煤礦井下生產系統中的PLC應用

高沖

摘要：PLC控制技術是一種廣泛應用于工業生產各個領域的控制方法，它具有結構簡單、性能可靠、抗干擾性強、使用規范、編程方便等眾多優點，而正是由于這些優點使得PLC控制技術得到越來越多的認可，目前我國的煤礦相關設備，隨著不斷發展進步，朝著大型化、自動化、智能化方向發展。本文結合自己工作和考察，對一些井下設備中涉及到的PLC控制技術和相關控制原理的認識，對PLC控制技術在煤礦井下生產系統中應用的發展前景展望。

關鍵詞：PLC控制技術 ?自動化 ?智能化

0 引言

我國是一個以煤為主要能源的國家，目前煤炭在能源消費結構中占70%以上，在今后相當長的一段時期內，煤炭仍將是我國能源的支柱產業，這是由我國的國情決定的。所以近年來我國實行煤炭行業的整改，隨著整改以及行業的發展，煤礦設備也逐漸朝著自動化、大型化、智能化等方面發展。PLC控制技術在煤礦設備控制中扮演著舉足輕重的作用。傳統的煤礦設備控制多使用繼電器-接觸器來進行相關設備的控制，而這種控制方法可靠性差，故障率高，并且使用環境受限嚴重;而近年來不斷發展的PLC控制技術具有結構簡單、可靠性高、抗干擾能力強、使用方便等眾多優點[1]，也正是由于PLC控制技術的眾多優點使得該種控制技術在煤礦井下生產中的應用越來越廣泛。

1 PLC概述

1.1 PLC控制技術的定義 PLC（Programmable Logic Controller）也就是可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部相關控制程序的存儲，并執行相關的邏輯運算，順序控制，定時，計數與算數操作等面向用戶的指令，并且通過數字或者模擬式的輸入以及輸出變量控制各種類型的機械或者生產過程[2]。而實際上PLC是一種用于生產設備控制的計算機，有電源、中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等幾個基本部分組成。通過各個模塊之間的協調工作，按照用戶已經寫入的控制程序來執行相關的指令，并達到想要的控制目的。

1.2 PLC控制技術的工作原理 PLC控制技術的實現首先依賴于PLC中的硬件基礎，首先是存儲用戶程序的EEPROM存儲器，CMOS靜態RAM或者EPROM存儲器，此存儲器可以使用紫外線擦出或者電改寫方式修改用戶程序。用戶程序是可以修改的，同時也是PLC控制技術能夠實現相應功能的基礎，用戶根據實際工作要求，使用計算機語言編寫的程序，這部分程序可以根據用戶要求進行創建、修改、編輯、編譯等操作。另外在PLC中還有另外一種程序——系統程序，這列程序是不能改動的，一般存放在EPROM或者PROM中，用戶不能訪問，也不能修改[3]。

1.3 PLC控制技術的特點 ①使用方便，程序簡單。在礦業中使用PLC控制技術中，大多使用梯形圖，邏輯圖等圖形符號，這種表達方式和傳統控制繼電器控制電路非常接近，所以對于工程技術人員來說是非常容易接受的，并且PLC的生產研發周期相應的也會縮短。編程語言也是非常簡單的，非常容易學習掌握，另外在控制過程中，多數功能實現自動化，并且設備的設計本身就非常人性化，控制操作簡單方便易懂。②環保。這個方面可以有三個小的方面來體現：首先是PLC控制器體積比較小，這對于煤礦井下狹小的空間來說是非常關鍵的，能夠節省空間便于控制;其次是PLC控制器比較輕便，重量小的能夠在100g以下，能夠在礦井下移動方便;另外就是PLC控制器實現控制的能耗較低，能夠節約能源，響應綠色生產的號召。③靈敏度高，性能可靠。這方面的特點是由PLC控制器本身的設計制造決定的，PLC內部電路多采用抗干擾技術，并且生產的要求非常嚴格，使得PLC本身的工作性能非常可靠，抗干擾能力也非常強，另外結合不同的故障自我診斷保護，使得系統的可靠性進一步增強[4]。

2 PLC控制技術在礦井中的應用

2.1 PLC控制技術在煤礦礦井提升機中的應用 礦井的提升機是礦山重要的設備，肩負著煤礦，人員，相關設備的運輸責任[5]。采用PLC控制技術控制的礦井提升機系統主要有：主控系統，調速系統，監控系統以及輔助控制系統等幾部分組成[6]（如圖1）。

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圖1

對于PLC控制技術在提升機中的具體應用可以從提升機各個組成系統來說。

首先是主控系統，通過人為編寫控制程序，能夠通過PLC對礦井提升機進行手動，自動以及常規控制，并且還能夠與保護系統和調速系統結合，使得在提升機運行過程中的減速，剎車，啟動，運行以及過卷等情況進行合理控制。并且在此過程中多使用脈沖編碼器，能夠實現信息的數字控制，使得對提升機的控制更加精準，快捷。另外在這個系統中由于一方面需要計算機系統來進行控制，另一方面，為了和礦井整體控制系統相融合還設置了與礦井其他控制部分的接口。其次是監控系統，這部分有PLC和編碼器組成，通過傳感器等設備采集提升機的深度，速度等信息，將這部分信息作為PLC控制程序執行的輔助條件，一方面使得PLC對提升機的速度，深度等控制更加精準;另一方面也會輸出其他操作信號或者保護信號。最后是安全保護系統，保護系統是由兩部分PLC組成的，能夠實現PLC的相互冗余。這部分通過PLC控制實現對提升機工作系統中出現的提升過卷、低壓電源斷電或者故障、通訊故障、深度顯示故障、PLC編碼器失效等多種故障進行相應的保護，確保提升機系統正常工作。

2.2 PLC控制技術在煤礦通風系統中的應用 通風系統的主要特點是工作環境復雜，需要采集的信息參數多，需要系統整體協調工作等。采用PLC控制技術對通風系統進行控制首先是通過PLC作為測控終端，通過相應的傳感器測出通風系統的通風機工作分量、轉速、工作壓強通風進出口的溫度、濕度、壓強以及電機的相關參數，將這些信號轉化為模擬或者數字信號，作為控制程序的參考對程序輸出進行相應修正，使得系統輸出合適的數據，確保通風系統正常工作，使得整個礦井通風良好。

2.3 PLC控制技術在煤礦井下排水系統的應用 由于PLC控制技術的可靠性和穩定性，使得其在現代礦井中的排水系統中的應用越來越廣泛。PLC控制的排水系統工作首先是對礦井排水相關信息的采集，如：水位、水壓、水泵流速、排水量、排水管路狀況等信息，然后當所需信號滿足排水要求，系統控制相關排水泵進行工作，并且控制排水管路上的相關閥體進行排水管路的疏通以及信號檢測。在系統進行監控的過程中如果出現系統故障，可以根據選擇系統控制備用泵的選用，確保系統正常工作，及時進行井下排水作業。

另外在煤礦井下的采煤機，巷道的掘進設備以及井下的通信系統，安全監控系統等眾多系統都應用到了PLC控制技術，同時，PLC控制技術工作的穩定性、可靠性也確保了井下各個系統的正常運行。

3 結語

從目前國內計算機水平的發展來看，PLC硬件以及可編程技術朝著運算速度加快，容量增加，智能化進一步提高方向發展，這就使得PLC控制技術的應用性進一步增強。并且PLC控制系統依然保持著工作性能穩定可靠的特點，而對于目前煤礦行業安全性要求越來越嚴格的形式來說，無疑應用PLC進行煤礦大型設備的控制進行安全生產是非常合適的選擇。未來，PLC控制技術的穩定性和可靠性會進一步增強，在煤礦設備控制應用中會進一步增強，使得煤礦設備的操作更加便捷人性化，工作更加智能化，系統工作穩定可靠。另一方面PLC控制技術的發展還推動著煤礦整體生產系統的計算機網絡化，大量可編程器的加入使得煤礦各個系統相容性增強，便于系統化。總之，PLC控制技術在煤礦井下生產系統中的應用會越來越廣泛，也會發揮著越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]林小峰.可編程控制器原理及應用[M].北京：高等教育出版社，1994.

[2]田瑞庭.可編程控制器應用技術[M].北京：機械工業出版社，1994.

[3]冠英.P比在礦井提升信號系統中的應用[J].煤炭技術，2004（1）.

[4]莫衛東.VisualBasic6.0高級編程技巧——窗口、菜單篇[M].西安：西安交通大學出版社，1999.

[5]石磊.PLC在TKD-A系列礦井提升機電控系統改造中的應

用[J].煤礦機械，2009.

[6]梁南丁，礦井提升機電控系統的技術改造[J].礦山機械，2006（11）：75-77.