礦山機(jī)電控制技術(shù)中PLC技術(shù)的應(yīng)用分析

張洋 房亮

摘 要：可編程控制器PLC是自動(dòng)化控制的重要設(shè)備，其主要結(jié)構(gòu)為模塊化組合結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)的組合更為靈便，且可靠性較高能夠有效對(duì)抗外部干擾，此外PLC具有較簡(jiǎn)便的編程語(yǔ)言，能夠進(jìn)行在線修改，柔性較好。隨著我國(guó)近年來(lái)煤礦生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化生產(chǎn)的呼聲越來(lái)越高，因此傳統(tǒng)的繼電器控制模式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的要求，PLC技術(shù)的應(yīng)用不但提高了礦山的生產(chǎn)效率，帶來(lái)了多方效益，同時(shí)也保證了生產(chǎn)的安全性。文章著重對(duì)礦山機(jī)電控制技術(shù)中PLC技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析論述。

關(guān)鍵詞：礦山機(jī)電控制；設(shè)備改造；PLC技術(shù)

1 設(shè)備組成

PLC主要組成部分包括cpu、輸入接口、擴(kuò)展接口、外設(shè)接口以及輸出接口、存儲(chǔ)器、外設(shè)編程器以及電源模塊。而設(shè)備的內(nèi)部各個(gè)組成單元?jiǎng)t通過(guò)電源總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線以及控制總線進(jìn)行連接，設(shè)備的外部設(shè)備以及控制裝置的配置則依據(jù)實(shí)際的控制對(duì)象進(jìn)行選擇，共同構(gòu)成PLC系統(tǒng)。

2 PLC的技術(shù)優(yōu)越性

作為數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)PLC控制器具有可編程性，作為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)時(shí)而生的電子系統(tǒng)，PLC的設(shè)計(jì)具有針對(duì)性。通過(guò)其內(nèi)部的可編程存貯器，進(jìn)行邏輯運(yùn)算的存貯與執(zhí)行，并進(jìn)行順序控制、計(jì)算、定時(shí)以及算數(shù)運(yùn)算的命令操作，通過(guò)模擬、數(shù)字的命令，對(duì)各個(gè)機(jī)械設(shè)備以及生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行控制。

由于系統(tǒng)采用了較為方便靈活的模塊化組合構(gòu)成，因此具有較強(qiáng)的可靠性，且較之傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗干擾能力。另外，其編程也較為便捷，編程語(yǔ)言具有普及性操作方便，具有良好的柔性，能夠進(jìn)行在線修改。目前PLC技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)開(kāi)關(guān)邏輯、機(jī)械設(shè)備以及機(jī)器人、自動(dòng)裝置閉環(huán)系統(tǒng)、多級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)等進(jìn)行控制。隨著我國(guó)近年來(lái)煤礦業(yè)的發(fā)展，機(jī)電自動(dòng)化要求不斷的提高，傳統(tǒng)的控制方式已經(jīng)開(kāi)始展現(xiàn)出其局限性和弊端，因此PLC技術(shù)的應(yīng)用是必然趨勢(shì)。

3 應(yīng)用概述

3.1 老舊提升機(jī)的改造

對(duì)老舊提升機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，保留其直流主電機(jī)以及提升機(jī)械，將老舊提升機(jī)中的繼電器控制通過(guò)PLC以及大功率的晶匣管變流器進(jìn)行改造，這是礦山設(shè)備改造中較為有效的方式之一，其主要改造步驟為：

（1）由于新操作臺(tái)需要安裝空間，因此首先需要搬移原操作臺(tái)，對(duì)提升機(jī)進(jìn)行改造的過(guò)程中仍舊運(yùn)行老系統(tǒng)，在原操作臺(tái)進(jìn)行操作。

（2）通過(guò)轉(zhuǎn)換刀閘實(shí)現(xiàn)新舊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換刀閘安裝在電樞回路上。而制動(dòng)系統(tǒng)的潤(rùn)滑油泵則通過(guò)多路航空插頭的控制用以切換新老系統(tǒng)，如此一來(lái)，新老系統(tǒng)互為備用，在新系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行前老系統(tǒng)可以與之并存，若有必要還能夠作為備用系統(tǒng)永久保留。

（3）嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量，安裝需要技術(shù)熟練且將來(lái)會(huì)參與維護(hù)的人員進(jìn)行操作，以此為調(diào)試后的正式運(yùn)行以及維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

（4）通過(guò)對(duì)井筒位置的行程、開(kāi)關(guān)以及潤(rùn)滑制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)電控檢測(cè)，用以縮短新安裝系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間，并在安裝傳感器后在線進(jìn)行送電測(cè)試，對(duì)每個(gè)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，保證其能夠?qū)?yīng)實(shí)際的提升系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)老系統(tǒng)提升時(shí)每一部分的運(yùn)行形成進(jìn)行檢驗(yàn)，保證能夠一次性無(wú)誤的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)切換。

（5）在線對(duì)裝卸載系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試完成后，提升由老系統(tǒng)進(jìn)行控制，但是其裝卸載站則是通過(guò)新系統(tǒng)的PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制。這種混合控制的方式能夠使得系統(tǒng)控制可以一次性投入成功，在調(diào)試工作量上能夠有效減少，提高了工作效率。

（6）傳動(dòng)回路中最關(guān)鍵的部分是未知閉環(huán)、電流閉環(huán)以及速度閉環(huán)，其是否正確會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定與否。每天需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行兩小時(shí)的檢修，通過(guò)對(duì)上述環(huán)節(jié)進(jìn)行電樞回路的電流環(huán)控制實(shí)驗(yàn)以及編碼器輸出實(shí)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行確定，為系統(tǒng)的重載測(cè)試運(yùn)行以及空載測(cè)試運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

（7）通過(guò)兩天的停產(chǎn)設(shè)備檢修，對(duì)全礦幾點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行全體空載試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)多次提速令系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的運(yùn)行速度。待系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確平穩(wěn)后對(duì)其進(jìn)行重載運(yùn)行試驗(yàn)，最終系統(tǒng)的全載全自動(dòng)運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)。

3.2 自動(dòng)啟閉井下風(fēng)門

目前我國(guó)礦井中所使用的風(fēng)門人工操作居多，由于井下負(fù)壓較大，因此開(kāi)門所需操作力很大，風(fēng)門的開(kāi)啟以及關(guān)閉過(guò)程中很容易造成風(fēng)門的損壞，操作十分不便。利用風(fēng)門結(jié)構(gòu)的特殊性，通過(guò)遠(yuǎn)紅外傳感器動(dòng)態(tài)檢測(cè)往來(lái)車輛，并利用PLC控制實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門開(kāi)閉的自動(dòng)化，不但提高了安全性，同時(shí)也極大的節(jié)省了人力資源。該技術(shù)中的核心便是需要在開(kāi)門前先打開(kāi)窗口，風(fēng)門的兩側(cè)具有一定的氣壓差，由于風(fēng)門的面積較大，因此其開(kāi)啟的壓力范圍為30kg至50kg。通過(guò)窗口的打開(kāi)能夠使得風(fēng)門的開(kāi)啟壓力降低到5kg以下。因此風(fēng)門上的窗口設(shè)置能夠有效降低開(kāi)啟壓力，并且由于窗口的面積較小，其開(kāi)啟壓力便會(huì)大大降低，約為10kg，當(dāng)窗口打開(kāi)后，風(fēng)門兩側(cè)氣壓差會(huì)瞬間降低，開(kāi)啟機(jī)構(gòu)強(qiáng)度以及氣缸操作力便得到了有效的減少。該技術(shù)原理為：當(dāng)需要開(kāi)啟風(fēng)門時(shí)，信號(hào)被傳送至雙控電磁閥，電磁閥打到供氣位置，行走部分由氣缸的活塞帶動(dòng)向外運(yùn)行，風(fēng)門上設(shè)置的窗口便被打開(kāi)。當(dāng)窗口的開(kāi)啟角度同風(fēng)門形成30°時(shí)，窗口便會(huì)被阻擋，無(wú)法繼續(xù)打開(kāi)，但是行走支點(diǎn)會(huì)繼續(xù)移動(dòng)，風(fēng)門便會(huì)被開(kāi)啟。由于風(fēng)門上設(shè)置的窗口開(kāi)啟時(shí)風(fēng)門兩側(cè)的氣壓差大大減少，甚至基本消失，因此風(fēng)門很容易便被打開(kāi)。當(dāng)開(kāi)啟角度達(dá)到90°時(shí)，開(kāi)啟動(dòng)作會(huì)自動(dòng)停止，此時(shí)車輛、行人便可以通行。當(dāng)風(fēng)門需要關(guān)閉時(shí)，控制信號(hào)傳輸?shù)蕉晃逋p控電磁閥使其換向，控制壓氣進(jìn)入汽缸的另一端，汽缸的活塞帶動(dòng)行走部分向回移動(dòng)，先是小窗被關(guān)嚴(yán)，然后帶動(dòng)風(fēng)門轉(zhuǎn)動(dòng)，直到風(fēng)門完全被關(guān)嚴(yán)為止。

3.3 PLC在選煤廠集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司鮑店煤礦選煤廠的控制系統(tǒng)采用底層可編程控制器系統(tǒng)與上位機(jī)監(jiān)控相結(jié)合的模式，以數(shù)據(jù)量邏輯控制為主，配以少量工藝過(guò)程參數(shù)的模擬量檢測(cè)監(jiān)視，用于實(shí)現(xiàn)工藝流程系統(tǒng)設(shè)備的集中啟、停車控制和運(yùn)行過(guò)程中的連鎖控制，并且具有工藝過(guò)程參數(shù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)中的先進(jìn)水平。集控系統(tǒng)的整體框架分為原煤重介選矸系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)、跳汰（水洗）系統(tǒng)、撈坑系統(tǒng)、沉降離心脫水系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)及壓濾車間監(jiān)控系統(tǒng)。集控系統(tǒng)有三個(gè)操作站：調(diào)度室操作洗煤系統(tǒng)的跳汰（水洗）系統(tǒng)；撈坑系統(tǒng)和沉降離心脫水系統(tǒng)；原煤集控室操作原煤系統(tǒng)的重介選矸系統(tǒng)和篩分系統(tǒng)；儲(chǔ)運(yùn)集控室操作儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)；壓濾車間設(shè)備僅在模擬盤上顯示。三個(gè)集控室有各自的可編程控制器主機(jī)，互不通訊，版本不一。改造后的新集控系統(tǒng)將洗煤、壓濾與儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)合為一臺(tái)可編程控制器主機(jī)，原煤車間單獨(dú)一臺(tái)可編程控制器主機(jī)；兩臺(tái)主機(jī)不直接通訊，系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)通訊互訪。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述文章的介紹，充分說(shuō)明了PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦山生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域以及機(jī)電控制中，因此PLC對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的改造具有著廣泛的前景，同時(shí)也能夠有效的促進(jìn)我國(guó)煤礦生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。

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