煤礦自動裝車系統中PLC的應用及設計

張亮亮

（大同煤礦集團雁崖煤業公司電氣區，山西 大同 037000）

引言

通過PLC實現煤礦生產的自動化已經成為一種趨勢，利用PLC控制器構建自動化的控制系統，可以有效提升煤礦生產的效率，減少煤礦生產的易發事故，進而實現煤礦生產經濟效益顯著提升。PLC自動控制系統可以分為硬件和軟件兩個層面，進行自動化系統構建，需要從兩個層面入手，逐一實現自動化。

1 PLC概述

PLC的應用范圍十分廣泛，不論是煤礦生產，還是機械加工，都可以通過PLC構建自動化的控制系統，實現生產自動化［1］。PLC又稱為可編程邏輯控制器，通過編制邏輯程序，對硬件動作進行條件限制，進而實現生產控制自動化。PLC基于二進制運算，可以將脈沖信號轉化為數字信號，通過運算軟件對數字信號進行分析處理，再轉化為脈沖信號實現輸出。在某種程度上來說，PLC和計算機比較相似，都是由CPU、輸入、輸出、儲存器和電源這五個部分構成的［2］。

實現PLC自動控制，對于煤礦生產具有積極作用。首先，通過PLC自動控制系統可以實現煤礦生產作業自動化，減少人力投入，相應地就可以減少人為因素對煤礦生產形成的影響，提升煤礦生產安全程度。其次，通過PLC自動控制系統可以提升煤礦生產各個環節的銜接度，實現煤礦生產各環節的高效銜接，提升煤礦生產效率。最后，通過PLC自動控制系統可以實現變頻控制，根據實際工作需求自動調整機械運行狀態，降低機械運行過程的能耗，有助于提升企業經濟效益。

雖然PLC自動控制系統的功能強大，并且在許多領域都有十分廣泛的應用。但是，PLC系統相對來說也是比較脆弱的，容易受到各種內部因素和外部因素的干擾，進而導致程序執行出現錯誤，自動化功能受到阻礙。比如，溫度因素會影響傳感器的精確度和靈敏度，電磁因素會影響數據信號傳輸的穩定性和可靠性，煤礦井下的安全因素可能導致PLC系統硬件受到破壞。所以，在構建PLC自動控制系統時，應當充分考慮各種影響因素，做好相應的應對措施，將外界因素和內部因素的干擾降至最低，確保PLC系統能夠發揮出根本效用。

2 PLC自動裝車系統的原理和功能

根據煤礦裝車系統運用的實際情況，主要是由皮帶機、皮帶秤、給煤機、煤倉、電子軌道等部分組成的。具體工作流程為：運煤車進入煤倉，在電子軌道上穩定停止，通過傳感器傳輸控制信號，輸送機和給煤機啟動，將煤裝入運煤車中。通過皮帶秤對煤量進行監測，在達到設定值時，控制系統發出終止指令，皮帶機和給煤機停止運轉。這一過程就實現單節車廂裝煤，只需重復這一過程，就可以實現整列運煤車自動裝煤。根據裝車系統的基本工作流程來看，進行PLC自動裝車系統設計時，應當滿足以下幾個方面的基本功能［3］。

1）裝車具體流程中，PLC自動控制系統需要采集皮帶煤流流量、電子軌道負重、煤倉運行狀態、給煤機運行狀態以及皮帶機運行狀態等多個數據信息。因此，在構建PLC自動控制系統，需要在這些部位上加裝適量的傳感器用于采集數據。

2）實現自動控制功能需要一個集中控制室，能夠對傳感器回傳數據進行全面分析處理，并根據結果分析處理發出對應指令。構建集中控制室，可以將自動裝車系統各個環節的工作集中到一起，實現精細快速高效地控制，有利于生產一體化構建。

3）PLC自動控制系統的各個部分具有聯鎖功能，相關操作應該根據合理的順序進行，不能出現越權操作，比如啟動、停機等。

4）PLC自動控制系統構建過程中，應當實現三種控制手段，即可以通過PLC系統自動控制、現場就地控制以及手動控制這三種方式對裝車系統實現可靠的控制。

5）PLC自動控制系統應該具有故障診斷、自動報警、數據生成等一系列基本功能，實現自動裝車系統安全、可靠、穩定運行。

3 PLC自動裝車系統的硬件組成和軟件設計

3.1 硬件組成

硬件組成是PLC自動裝車系統構建的基本前提，一般來說可以分為三個環節，即PLC選型、I／O模塊設計和外部接線。

PLC選型就是根據自動裝車系統的構建要求，選擇適當的功能模塊。由于自動裝車系統主要是通過開關量控制實現控制任務，因此需要選擇具有A／D轉換輸入模塊和D／A轉換輸出模塊的控制器，同時還需選擇相對應的各型傳感器，諸如壓力傳感器、溫度傳感器等。具體型號可以選擇SMATIC S7－300型的PLC，結構優良，堅固耐用，并且具有良好的通訊能力和擴展能力，非常適用于煤礦自動裝車系統構建。

I／O模塊設計需要著重考慮監控狀態量，根據實際情況而言，主要應該監控以下狀態量：一是對煤倉煤量利用料位進行監控；二是利用溫度傳感器對電機的轉子、軸承、繞組等部件的溫度進行監控；三是對主回路、控制電路的電壓、電流等進行監控；四是對給煤機、絞車、皮帶機等設備的運行狀態進行監控；五是對集控中心的指令通過控制模塊進行傳輸，實現自動化控制。

外部接線應該根據實際情況進行，總的來說主要包括了以下幾個方面：一是電源選用，通常使用220V的交流電源作為PLC電源，為了防止供電出現波動，可以設置隔離變壓器，并且需要設置獨立斷路器；二是接地處理，對于PLC而言，基本上可以不進行接地處理，但是，如果接地條件存在，則應該盡量進行接地處理，確保PLC系統安全，提升其抗干擾能力；三是PLC可以和電流型設備連接，但不可與電壓型設備連接。尤其是在設計I／O時，需要充分考慮設備兼容性以及電流、電壓的影響；四是漏電流可能對PLC輸出造成影響，可以并聯旁路電阻到負載兩端，以此削弱PLC受到的影響。

3.2 軟件設計

PLC軟件和上位軟件構建煤礦自動裝車系統的兩個重要部分，其中PLC程序編制是關鍵重點。

PLC程序編制應該根據選用的PLC控制器進行，常用的程序編制模式為梯形圖，通過逐級的邏輯程序控制，實現裝車自動化。設計PLC程序的途徑有兩種：一是先進行硬件組態，再進行程序編制；二是先進行程序編制，在進行硬件組態。兩種方式各有優劣，但是對于煤礦自動裝車系統而言，先進行組態，再進行程序編制，可以簡化程序編制的難度。具體來說，程序編制的邏輯流程為：程序初始化→信號采集→是否自動→（是）控制策略→是否裝滿→（是）擋板正轉→絞車工作→最后一節→（是）車滿→（是）結束程序。這就是一個完整的正常的自動化邏輯控制程序。

上位機軟件可以使用WinCC進行設計，優化煤礦自動裝車系統的監控能力，以便對給煤機、皮帶機等設備的運行狀態進行實時全面顯示。通過主界面，還可以實現煤礦自動裝車系統的手段控制及自動控制，根據車中煤量、煤車位置、電機狀態等對系統進行控制，達成最優工作狀態。上位機可以通過兩臺工控機進行組合，其中之一發生故障時，另一臺可以進行硬件冗余，確保系統運行穩定正常。通過PLC軟件程序編制和上位軟件設計，可以構建完善的PLC自動控制系統，對煤礦裝車系統實現自動化構建。

4 結語

實現煤礦裝車系統自動化，對煤礦生產具有十分重要的作用。PLC是實現自動化控制系統的有效手段，在煤礦裝車自動化系統設計時，可以通過硬件組成和軟件設計兩個環節，實現PLC的應用，以此構建自動裝車系統。

［1］孫光明等.基于PLC的煤礦自動裝車系統研究［J］.煤礦機械，2012（5）：20－21.

［2］鄧洪龍.自動裝車系統的設計與應用［J］.氯堿工業，2010（4）：6－7.

［3］趙鵬.基于PLC技術的煤礦皮帶運輸系統的控制改造［J］.科技情報開發與經濟，2011（10）：21－23.