PLC技術(shù)在礦山機(jī)電控制領(lǐng)域的運(yùn)用研究與討論

楊國峰 龔楠

【摘要】PLC（可編程序控制器）是一種自動(dòng)化控制設(shè)備，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其所運(yùn)用的編程語言普及、簡易、方便。本文對(duì)PLC技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行了簡單介紹，分析了PLC技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的具體運(yùn)用，以供參考。

【關(guān)鍵詞】PLC技術(shù)；礦山機(jī)電控制

PLC即可編程控制器，指的是用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制的專用計(jì)算機(jī)，其主要功能是替代繼電器執(zhí)行邏輯控制。PLC技術(shù)的抗干擾性能強(qiáng)大，可靠性高，能夠長時(shí)期運(yùn)行仍確保穩(wěn)定；而且編程簡單、操作方便。在具體實(shí)踐中，PLC技術(shù)主要通過梯形圖編程，便于操作人員接受，通過該技術(shù)設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)方案安裝簡便，易于維護(hù)，且連接方式靈活、體積小、便于拆卸、功能完善，在工業(yè)環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。

1 PLC技術(shù)概述

1.1 PLC技術(shù)的工作原理

PLC技術(shù)實(shí)行控制功能包括三個(gè)階段：第一，采樣輸入。PLC系統(tǒng)通過掃描的方式讀取數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存在對(duì)應(yīng)的I/O單元中。采樣輸是該技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，對(duì)其他環(huán)節(jié)具有決定性影響。無論其他階段輸入的信息是否變動(dòng)，I/O單元數(shù)據(jù)都不會(huì)改變。值得注意的是，需要確保輸入脈沖信號(hào)的寬度應(yīng)超過PLC掃描周期，避免無法讀入；第二，執(zhí)行用戶程序。PLC系統(tǒng)根據(jù)梯形圖模式掃描用戶程序時(shí)，首先掃描左側(cè)控制線，對(duì)控制線路根據(jù)左右、上下的順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，基于運(yùn)算結(jié)果刷新計(jì)算機(jī)匯總邏輯線圈的狀態(tài)，并在用戶執(zhí)行程序時(shí)，通過I/O單元的立即指令存取I/O點(diǎn)；第三；刷新輸入。PLC系統(tǒng)的中央處理器會(huì)根據(jù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)自動(dòng)刷新并輸出緩存，并通過輸出電流驅(qū)動(dòng)外界設(shè)備。

1.2 PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

PLC技術(shù)的存儲(chǔ)器具有可編程的特性，能夠在內(nèi)部執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、算數(shù)運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)等操作指令，并經(jīng)模擬數(shù)字化的輸入、輸出環(huán)節(jié)，對(duì)各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)控制。PLC系統(tǒng)采取的組合方式是模塊結(jié)構(gòu)，組合系統(tǒng)靈便，編程語言成熟、柔性良好、可在線修改，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場能夠?qū)C(jī)械進(jìn)行數(shù)字控制，邏輯控制開關(guān)，并能夠與控制自動(dòng)裝置、多級(jí)控制系統(tǒng)或環(huán)閉過程。近年來，煤礦生產(chǎn)朝著現(xiàn)代化、機(jī)械化和自動(dòng)化方向發(fā)展，對(duì)其所使用的機(jī)電設(shè)備的要求提高，PLC技術(shù)具有很高的自動(dòng)化水平，有利于提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。

2 PLC技術(shù)在礦山機(jī)電控制中的運(yùn)用要點(diǎn)

2.1 PLC技術(shù)在礦山提升機(jī)改造中的應(yīng)用

改造礦山機(jī)械的有效方式是保留提升機(jī)的直流主電機(jī)和機(jī)械部分，并使用PLC技術(shù)和大功率的變流器對(duì)提升機(jī)繼電器控制進(jìn)行改造。其運(yùn)用要點(diǎn)如下：

2.1.1將原操作臺(tái)整體搬移，在安裝新操作臺(tái)期間仍在原操作臺(tái)上進(jìn)行操作和老系統(tǒng)運(yùn)行。

2.1.2對(duì)電樞回路安裝系統(tǒng)新舊轉(zhuǎn)換刀閘，轉(zhuǎn)換新老系統(tǒng)；通過多路插頭轉(zhuǎn)換提升機(jī)的潤滑油泵控制系統(tǒng)，在調(diào)試新系統(tǒng)時(shí)可以與老系統(tǒng)并存，一邊備用，必要時(shí)可永久保留。

2.1.3嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量，由技術(shù)操作熟練的人員全程參與安裝，為調(diào)試完成后的穩(wěn)定運(yùn)行和日常維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

2.1.4為了減少調(diào)試新系統(tǒng)的時(shí)間，對(duì)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)、井筒開關(guān)、行程實(shí)施電控監(jiān)測，安裝傳感器之后進(jìn)行送電在線測試，并校準(zhǔn)測量參數(shù)，確保與提升機(jī)控制系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。提升老系統(tǒng)時(shí)要在計(jì)算機(jī)中逐步檢驗(yàn)每部分的運(yùn)行過程，確保一次性實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)切換。

2.1.5對(duì)裝卸載系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試完成后，通過老系統(tǒng)提升，但要由新系統(tǒng)中的PLC控制裝卸站；通過混合控制方式，能夠確保提升信號(hào)和裝卸載控制系統(tǒng)一次性運(yùn)行成功，減輕全面調(diào)試新系統(tǒng)的工作量。

2.1.6電流閉環(huán)、位置閉環(huán)和速度閉環(huán)式傳動(dòng)回路的關(guān)鍵部分，其是否正確對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有直接影響。因此需要每天定期對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)施編碼器輸出測試以及電環(huán)流動(dòng)態(tài)測試，明確系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)，為系統(tǒng)重載和空載運(yùn)行測試創(chuàng)造良好條件。

2.2 PLC技術(shù)在井下風(fēng)門自動(dòng)開關(guān)、閉合中的應(yīng)用

目前，大多數(shù)礦山井下的風(fēng)門都是依靠人工操作完成控制的。由于井下負(fù)壓較大。風(fēng)門開啟難度較大，不僅不便于開關(guān)，而且容易破壞風(fēng)門。根據(jù)井下風(fēng)門結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過遠(yuǎn)程紅外線傳感器動(dòng)態(tài)監(jiān)測來往車輛，并運(yùn)用PLC技術(shù)自動(dòng)控制井下風(fēng)門的開啟和閉合，能夠確保行人和車輛的安全、高速通行，并節(jié)省人力。運(yùn)用PLC技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是先開窗后開門。由于風(fēng)門兩側(cè)存在空氣壓力差，而且風(fēng)門面積較大，通常開啟風(fēng)門的壓力達(dá)到30kg～50kg，如果先小范圍開啟風(fēng)門，可以將壓力降低至5kg以下。所以需要在風(fēng)門上設(shè)置窗口，而窗口由于面積較小，其開啟壓力僅為10kg，當(dāng)打開窗口后，大大減小了風(fēng)門兩側(cè)氣壓差，能夠減少氣缸操作量和開啟強(qiáng)度，有效提高工作效率。

該技術(shù)的運(yùn)用要點(diǎn)是：開啟風(fēng)門時(shí)，PLC系統(tǒng)會(huì)將控制信號(hào)傳輸至雙控電磁閥，當(dāng)電磁閥被打至供氣位置時(shí)，氣缸活塞能夠帶動(dòng)行走支點(diǎn)向外運(yùn)動(dòng)，則及時(shí)打開了風(fēng)門上的窗口。當(dāng)窗口開啟至與風(fēng)門呈30°夾角時(shí)，固定銷會(huì)阻擋小窗繼續(xù)開啟，同時(shí)行走支點(diǎn)行前繼續(xù)移動(dòng)，則開啟風(fēng)門。當(dāng)風(fēng)門開啟至90°時(shí)則自動(dòng)停止。 關(guān)閉風(fēng)門時(shí)，同樣傳輸控制信號(hào)至電磁閥進(jìn)行方向轉(zhuǎn)換，控制壓氣會(huì)進(jìn)入到氣缸另外一端，通過氣缸活塞帶動(dòng)行走支點(diǎn)反向移動(dòng)，先關(guān)閉窗口，后關(guān)閉風(fēng)門。

2.3 PLC在選煤廠集控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司某煤礦選煤廠的系統(tǒng)采用上位機(jī)監(jiān)控控制器系統(tǒng)相結(jié)合以數(shù)據(jù)量邏輯為主控制模式，通過少量的工藝過程參數(shù)的模擬值實(shí)施監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)工藝流程系統(tǒng)裝置的集中啟、停車控制及運(yùn)行過程中的連鎖控制。SIMATIC$70-300、SIMATIC T1545是該廠以前使用的配煤系統(tǒng)及集控系統(tǒng)。原煤重介選矸系統(tǒng)、跳汰（水洗）系統(tǒng)、沉降離心脫水系統(tǒng)、壓濾車間監(jiān)控系統(tǒng)、儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)、除木雜系統(tǒng)以及撈坑系統(tǒng)是集控系統(tǒng)的重要組成部分。把集控系統(tǒng)進(jìn)行改造完成，可編程控制器主機(jī)已成為一臺(tái)系統(tǒng)獨(dú)立的機(jī)器，它主要由壓濾、儲(chǔ)運(yùn)以及洗煤系統(tǒng)共同構(gòu)成。單獨(dú)的可編程控制器主機(jī)放在原煤車間，但兩臺(tái)主機(jī)主機(jī)之間必須通過其他設(shè)備才能進(jìn)行通信。控制方案主要由施耐德140系列（PLC系統(tǒng)）構(gòu)成，中央處理單元以CPUll303作為主機(jī)，具有MODBUS PLUS、MOD昏US接口和512K字節(jié)RAM。工業(yè)總線結(jié)構(gòu)的分布式控制系統(tǒng)在原煤車間及廠調(diào)度室都有各自的可編程控制器主機(jī)站，且都是由控制電路和現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)檢測連接的部分共同構(gòu)成。在壓濾車間配電室、原煤1#變電所、篩分車間配電室、重介三樓配電室、5PD-1配電室、原煤2#變電所、重介三樓配電室、以及原煤倉下等地方都有分布站，原煤系統(tǒng)可編程控制器對(duì)原煤車間3PD、篩分車間配電室、重介三樓配電室、原煤1#變電進(jìn)行控制，而廠調(diào)度室可編程控制器則對(duì)其他發(fā)布站進(jìn)行控制。

3 總結(jié)

綜上所述，在礦山機(jī)電控制中利用PLC技術(shù)，對(duì)原有控制系統(tǒng)的改造升級(jí)具有重要作用，能夠有效提高礦山控制的自動(dòng)化程度，提升礦山生產(chǎn)的效率，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)提供了可靠支持。

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