煤炭機電提升運輸的控制模式分析

摘 要：煤炭機電提升運輸的控制水平優劣不僅關系到生產效益的大小，也與生產安全有著緊密的聯系，因而應對控制模式進行有效的設計。結合國內外相關技術的發展，可編程控制模式與網絡化控制模式是未來重點發展趨勢。在這種背景下，文章對兩種模式系統的設計關鍵點進行了分析。

關鍵詞：煤炭；機電；提升；運輸；控制模式

1 引言

煤炭機電提升運輸機的控制方式普遍采用下列三種控制方式：繼電器控制方式；可編程控制器（PLC）控制方式；微處理機的單晶片控制方式。上述三種控制方式的繼電器控制系統較可能發生故障率高、可靠性差、接線復雜、通用性差等缺點。近些年來，微處理晶片數字式邏輯系統控制器逐步導入使用，逐步成為機電提升運輸機控制的主要發展方向，也使其的升降機控制方式進入了一個新的發展時期。可編程控制器的控制系統及微處理機的單晶片控制系統均具有控制系統體積減小、節能、可靠性提高，尤其是對群控、通訊等復雜提升運輸機控制功能更具優越性。就目前而言，由于可編程控制（PLC）的程序編輯采用易學易懂的梯形圖語言，且具有控制靈活方便、可重復使用、程序記憶體與外部輸出容量可彈性擴充、抗干擾能力強、運行穩定可靠、能與電腦連線操作等特點，因而仍然是主要的控制系統模式之一。另外，網絡化控制模式也逐步成為主要控制模式之一。下文將重點從可編程控制模式及網絡化控制模式著手，對煤炭機電提升運輸的控制模式加以探析。

2 煤炭機電提升運輸的可編程控制模式

2.1 關鍵結構

首先探討PLC的主提升機控制部分。通過PLC內部所撰寫的程序（程序為內部自帶，可以做小部分修正），規劃任一元件在特定時間接受指定任務完成工作，而自動控制系統中最重要元件就是提升機的運行過程控制，因為各部位的編碼器控制的整體提升過程的運作，例如啟動、加速、XYZ軸的動量等，都需要通過編碼器、PLC的運轉來完成，而提升機什么時候運轉？該如何運轉？運轉的時間？都是通過PLC內部的設定來完成。而編碼器運轉在PLC程序中所占有的是Y0～Y7、Y10～Y17的位址。

其次是極限開關部分，其在我們整體結構中也扮演了相當多的角色，而升降機控制場合運行的狀態顯示便是使用極限開關來做一個監測以及信息回傳的工作，運輸場所內有無零部件便可通過極限開關對應到PLC所設定的位址，所設定位址為X20～27以及X30～37，零部件的進出均可通過燈號顯示。還有一項非常重要的工作賦予極限開關重要的使命，也即運輸場所的安全。運輸場所若因為定位錯誤導致提升機損毀、機械損壞、零部件損毀，若對應到現實的狀況中，這是非常嚴重的事情，自動控制場所若不能達到安全有效率取代人力，反而容易延伸出諸多安全隱患。因此，可以將這樣的使命交給極限開關或是定位感測來達到極限位置的目的。

2.2 主要程序

一般而言，PLC控制應用的基本程序大致可分為輸入/輸出（I/O）模塊、主機、程序書（讀）寫器等部分。

一是輸入/輸出（I/O）模塊。PLC的輸入模塊部分，多半是由主機自輸入X端送出微量的直流電，再經由外部的控制接點來決定輸入接點為通路與否，該電流是否為通路，即為PLC主機判斷輸入信號的依據。外部控制接點可能為按鈕開關、極限開關、磁簧開關、光電開關、壓力開關等各種形式的接點開關。輸出模塊部分，多半為強電結構的負載元件，可直接供應系統控制及動作使用，但PLC本身不對外供電，其內部僅提供輸出Y端與COM腳間的開關接點，需經由外部電源供電。一般而言，多半為110V、220V交流或24V直流等，可連接于電磁閥（Solenoid）、指示燈（Lamp）、蜂鳴器（Buzzer）、繼電器（Relay）線圈、計時器（Timer）線圈、計數器（counter）線圈等所有用電的負載元件。二是主機。PLC的主機含電源供應器、運算部門及記憶部門，連接點可與程序書（讀）寫器相連，本身具有計數器計數、計時器（Timer）計時、程序貯存、電源供應、邏輯判斷及狀況顯示等功能。三是程序書寫器（又稱程序讀寫器）。一般而言，程序書（讀）寫器類似微電腦的鍵盤，除包含功能操作鍵及數字、命令鍵以外，另含有狀況顯示及模示切換開關等部分。四是輔助設備。PLC除本身主機的功能以外，不同機型可與各種不同的輔助設備連線以擴充其功能，最主要的輔助設備為通過RS422轉RS232或USB界面與微電腦連線，利用微電腦來作為程序的編譯，模擬、監看、貯存等工作；也可連接ROM，直接將PLC的軟件應用程序刻錄成只讀的信息，可作固定功能的使用。

3 煤炭機電提升運輸的網絡化控制模式

網絡化控制模式是一套有成型標準的控制模式，它定義出如何進行高速分封（Packeting）及多工交換（MultiplexingSwitching）的網絡控制協定標準。一般而言，網絡化控制通訊協定的標準主要包含：實體層（Physical Layer）、網絡化控制層（網絡化控制Layer）及網絡化控制調節層（網絡化控制Adaptation Layer）三個層次。

第一，實體層。其是指進行網絡化控制傳輸的實體媒介，其主要為光纖或雙絞線。對實體層而言，是對進行網絡化控制細胞實體傳輸時，該實體傳輸媒介上傳輸位元的排列、傳輸編碼、傳輸訊號光電轉換等加以規范。

第二，網絡化控制層。對網絡化控制層而言，主要規范如何對網絡化控制細胞（網絡化控制Cell）封包進行處理，其功能說明如下：一是傳輸封包的產生與復原：主要是在傳送端，將各種傳輸網絡通過網絡化控制網絡進行傳送，從而產生傳輸封包。二是傳輸封包之修改：主要是將所傳送來的封包格式結構，修改為適合網絡化控制傳輸的封包結構。三是網絡化控制細胞的分割：對于所接收到一個位元串（Bit Stream）時，須偵測出網絡化控制細胞封包的邊界，以將其位元串還原成網絡化控制細胞。四是封包標頭（Head）錯誤檢查：該功能是對網絡化控制細胞的封包頭進行標頭錯誤檢查（HEC），以確認此封包標頭是否有發生錯誤，若檢查發現有錯誤時，將此網絡化控制細胞丟棄。

第三，網絡化控制調節層。在網絡化控制實體層及網絡化控制層之間，需要一些傳輸的通訊協定以進行通訊傳輸協調的作業，而這一層就是所謂網絡化控制調節層。由于網絡化控制層雖處理所有細胞封包的傳送、接收及交換，但它并不知道這些細胞封包是來自何種信息（如語音、資料、視頻等）。這種做法使網絡化控制層的工作更加簡單，但仍需要某一層通訊協定才能知道，并可處理各種應用需求。

4 結束語

未來對于煤炭機電提升運輸的控制必然走向可編程化與網絡化，本文通過可編程控制模式及網絡化控制模式的分析，不僅提供了模式系統設計的內涵，也指明了設計的方向。一般而言，兩者在系統設計的硬件部分，均需自行設計及組裝小型機電提升運輸設備的實驗模型進行實驗，軟件部分則可通過圖控方式制作人機界面應用程序，建構出視窗化煤炭機電提升運輸控制系統，最終通過實驗結果來驗證及發展用于實踐的控制模式系統。

參考文獻

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