PLC技術在礦山機電控制領域的運用研究與討論

楊國峰 龔楠

【摘要】PLC（可編程序控制器）是一種自動化控制設備，具有可靠性高、抗干擾能力強等優點，其所運用的編程語言普及、簡易、方便。本文對PLC技術的工作原理和特點進行了簡單介紹，分析了PLC技術在礦山機電控制中的具體運用，以供參考。

【關鍵詞】PLC技術；礦山機電控制

PLC即可編程控制器，指的是用于現代工業生產控制的專用計算機，其主要功能是替代繼電器執行邏輯控制。PLC技術的抗干擾性能強大，可靠性高，能夠長時期運行仍確保穩定；而且編程簡單、操作方便。在具體實踐中，PLC技術主要通過梯形圖編程，便于操作人員接受，通過該技術設計出的系統方案安裝簡便，易于維護，且連接方式靈活、體積小、便于拆卸、功能完善，在工業環境中得到廣泛應用。

1 PLC技術概述

1.1 PLC技術的工作原理

PLC技術實行控制功能包括三個階段：第一，采樣輸入。PLC系統通過掃描的方式讀取數據，并儲存在對應的I/O單元中。采樣輸是該技術最重要的環節，對其他環節具有決定性影響。無論其他階段輸入的信息是否變動，I/O單元數據都不會改變。值得注意的是，需要確保輸入脈沖信號的寬度應超過PLC掃描周期，避免無法讀入；第二，執行用戶程序。PLC系統根據梯形圖模式掃描用戶程序時，首先掃描左側控制線，對控制線路根據左右、上下的順序進行邏輯運算，基于運算結果刷新計算機匯總邏輯線圈的狀態，并在用戶執行程序時，通過I/O單元的立即指令存取I/O點；第三；刷新輸入。PLC系統的中央處理器會根據對應數據自動刷新并輸出緩存，并通過輸出電流驅動外界設備。

1.2 PLC技術的優點

PLC技術的存儲器具有可編程的特性，能夠在內部執行順序控制、邏輯運算、算數運算、計數、定時等操作指令，并經模擬數字化的輸入、輸出環節，對各種機械設備和生產過程進行自動控制。PLC系統采取的組合方式是模塊結構，組合系統靈便，編程語言成熟、柔性良好、可在線修改，在工業生產現場能夠對機械進行數字控制，邏輯控制開關，并能夠與控制自動裝置、多級控制系統或環閉過程。近年來，煤礦生產朝著現代化、機械化和自動化方向發展，對其所使用的機電設備的要求提高，PLC技術具有很高的自動化水平，有利于提高煤礦企業的經濟利益。

2 PLC技術在礦山機電控制中的運用要點

2.1 PLC技術在礦山提升機改造中的應用

改造礦山機械的有效方式是保留提升機的直流主電機和機械部分，并使用PLC技術和大功率的變流器對提升機繼電器控制進行改造。其運用要點如下：

2.1.1將原操作臺整體搬移，在安裝新操作臺期間仍在原操作臺上進行操作和老系統運行。

2.1.2對電樞回路安裝系統新舊轉換刀閘，轉換新老系統；通過多路插頭轉換提升機的潤滑油泵控制系統，在調試新系統時可以與老系統并存，一邊備用，必要時可永久保留。

2.1.3嚴格控制安裝質量，由技術操作熟練的人員全程參與安裝，為調試完成后的穩定運行和日常維護奠定基礎。

2.1.4為了減少調試新系統的時間，對機械制動系統、井筒開關、行程實施電控監測，安裝傳感器之后進行送電在線測試，并校準測量參數，確保與提升機控制系統相對應。提升老系統時要在計算機中逐步檢驗每部分的運行過程，確保一次性實現系統切換。

2.1.5對裝卸載系統進行在線調試完成后，通過老系統提升，但要由新系統中的PLC控制裝卸站；通過混合控制方式，能夠確保提升信號和裝卸載控制系統一次性運行成功，減輕全面調試新系統的工作量。

2.1.6電流閉環、位置閉環和速度閉環式傳動回路的關鍵部分，其是否正確對閉環系統的穩定運行具有直接影響。因此需要每天定期對關鍵環節實施編碼器輸出測試以及電環流動態測試，明確系統動態響應參數，為系統重載和空載運行測試創造良好條件。

2.2 PLC技術在井下風門自動開關、閉合中的應用

目前，大多數礦山井下的風門都是依靠人工操作完成控制的。由于井下負壓較大。風門開啟難度較大，不僅不便于開關，而且容易破壞風門。根據井下風門結構的特點，通過遠程紅外線傳感器動態監測來往車輛，并運用PLC技術自動控制井下風門的開啟和閉合，能夠確保行人和車輛的安全、高速通行，并節省人力。運用PLC技術的關鍵點是先開窗后開門。由于風門兩側存在空氣壓力差，而且風門面積較大，通常開啟風門的壓力達到30kg～50kg，如果先小范圍開啟風門，可以將壓力降低至5kg以下。所以需要在風門上設置窗口，而窗口由于面積較小，其開啟壓力僅為10kg，當打開窗口后，大大減小了風門兩側氣壓差，能夠減少氣缸操作量和開啟強度，有效提高工作效率。

該技術的運用要點是：開啟風門時，PLC系統會將控制信號傳輸至雙控電磁閥，當電磁閥被打至供氣位置時，氣缸活塞能夠帶動行走支點向外運動，則及時打開了風門上的窗口。當窗口開啟至與風門呈30°夾角時，固定銷會阻擋小窗繼續開啟，同時行走支點行前繼續移動，則開啟風門。當風門開啟至90°時則自動停止。 關閉風門時，同樣傳輸控制信號至電磁閥進行方向轉換，控制壓氣會進入到氣缸另外一端，通過氣缸活塞帶動行走支點反向移動，先關閉窗口，后關閉風門。

2.3 PLC在選煤廠集控系統中的應用分析

兗州礦業（集團）公司某煤礦選煤廠的系統采用上位機監控控制器系統相結合以數據量邏輯為主控制模式，通過少量的工藝過程參數的模擬值實施監測，從而實現工藝流程系統裝置的集中啟、停車控制及運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及集控系統。原煤重介選矸系統、跳汰（水洗）系統、沉降離心脫水系統、壓濾車間監控系統、儲裝運系統、除木雜系統以及撈坑系統是集控系統的重要組成部分。把集控系統進行改造完成，可編程控制器主機已成為一臺系統獨立的機器，它主要由壓濾、儲運以及洗煤系統共同構成。單獨的可編程控制器主機放在原煤車間，但兩臺主機主機之間必須通過其他設備才能進行通信。控制方案主要由施耐德140系列（PLC系統）構成，中央處理單元以CPUll303作為主機，具有MODBUS PLUS、MOD昏US接口和512K字節RAM。工業總線結構的分布式控制系統在原煤車間及廠調度室都有各自的可編程控制器主機站，且都是由控制電路和現場設備狀態檢測連接的部分共同構成。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，原煤系統可編程控制器對原煤車間3PD、篩分車間配電室、重介三樓配電室、原煤1#變電進行控制，而廠調度室可編程控制器則對其他發布站進行控制。

3 總結

綜上所述，在礦山機電控制中利用PLC技術，對原有控制系統的改造升級具有重要作用，能夠有效提高礦山控制的自動化程度，提升礦山生產的效率，為煤礦企業安全生產提供了可靠支持。

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