PLC在煤礦電氣自動化過程中的應用探討

王海民

摘 要：在現代科學技術的快速發展下，自動化技術與各個行業領域生產實踐的融合關系更為密切，對于煤礦生產而言，自動化技術的應用有助于提高生產效率與安全性水平。文章重點探討PLC技術在煤礦電氣自動化過程中的應用，望引起業內人士的重視。

關鍵詞：PLC；煤礦；電氣自動化

在促進煤礦開采、生產與自動化技術的融合過程中，其中，以對PLC技術的應用最為關鍵。文章圍繞PLC在煤礦電氣自動化控制中的應用這一中心問題展開分析與探討。

1 PLC在煤礦井下排水系統中的應用

煤礦井下排水設備的運行直接與整個工作面的安全生產密切相關，同時井下排水設備也是煤炭生產中能耗最為集中的設備。傳統意義上的排水系統自動化水平低，缺乏應急響應機制，無法與工作面安全生產的需求相契合。為此，相關研究中開始提出通過應用PLC技術的方式，結合變頻控制技術，實現礦井工作面排水的自動化。

針對當前煤礦生產實踐中常見的一水平、二水平組成的井下排水系統而言，通常建議在二水平區域設置主排水泵房，滿足該水平面的排水需求。工作面涌水通過軌道、皮帶下山水溝混合至水倉內部，水泵引導礦井水實現排放，一水平區域進行排水，提升至工作面循環做生活用水或工作用水。

根據這一思路，在引入PLC技術的背景之下，所形成的整個排水控制系統結構示意圖如下圖所示（見圖1）。

圖1 排水控制系統結構示意圖

結合圖1，排水控制系統當中，監測區域實現對排水系統水倉液位參數、流量參數的檢測與控制，同時還可獲取一水平區、二水平區相應的水泵狀態參數，以上參數經過集中處理后傳輸至PLC控制器當中，實現對整個排水系統的全面控制。在此基礎之上，借助于井上控制室PLC控制柜實現與地面上位機的交互式通信，滿足監控的遠程性需求。

通過對PLC技術的應用，使得整個系統能夠通過三種不同的控制方式，與排水系統現場不同的運行工況相契合，確保控制質量：第一類控制模式為現場手動控制或半自動控制：本控制模式下，以外部電路為主體進行控制，主要是在井下自動控制系統出現運行故障時，現場操作人員及時開啟水泵，或根據實際情況選擇水泵開啟的臺數，并由PLC實現對水泵啟動、運行的自動化控制。第二類控制模式為自動控制，即水泵可在PLC所采集水位數據的作用下完成PID調速，實現水泵投入情況的決策，確保排水系統處于恒水位工作狀態；第三類控制模式為遠程控制，即在PLC支持下，顯示系統相關運行參數，并通過遠程讀寫的方式設置對應的換泵、PID參數，保障控制效果。

2 PLC在煤礦通風機監控系統中的應用

在整個礦井作業過程當中，通風機需要及時對井下開采工作面產生的各種惡性氣體進行抽取，同時灌入工作面以上新鮮空氣，對于改善井下工作面環境，確保工作面作業人員人身安全意義重大。在當前，PLC支持下的通風機監控系統受到信號引入眾多的因素影響，可能在故障作用下致使單個PLC出現死機、停運的問題，產生不可逆的負面影響。為此，需要在PLC技術支持下，通過軟冗余策略，對通風機監控系統進行合理改善。建議如下：

在當前技術條件支持下，綜合工業以太網模塊、PLC自動控制系統模塊、以及上位機組態軟件模塊的應用，構建通風機監控系統結構如下圖所示（見圖2）。

圖2 通風機監控系統結構示意圖

結合圖2，本控制系統可實現對井下工作面2*通風機+4*風門的自動控制。通過對PLC技術的引入可實現的優勢是：系統采取一主一備的基本運行模式，可支持在故障狀態下主用、備用系統的靈活切換。同時，還可通過倒機運行的方式，支持對工作面瓦斯濃度的獨立控制，平穩過渡風量，提高控制動作響應可靠性水平。

與此同時，改進的重點還體現在PLC軟冗余技術方面。在該系統處于正常運行狀態的情況下，如下圖（見圖3）所示的A#、B#PLC控制系統分別處于獨立運行狀態，此時整個通風機監控系統是依賴于主站PLC實現控制的，除備用站需要完成的非冗余程序以外，其他相關冗余程序均交由主站PLC完成。若指定圖3中A#為主站，B#為備站，兩者實現對控制信息的交互。A#面向B#發送詢問信息，B#將狀態信息復制至A#，A#對接收信息進行分析，并實現對冗余備份數據的復制。

圖3 PLC軟冗余工作原理示意圖

3 PLC在煤礦膠帶機集中控制系統中的應用

井上膠帶機集中控制系統同樣是煤礦電氣自動化系統中的重要組成部分之一。本系統的運行質量直接與工作面裝卸工作質量相關。常見的井上膠帶機集中控制系統組成部分包括兩個方面：其一為篩分車間系統，其二為儲煤與裝車操作系統。從集中控制系統設計的角度上來說，要求系統可支持包括集中式、就地式在內的兩種控制模式。可根據現場操作人員的實際需求，結合工作面運行工況，靈活選取控制模式。同時，在集中控制出現運行故障的情況下，本地控制系統可自動、及時進行切換，確保工作面皮帶設備運行的穩定，保障控制功能的有效實現。

按照這一基本思路，在將PLC技術引入煤礦膠帶機集中控制系統的過程當中，整個系統主要可劃分為兩個模塊，模塊一為集中控制管理層，模塊二為就地控制管理層。其中，前者主要由2*上位機+1*交換機構成。其中，2臺上位機相互保持冗余對應關系，支持與工作面現場電氣設備的連接，確保監督控制的可靠。同時，對于后者而言，主要由1*交換機+1*膠帶保護+1*PLC構成。考慮到在工作面的正常運行過程當中，篩分車間系統與儲煤裝車系統之間呈現出閉鎖性關系，故而兩者可以構成一個DP形態的操作網絡，該網絡結構示意圖如下圖所示（見圖4）。

如圖4所示，PLC技術作用之下，在組網過程當中，將篩分車間系統設置主站，將儲煤裝車系統設置為備戰，同時可在PLC控制柜當中增設以太網控制模塊，交換機與工作面現場設備在上位機的支持下實現交互式連接，確保集中控制功能的可靠實現。

4 結束語

本文分別從煤礦井下排水系統、煤礦通風機監控系統、煤礦膠帶機集中控制系統這三個方面入手，在系統自動化運行控制中實現了對PLC技術的應用，論證了PLC在應用于煤礦電氣自動化過程中的優勢，值得各方人員進一步加大對該問題的研究，推動PLC技術在煤礦生產領域中的全面發展。

參考文獻

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