可編程控制器在煤礦井下設備上的應用

陳　斌

（山西陽泉市大陽泉煤炭有限責任公司， 山西　陽泉　045000）

引言

隨著科技的發展，可編程控制器在各個領域中得到了應用，逐漸成為工業生產設備的控制核心。在煤礦井下設備中應用可編程控制器，不僅簡化了控制系統的接線工作，還能及時發現設備中的故障，減少了設備故障排查的時間，有利于延長設備壽命。同時，可編程控制器在煤礦井下設備中的應用，可以實現遠程監控設備的運行狀況，保證高效率、高產量的工業生產。

1　PLC技術介紹

可編程控制技術出現的時間較晚，但是發展迅速，目前已經廣泛應用在生產制造行業中，對各領域的發展起到積極的促進作用。可編程控制器最早是由美國公司發明的，具有計數、計時等簡單功能，隨著電子技術的發展，在可編程控制器中開始應用計算機技術，并且突破了傳統的簡單功能，同時具備數據信息處理、輸送等功能，實現了設備的自動化控制，加強了設備的可靠性，極大地增加了工業生產的效率。PLC技術在工業生產領域的應用，具有以下幾個優點：第一，拓展性良好。可編程控制器具有結構簡單的特點，重新改變可編程控制器的功能不需要進行較復雜的工作，因此可以在原有結構的基礎上進行功能的完善，具有良好的拓展性。實際生產中對設備的需求處于不斷變化中，因此應該根據實際工作情況進行必要的可編程控制器功能拓展，從而滿足生產的需求。第二，維護簡單。PLC技術具有多個接口，并且每個接線端口都可以根據生產需求進行拆卸，各個接線端口有與其相匹配的電插板和運行模塊，有利于簡化PLC技術的維修以及保養工作。第三，編輯功能優秀。PLC技術應用程序的編輯具有在線編輯的特點，因此企業可以根據生產需求實時更改PLC技術應用程序的編程，從而使應用程序功能的變更具有及時性，能滿足實際生產的需求。第四，PLC技術具有較高的穩定性和可靠性[1]。

2　可編程控制器在井下皮帶運輸中的應用

2.1　系統構成

可編程控制系統在煤礦井下設備中被廣泛應用，并且成為控制系統的核心。完整的PLC系統是由兩部分組成的，分別是操作系統和保護系統，操作PLC和保護PLC兩者結合組成一個具有多個接口的網絡[2]。操作部分的作用是將接收到的信號及時處理，之后再根據操作面板上的指示燈顏色，將接收的信號有選擇性地發給PLC保護柜和上位機，從而實現設備的自動控制。當上位機與PLC保護柜之間保持正常的通信時，操作臺中繼電器會保持關閉狀態，如果兩者之間的通信受到干擾，信號會發生中斷的現象，這時操作臺中繼電器會開啟，從而保證信號能傳送到PLC保護柜，而操作臺中繼電器則代替上位機進行信號的輸送工作。

2.2　工作原理

煤礦井下的工作環境較特殊，并且設備的使用具有一定的復雜性，因此井下皮帶運輸系統信號的輸入和輸出應該采用一定的措施進行隔離，通常使用十二路的隔離設備。另外，煤礦井下的皮帶運輸距離較長，為了保證PLC信號能有效控制皮帶運輸系統的運行狀況，應該加大可編程控制器的輸出容量，通過將輸出信號進行隔離保護以及信號放大，實現輸出信號的持續作用，因此應該采用隔離板等將輸出信號隔離起來，減少其他因素對信號的干擾，從而保證能較長距離的控制皮帶運輸系統[3]。

2.3　可編程控制器在井下皮帶運輸中的具體應用

PLC技術控制下的設備運行速度包括三種，分別有運煤模式、運人模式以及驗繩模式。當人工控制皮帶運輸系統時，皮帶機的運行速度主要受到內外控電位器的控制，并且設備的運行速度保持在規定的范圍內，當皮帶機處于自動運行的狀態下，它具有多種速度模式，其中運行速度是由速度模式確定的，但是可以將各模式的速度值根據實際生產要求進行調整，從而保證煤礦生產的順利進行。PLC技術應用在控制系統中，促使在井下開始運輸工作時，電機處在封閉的工作環境，使得電機的工作原理一致，在運行過程中要求停車時，可以通過電器制動，從而降低設備的損壞[4]。在皮帶系統運行時，系統中的保護PLC在接收到啟動信號后，會自動檢查整體設備的狀況，以便操作PLC發出的信號能合理控制設備的運行。

3　可編程控制器在采煤機上的應用

將可編程控制器應用在采煤機電控系統中，能有效保證采煤機在工作環境較惡劣的情況下穩定、可靠的運行。PLC能在系統接收信號后，進行分析運算、順序控制、定時等操作，具有通訊以及保護信號的作用。控制系統在接收到指令信號后，會進行相應的操作，例如左右牽引電機、搖臂等，可編程控制器能對這些指令信號進行檢測，從而保證采煤機工作的安全性和可靠性[5]。例如可編程控制器可以對電機電流進行檢測，利用相關公式能計算出電機在額定電流下的輸出電壓，計算公式如下：

式中：Ie、Ue分別表示電機的額定電流、額定電壓，Imax為電流互感器產生的最大電流。例如，當采煤機的電機額定功率為500 kW，額定電流是90 A，電流互感器是200 A/5 V，則根據上述公式可以計算出，電機的輸出電壓U=90×5/200=2.25 V。電機運行時的功率與電流成正比，因此通過檢測電機工作時的電流，就能實現對采煤機輸出功率的控制。即電流互感器可以將電流信號轉變為需要控制的功率信號，再將功率信號傳入可編輯控制器中，從而可判斷可編程控制器的超載或負載信號。當發生超載時，電機的實際功率將大于額定功率，不利于電機的正常運行，減少設備的使用時間，這時控制系統中的PLC將根據超載情況發出降低電機運行速度的信號，采煤機減速運行，能有效通過減少系統的切煤量，實現降低電機功率的目標[6]。當出現負載狀況時，電機的實際運行功率會低于額定功率，產生負載現象的主要原因是采煤機的運行速度過低，沒有達到實際運行時的速度值，在這種情況下，PLC將向變頻器發出增加速度的指令信號，從而保證采煤機在正常運行速度下進行牽引工作。

4　結語

煤礦井下的設備較多，并且運行較復雜，是整個煤礦生產順利進行的關鍵。傳統的人工控制設備，不僅加大了工作量，還延長了設備運行的時間，不利于實現真正的高產高效。而可編程控制器在煤礦井下設備上的應用，有效地解決了上述問題，因此應該加強可編程控制器在煤礦井下設備上應用的研究，從而實現煤礦生產安全高效地進行。

[1]徐夏.淺談可編程序控制器在輸煤系統中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2015（7）：39-43.

[2]王琦.淺談可編程序控制器在運煤系統中的應用[J].大氮肥，2014（6）：422-426.

[3]于冠軍.探析可編程控制器在電氣控制中的應用[J].通訊世界，2016（8）：235.

[4]張永秀.淺析可編程控制器（PLC）在電氣控制中的應用[J].科技創新與應用，2016（2）：157.

[5]李永梅，王石莉，王偉.基于應用型人才培養的“電氣控制與可編程控制器”教學改革與探索[J].吉林省教育學院學報，2015（12）：57-58.

[6]李乃夫.教材建設應以課程改革為基礎——“新世紀高職高專教改項目成果教材”《電氣控制與可編程控制器應用技術》介紹[J].職業技術教育，2003（4）：76-78.