(dòng)化的靈活控制，且此方法的可靠性較高，最重要的是，可以實(shí)現(xiàn)精確的電氣自動(dòng)化控制。PLC 技術(shù)不僅可以按照既有程序進(jìn)行控制，而且可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行編程，拓展其功能，實(shí)現(xiàn)多功能控制。PLC 的主要結(jié)構(gòu)包括了微處理器、電路模塊、存儲(chǔ)器等，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)傳輸以及執(zhí)行控制等多個(gè)功能[4]。在PLC 技術(shù)中，不同的模塊其主要的功能不一樣，比如微處理器，主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集與處理，是PLC 技術(shù)的主要核心部分，而電路模塊主要負(fù)責(zé)信息傳輸，是PLC 技術(shù)的連接基礎(chǔ)，存儲(chǔ)器主要負(fù)責(zé)程序執(zhí)行和存儲(chǔ)，是PLC 的操作部分。由于PLC 的智能性、高效性和穩(wěn)定性，使得其在控制領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。圖1 為PLC 的結(jié)構(gòu)圖。

圖1 PLC 的結(jié)構(gòu)圖

2 PLC 技術(shù)在礦山機(jī)電節(jié)能控制中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過PLC 技術(shù)控制的機(jī)電設(shè)備在工作過程中，操作員不需要對(duì)計(jì)算機(jī)有足夠的了解，只需要對(duì)計(jì)算機(jī)編程有一點(diǎn)了解。開發(fā)過程不會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中的技術(shù)要求也不是很高，這使工作變得更容易，從而顯著提高了整體質(zhì)量和效率[5]。另外，硬件配套設(shè)施可以適應(yīng)不同的情況，系統(tǒng)配置的各種組合形成具有不同功能的控制系統(tǒng)，且維修非常方便，可以在運(yùn)行過程中執(zhí)行自我診斷，以便及時(shí)消除故障。另外，系統(tǒng)本身的故障率不是很高，因此系統(tǒng)在運(yùn)行中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。主要有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）編程簡(jiǎn)單、可用性強(qiáng)：PLC 技術(shù)中使用的編程方法是梯形圖。該編程方法使用編程語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)各種控制功能，而且梯形圖中的線路也相對(duì)清晰。技術(shù)人員和PLC 用戶都可以自己閱讀用戶手冊(cè)或簡(jiǎn)短的教程可以快速掌握梯形圖編程控制程序，這種簡(jiǎn)單易用的編程方法可以滿足不同用戶的需求。

（2）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)：基于PLC 技術(shù)的當(dāng)前應(yīng)用和生產(chǎn)，大規(guī)模集成電路技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用并且具有相當(dāng)高的可靠性。PLC 可以實(shí)現(xiàn)在線編程，使生產(chǎn)過程發(fā)生了很大的變化，因此被廣泛應(yīng)用于小批量生產(chǎn)和控制各種工業(yè)生產(chǎn)。作為微處理器控制設(shè)備，PLC 在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造中使用了大量的抗干擾組件，例如軟繼電器，警戒時(shí)鐘等軟件和屏蔽、濾波器、隔離等硬件。當(dāng)工業(yè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，警戒時(shí)鐘會(huì)及時(shí)響應(yīng)異常信息，使員工能夠及時(shí)保護(hù)和維修故障設(shè)備。

（3）功能完善，適用范圍廣：在PLC 內(nèi)部安裝了各種硬件，以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、驅(qū)動(dòng)程序通信、人機(jī)對(duì)話、自動(dòng)記錄和檢測(cè)等功能。它把各種簡(jiǎn)單和復(fù)雜的功能集成在一起，可以控制生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程和生產(chǎn)線以及各種系統(tǒng)。

（4）減少設(shè)計(jì)和施工工作量：從PLC 控制器的角度來看，應(yīng)用存儲(chǔ)邏輯將先前的連接邏輯覆蓋。顯著減少了外部設(shè)備的布線，縮短了系統(tǒng)構(gòu)建周期，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并簡(jiǎn)化了硬件和軟件維護(hù)。通過以上改進(jìn)不僅可以減少硬件安裝工作量，而且可以減少后續(xù)使用期間的檢測(cè)。這項(xiàng)工作大大減輕了工作量。

3 PLC 在技術(shù)在機(jī)電節(jié)能控制的應(yīng)用基礎(chǔ)

PLC 是一套非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其包含了多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)與應(yīng)用。主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）PLC 技術(shù)在機(jī)電節(jié)能控制的應(yīng)用是基于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的，因此必須通過本地通信網(wǎng)絡(luò)與中心服務(wù)器相互連接，以便為員工提供隨時(shí)隨地管理計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。如今，基于客戶端/服務(wù)器和基于瀏覽器/服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信模型已廣泛應(yīng)用于所有制造業(yè)，通信模型的特定選擇基于工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)PLC 技術(shù)在機(jī)電節(jié)能控制的需求[6-7]。

（2）在執(zhí)行PLC 技術(shù)在機(jī)電節(jié)能控制應(yīng)用程序時(shí)對(duì)硬件要求的分析：通常有兩個(gè)方面的要求，一種是自動(dòng)控件的安裝和使用，這是對(duì)物理數(shù)據(jù)監(jiān)視的最簡(jiǎn)單的操作，以使電機(jī)保持最佳工作狀態(tài)；另一方面，某些設(shè)備被用作實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化應(yīng)用的媒介，如電機(jī)通常用于自動(dòng)控制與電機(jī)有關(guān)的所有生產(chǎn)機(jī)械和設(shè)備。

（3）PLC 技術(shù)在機(jī)電節(jié)能控制中軟件需求的分析和應(yīng)用：要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，最重要的是內(nèi)部PLC 技術(shù)在機(jī)電節(jié)能控制可以與外部設(shè)備很好地連接。當(dāng)前，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用通常包括初始化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，創(chuàng)建集中的運(yùn)行程序庫(kù)，使用密碼控制過程，檢測(cè)和監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)管理操作以及PLC 主機(jī)電機(jī)操作系統(tǒng)已連接到控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保在獨(dú)立執(zhí)行操作的基礎(chǔ)上相互協(xié)調(diào)發(fā)展，并共同促進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的使用和實(shí)施。

（4）PLC 技術(shù)在機(jī)電節(jié)能控制中變頻調(diào)速系統(tǒng)也很重要。技術(shù)在機(jī)電節(jié)能控制的最大目標(biāo)是在制造過程中隨時(shí)隨地根據(jù)電流和電壓的變化來改變機(jī)器本身的功能，并改變電壓，這會(huì)在整個(gè)制造和工業(yè)系統(tǒng)中造成混亂。變頻器速度控制通過全局和局部變量實(shí)現(xiàn)與PLC 電機(jī)控制的通信。

4 PLC 技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用分析

4.1 井下輸送帶的應(yīng)用

帶式輸送機(jī)是提供礦山地下運(yùn)輸所需動(dòng)力的主要設(shè)備。然而，通過分離驅(qū)動(dòng)裝置和輸送裝置，被輸送的材料被長(zhǎng)距離地輸送，可以有效避免許多問題，例如皮帶打滑。通過將PLC 技術(shù)應(yīng)用于地下輸送設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)皮帶的平穩(wěn)啟動(dòng)，從而確保設(shè)備的安全啟動(dòng)和工作過程的整體穩(wěn)定運(yùn)行[8]。另外，PLC 技術(shù)的策略可以將利用率提高到能源利用率的90%。圖2為PLC 技術(shù)在井下輸送帶的應(yīng)用。

圖2 PLC 技術(shù)在井下輸送帶的應(yīng)用

4.2 在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

PLC 技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面，第一是風(fēng)機(jī)中變頻速度的調(diào)節(jié)和泵中變頻速度的調(diào)節(jié)，改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)更適合礦山的特殊條件，礦山開采作業(yè)有效降低了能耗。將PLC 技術(shù)應(yīng)用于泵設(shè)備，不僅可以有效提高給水和礦山流體泵的設(shè)計(jì)靈活性，而且可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，可以通過使用PLC 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)靈活的控制，例如平穩(wěn)啟動(dòng)和停止泵，避免了由于頻繁啟動(dòng)和停止泵而造成的功率損失，并且在一定程度上有效地減少了設(shè)備損耗，從而確保了礦山企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的安全性和效率。

4.3 PLC 技術(shù)在空壓機(jī)中的應(yīng)用

在空氣壓縮機(jī)中使用PLC 技術(shù)可以科學(xué)地控制[9-10]，并避免頻繁更換空氣壓縮機(jī)。在使用PLC 技術(shù)的過程中，空壓機(jī)設(shè)備的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，精度較高，維護(hù)復(fù)雜度較低。在實(shí)際操作中，無需手動(dòng)更換空氣壓縮機(jī)。使用頻率可以根據(jù)礦山的不同需求進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)。PLC 技術(shù)的使用優(yōu)化和改進(jìn)了以前控制空氣壓縮機(jī)裝卸的方法，并通過調(diào)節(jié)功率消耗來調(diào)節(jié)速度，以確?？諝鈮嚎s機(jī)效率更高。

5 將PLC 技術(shù)應(yīng)用于礦山機(jī)電控制時(shí)需要注意的問題

PLC 技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境應(yīng)保持合適的溫度以確?？刂菩?，通常在0-55℃之間為宜。如果系統(tǒng)環(huán)境溫度過高，則系統(tǒng)故障的可能性會(huì)增加，從而影響系統(tǒng)的使用壽命，并且溫度過高會(huì)輕易損壞電路。如果溫度太低，模擬電路將運(yùn)行緩慢，降低安全性，并且在低于0℃的環(huán)境中，整個(gè)控制系統(tǒng)很容易崩潰。因此，在PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，應(yīng)將其放置在更合適的溫度下以達(dá)到理想的控制效果。在實(shí)際操作過程中，如果溫度超過50℃，則必須采取某些通風(fēng)和冷卻措施[11]。