淺談ＰＬＣ技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的應(yīng)用

夏克橋

摘要：在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山對(duì)礦山設(shè)備的要求越來越高,建設(shè)本質(zhì)安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設(shè)的核心。近年來，可編程控制器的日漸成熟，越來越多設(shè)備的控制都采用PLC控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。本文簡(jiǎn)要介紹一下礦用PLC技術(shù)。

關(guān)鍵詞：礦山設(shè)備；繼電器；PLC

1 繼電器存在的缺點(diǎn)

今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。再者，對(duì)一個(gè)具體使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。

2 PLC簡(jiǎn)介

2.1 PLC的定義

PLC的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。

PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。

2.2 PLC的構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

2.3 PLC故障處理

如果PLC停止在某些輸出被激勵(lì)的地方，一般是處于中間狀態(tài)，則查找引起下一步操作發(fā)生的信號(hào)（輸入，定時(shí)器，線川，鼓輪控制器等）。 編程器會(huì)顯示那個(gè)信號(hào)的ON/OFF狀態(tài)。

如果輸入信號(hào)，將編程器顯示的狀態(tài)與輸入模塊的LED指示作比較，結(jié)果不一致，則更換輸入模塊。入發(fā)現(xiàn)在擴(kuò)展框架上有多個(gè)模塊要更換， 那么，在您更換模塊之前，應(yīng)先檢查I/O擴(kuò)展電纜和它的連接情況。

如果輸入狀態(tài)與輸入模塊的LED指示指示一致，就要比較一下發(fā)光二極管與輸入裝置（按鈕、限位開關(guān)等）的狀態(tài)。入二者不同，測(cè)量一下輸入 模塊，如發(fā)現(xiàn)有問題，需要更換I/O裝置，現(xiàn)場(chǎng)接線或電源；否則，要更換輸入模塊。

如信號(hào)是線川，沒有輸出或輸出與線川的狀態(tài)不同，就得用編程器檢查輸出的驅(qū)動(dòng)邏輯，并檢查程序清單。檢查應(yīng)按從有到左進(jìn)行， 找出第一個(gè)不接通的觸點(diǎn)，如沒有通的那個(gè)是輸入，就按第二和第三步檢查該輸入點(diǎn)，如是線川，就按第四步和第五步檢查。要確認(rèn)使主控繼電器步影響邏輯操作。

信號(hào)是定時(shí)器，而且停在小于999.9的非零值上，則要更換CPU模塊。

如果該信號(hào)控制一個(gè)計(jì)數(shù)器，首先檢查控制復(fù)位的邏輯，然后是計(jì)數(shù)器信號(hào)。按上述2到5部進(jìn)行。

3 煤礦絞車以PLC取代繼電器實(shí)例分析

3.1 工藝簡(jiǎn)介

某是煤礦使用的絞車。工藝要求如下：①5秒內(nèi)如果信號(hào)工按一次信號(hào)開關(guān)，絞車下放，按兩次信號(hào)開關(guān)，絞車提升，要求兩信號(hào)能互鎖。②絞車電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min，要求能夠測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速，并顯示出來。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過預(yù)定值960r/min時(shí)，能輸出一報(bào)警信號(hào)。

3.2 配置方案

這套設(shè)備要用PLC完成控制。工藝要求測(cè)出絞車電機(jī)的速度，顯示出來，超速能報(bào)警。這種工況對(duì)測(cè)速要求不高，用一個(gè)接近開關(guān)測(cè)電機(jī)軸引出的一個(gè)感應(yīng)板即可。絞車電機(jī)額定轉(zhuǎn)速960轉(zhuǎn)/分，計(jì)算出接近開關(guān)兩次感應(yīng)之間的周期為67ms，這周期與PLC循環(huán)掃描周期相比還是比較大的，不必用高數(shù)計(jì)數(shù)功能，用普通的輸入點(diǎn)即可。顯示部分使用文體顯示器。它有與PLC可通訊，連接方便，編程靈活，價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)。選用PLC+文本顯示器來完成這套設(shè)備的控制和顯示。PLC選用了北京凱迪恩公司的國(guó)產(chǎn)高品質(zhì)的KDN-K3系列PLC（CPU306）。因?yàn)閯P迪恩公司自己完全獨(dú)立開發(fā)PLC，技術(shù)實(shí)力很強(qiáng)大，技術(shù)服務(wù)很好，已經(jīng)有不少應(yīng)用。KDN-K3系列PLC編程軟件Easyprog采用的是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，好學(xué)易上手。文本顯示器選用國(guó)產(chǎn)天津羅升TP220文本顯示器。

3.3 通訊實(shí)現(xiàn)

通訊協(xié)議選擇。KDN-K3系列PLC通訊協(xié)議是Modbus RTU協(xié)議，各種文本顯示器都支持這個(gè)協(xié)議。KDN-K3系列PLC新推出不久，文本顯示器編輯軟件還沒有列出這個(gè)PLC。編輯文本顯示器選用PLC時(shí)，選用支持Modbus RTU協(xié)議的PLC即可。TP220編程軟件中支持此協(xié)議的是Schneider NEZA系列PLC，選此PLC，波特率19200，無校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

寄存器的對(duì)應(yīng)關(guān)系。需要注意的是，TD220中的Modbus RTU協(xié)議不能實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC中所有寄存器的訪問，只允許訪問中間繼電器區(qū)和中間保持寄存器區(qū)。對(duì)于KDN-K3系列PLC而言，TD220可以訪問M區(qū)和V區(qū)。

3．4 控制實(shí)現(xiàn)

首先分配I/O點(diǎn)：I0.0 軸上計(jì)數(shù)接近開關(guān)，I0.1 啟動(dòng)按鈕信號(hào)開關(guān)，I0.2 急停開關(guān)，I0.3 停止按鈕開關(guān)，Q0.0 絞車上升線圈，Q0.1 絞車下降線圈，Q0.2報(bào)警指示燈。

其次技術(shù)點(diǎn)分析：

① 測(cè)速：半秒種刷新一次速度能滿足工藝要求，用一個(gè)記數(shù)器C52計(jì)錄半秒內(nèi)I0.0的有效次數(shù)，存放在VW90寄存器中，因?yàn)樗俣冗€要轉(zhuǎn)換成每分鐘多少轉(zhuǎn)，所以VW90x120算出的數(shù)存到VW100中，VW100中存的數(shù)就是絞車電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

② 絞車上下行走：絞車啟動(dòng)按鈕按下后，保持一個(gè)狀態(tài)M0.0五秒內(nèi)有效，用兩個(gè)記數(shù)器C50（預(yù)置值設(shè)為2），C51（預(yù)置值設(shè)為1）都來計(jì)I0.0有效次數(shù)，5秒過后如果C50為1，說明5秒內(nèi)按了兩次啟動(dòng)按鈕，用C50抑制C51，絞車上升接觸器吸合，絞車上升；如果5秒過后C50為仍為0，說明5秒內(nèi)按了一次啟動(dòng)按鈕，只有C50有效，C51無效，絞車下降接觸器吸合，絞車下降。5秒結(jié)束后，保持狀態(tài)、記數(shù)器都要復(fù)位。

③ 超速報(bào)警：VW100中存放著絞車的實(shí)際速度，讓它與960相比較，如果大于960，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警指示燈亮，并在文本顯示器上顯示報(bào)警內(nèi)容。

3．5現(xiàn)實(shí)意義

這類礦山設(shè)備用量很大，有很多還是用繼電器控制。用PLC改造有很大的市場(chǎng)，也有很大的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]《KDN-K3系列PLC 礦山設(shè)備控制》

[2]林小峰.《可編程控制器原理及應(yīng)用》.北京：高等教育出版社，2000.