PLC技術在礦山機電控制中的應用研究

摘要：PLC是指可編程序控制器，是一種自動化控制設備。這種控制器因模塊化組合結構的采用而使系統組合變得靈活、方便。能夠有效地抵抗干擾，非常可靠，程序編輯的語言簡單、便捷，能夠在線修改等這些優點使PLC越來越多的被使用到礦山機電控制中。傳統的繼電器控制已經不能夠滿足近幾年煤礦現代化發展的進程了，PLC被越來越多地使用到礦山機電控制中，使得礦山機電設備的自動化程度越來越高，取得更好的經濟方面的效益。

關鍵詞：PLC技術；礦山機電控制；應用實例

隨著我國經濟技術的不斷發展，礦山機電設備自動化水平也越來越高，傳統的繼電器控制已經不能夠滿足這種自動化的發展需求了，PLC這種具有良好經濟效益的自動化控制設備更好地適應了這種現代化的發展趨勢，因此PLC被廣泛的使用。本文主要論述了PLC技術在礦山機電控制中的應用。

1.PLC的基本組成部分

中央處理器（CPU）、接口、電源、存儲器和外部設備編程器是PLC的基本組成部分，其中接口主要是指輸入、輸出、外部設備和擴展等所需要用到的接口[1]。PLC的內部的各個組成部分主要一些總線來進行連接，比如電源總線、控制總線、數據總線等，外部的控制裝置要根據實際控制對象的需要來進行配備。PLC從結構方面來劃分，可以分為固定式PLC和模塊式PLC兩種，固定式PLC主要是指中央處理器、電源等組成部分是一個整體，不能夠拆卸，模塊式PLC顧名思義就是指這些組成部分是以模塊的形式組合在一起的，能夠按照規則來進行拆卸并重新配置。

2.PLC的優點

PLC是利用數字運算來操作的電子系統，它的設計適應了工業環境下的應用。PLC能夠利用可編程序的存儲器存儲各種操作命令，比如運算指令、控制指令、定時指令等，然后將這些指令通過數字、模擬的輸入或者輸出實現對機械或者生產過程的控制[2]。

模塊化PLC能夠重新組合配置的特點，使得系統能夠非常靈活、方便的進行組合，而且PLC能夠抵抗干擾，編程需要的語言非常簡單、方便，可以及時進行修改等這些優點，使PLC在各行各業的控制系統中被廣泛的使用。近幾年，煤礦的現代化發展腳步不斷加快，這就要求礦山機電設備必須要有越來越高的自動化水平，可編程控制器與傳統的繼電器控制相比更具優勢，更能夠適應機電設備自動化的發展需求。

3.PLC技術在礦山機電控制中的應用研究

3.1.利用PLC技術對礦山老舊提升機進行改造

將礦山老舊提升機改造的可行之法是保留提升機的機械和主機部分，將礦山老舊提升機原來傳統的繼電器控制運用大功率晶匣管變流器和可編程控制器來進行改造。主要的步驟有：第一步，將原來的操作臺的位置空出來以方面新操作臺的安裝，將原操作臺放置到別的地方，在新操作臺安裝和檢測期間暫時使用原來的系統在原操作臺進行控制；第二步，為了實現新系統和老系統之間的轉換，可以將新系統和舊系統的轉換刀閘安裝到電樞回路上。提升機中的系統潤滑油泵控制中新系統和老系統的切換可以利用多路航空插頭來實現，在新系統調試期間，老系統可以與新系統并存，相互成為對方的備用系統[3]。新系統調試完成之后可以拆除老系統，如有必要也可以保留；第三步，對新系統的質量在安裝的過程中要嚴格控制，安裝過程中，安裝人員要選擇在未來要對新系統負責維修的人員來進行，而且要求安裝人員具有熟練的技術。安裝人員可以在新系統的安裝和調試過程中積累經驗，使自己將來在新系統的維護和維修工作中能夠更加游刃有余；第四步，采用電控監測的方式對井筒位置開關、行程、機械潤滑系統進行檢測，可以縮短新系統調試所需的時間。新系統安裝完成后，要對傳感器進行在線送電的測驗，要核對測驗中的參數與實際的參數是否對應。老系統在持續提升運行的過程中，每一部分都要利用計算機來進行檢測，盡可能的實現新老系統之間的一次性無誤切換；第五步，完成裝卸系統的再線調試后，利用新來系統混合控制的方式對裝卸載和提升信號系統進行測驗，老系統控制裝卸系統，新系統控制提升機裝卸站，盡量做到測試僅需一次性的投入就實現成功，這樣就減少了新系統全部調試完成的工作量[4]；第六步，在傳動回路中，變環系統的穩定性受到電流、速度、位置閉環的直接影響，這三個閉環正確則變環系統更加穩定。對對這三個閉環需要每天進行兩個小時的檢修，可以利用這段時間利用編碼器輸出試驗和電樞回路電流環控制試驗對各參數的響應進行確定，為全系統空載和全系統重載的測試創造條件；第七步，利用全礦井機電設備停產檢修的兩天時間對全系統空載進行試運行，將速度利用幾次提速實驗達到設定的標準值。全系統的重栽試驗要等到整個系統運行正常之后才能進行，完成重載試驗后就標志著礦山老舊提升機實現了全自動的控制改造。

3.2.實現井下風門自動啟閉的分析

大多數情況下，井下的風門都是靠人工來實現啟閉的。較大的負重和較大風門操作力，一定程度上給風門的開啟和關閉帶來了不方便，另外還可能會對風門造成損壞。由于井下風門有著不同于其他系統的特性，可以利用紅外傳感器檢測過往車輛的形態，在這個基礎上運用可編程控制器來對進行風門的自動啟閉實現控制，這種自動啟閉既節省了人力、保護了風門，也在一定程度上加強了對車輛和行人安全的保障。實現井下風門自動啟閉最關鍵的是要考慮到風門兩側的氣壓的不同，這就導致了壓強的形成，一般情況下要開啟風門需要三十到五十千克的開啟壓力，一旦風門開啟了一個縫隙之后，風門開啟所需要的壓力就會迅速下降，一般為五千克左右。通過這種情況可以看出，要減小風門開啟的壓力，可以在風門上設置一個窗口。由于窗口面積比風門小很多，窗口開啟需要的開啟壓力也要比風門開啟時的壓力小很多，小窗口的開啟能夠迅速改變風門兩側的氣壓，使氣壓幾乎消失了，這時再開啟風門就會減小開啟壓力[5]。

利用可編程控制器自動啟閉井下風門的工作原理是：井下風門需要開啟時，二位五通雙控電磁閥接收到需要開啟的控制信號，電磁閥打到供氣的位置，通過活塞的運動，將行走部分向外帶動，這時會首先打開風門上的小窗。當小窗的開啟到風門為30°夾角的時候，小窗在固定銷擋的作用下停止開啟，行走部分在活塞運動的帶動下繼續向外運動，這樣便完成了風門的開啟[6]。風門兩側的氣壓在小窗開啟之后差值迅速變小，兩側氣壓幾乎趨于相同，這時開啟風門會非常容易。風門達到90°角之后就完成了開啟的過程，這時車輛和行人便可以安全通行。風門需要關閉的時候，采用同樣的步驟，控制信號使二位五通雙控電磁閥換方向，將壓氣運動到氣缸相反的一方，活塞帶動行走部分行動，先關閉小窗，一直到風門完全關閉。

3.3.分析PLC在空氣壓縮機群微機監控系統的應用

空氣壓縮機群微機監控系統采用了可編程控制器之后，比之前采用單片機或工業控制機更加先進有效，使空氣壓縮機群微機監控系統數據測試更加準確，同時增強了整個機體的抗干擾能力，使得空氣壓縮機的運轉能夠更加的安全。

煤礦生產所需的動力設備中，空氣壓縮機是其中非常重要的一個。目前在煤礦生產中使用的空氣壓縮機，很大一部分都是采用繼電器來控制的，達不到《煤礦安全規程》中規定的空氣壓縮機安全運行標準，從而導致了容易發生故障。維護工作量大等問題。也有一些礦井采用了自動控制及微機控制的空氣壓縮機，但是由于空氣壓縮機機型和一些維護措施不能適應空氣壓縮機工作的特殊環境，避免不了安裝不久就難以正常使用的情況。采用可編程控制器的新型空氣壓縮機群組微機控制系統，利用溫度、壓力變送器和斷水裝置對現場信息進行采集，再由可編程控制器進行處理，通過傳感器將設備的工作狀態和參數值實時顯示到數顯示儀表上。

3.4.分析PLC在選煤廠集控系統中的應用

兗州礦業（集團）公司鮑店煤礦選煤廠的控制系統是可編程控制器系統和上位機監控向配合。

該廠原來的控制站有調度室、煤焦控制室和壓濾車間，調度室負責沉降離心脫水系統、跳汰系統、撈坑系統，原煤集控室負責原煤系統的重介選矸系統、篩分系統，儲運集控室負責儲裝運系統。這三個控制室之間有著互不關聯的、獨立的可編程控制器主機，各個控制室之間互不溝通，采用的控制主機的版本也不一樣。通過改造，將該廠的控制系統改為兩個，一個為新集控系統，一個為原煤車間，兩個控制系統只有在上位機可以相互訪問，不實現直接的通訊。

3.5.下運膠帶機中KZP型盤式可控制動裝置的應用

KZP型盤式可控制動裝置是一種機電液一體化設備。閘瓦和制動盤摩擦產生的力，就是盤式可控制東裝置的制動力。要改變改變可控制動裝置的制動力，可以通過閘瓦對制動盤正壓力的調節來實現，而正壓力和制動油壓成正比，也就同時調節了液壓系統的控制油壓[7]。

“可控”是KZP型盤式可控制動裝置的主要特點，電動機轉速和膠帶的轉速可以通過主驅動電機輸出軸和膠帶輸送機上的傳感器來讀取。當讀取的速度比設定值大時，KZP型盤式可控制動裝置需要減少制度系統的油壓，可以通過減少對制動閘液壓比例閥的供電來實現這個目的，為膠帶減少速度；反之，如果讀取的數值小于設定值，則增大供電流，加大制動系統油壓，保障膠帶正常速度運轉[8]。

4.總結

通過上述這些PLC實際應用的列舉，說明PLC技術已經在礦山機電控制中有了廣泛的使用，在對礦山機電設備進行改造的過程中PLC具有巨大的優勢，也對未來的礦山機電控制發展和煤礦自動化的發展具有重大的意義。

參考文獻：

[1]柏正果，蘭正彥.可編程控制器在礦山機電控制中應用分析[J].科協論壇（下半月），2010，03（09）：19-24.

[2]蔣宏民，王正友.PLC技術在我國礦井交流提升系統中的應用研究[J].冶金礦山設計與建設，2010，12（11）：11-13.

[3]張楠，趙嘉博.我國煤礦機電設備變頻技術的應用現狀[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2011，23（14）：19-26.

[4]葉予光，梁南丁.礦井交流提升系統中可編程控制器電控系統的應用與研究[J].中國新技術新產品，2011，23（19）：29-34.

作者簡介：于振飛（1983.11-），男，籍貫：山西省朔州市，現職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：自動化控制。