探究煤礦機電設備控制中PLC技術的應用

李世通

摘 要：隨著我國經濟的騰飛與人民生活水平的日益提高，工業與民用能源的需求量增長巨大，國家能源單位面臨嚴峻挑戰。煤礦作為傳統能源之一，其開采是我國非常重要的經濟發展保障。而隨著電氣技術的發展，傳統煤礦開采設備逐漸被自動化開采設備所取代，從而提高開采效率與安全性能。PLC技術作為一種廣泛應用于自動化設備中的先進控制方法，在煤礦開采領域被重點討論與研究。本文介紹了PLC技術發展的背景與工作原理。通過系統框圖的形式給出了PLC控制器的核心部件。在此基礎上，根據煤礦開采的實際經驗總結了兩點PLC技術應用的看法。

關鍵詞：PLC；煤礦；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.073

0 引言

近年來，我國經濟在飛速發展的情況下，帶來了指數式增長的能源需求。2010年到2018年間，為滿足國家工業生產與民用能源需求，各種煤礦舊廠擴建擴容，引進先進開采設備，提高開采效率。這樣的行業發展需求也對煤礦開采行業提出了巨大的壓力與挑戰。如何在經濟高速發展的現代化建設中，保證煤礦開采的安全穩定，給社會的發展助力，已經是目前煤礦行業的重要議題。自動化設備在煤礦行業的大量應用一定程度上提高了開采的效率與安全性。而可編程控制器（Programmable Logical Controller，PLC）作為自動化設備的核心部件，是目前學術研究的熱點之一。

1 PLC的發展

PLC本質上講是一種可編程的存儲單元，最早由美國ABB公司研發生產，用于汽車裝配與制造生產線上。隨著科技進步與計算機技術的發展，PLC技術迅速得以在各行各業推廣開來。由于其穩定性好、集成度高、易于維護與管理等一系列優點，在工業領域廣受好評。目前應用最為廣泛的是西門子S7系列PLC，其編程邏輯簡單可靠，門檻低，適合初學者學習使用。根據國際相關標準，制定了如下所示的5種PLC編程語言：

（1）梯形圖：這是一種類似于圖形的編程方式，與傳統繼電器系統的系統框圖類似。對于軟件工程師而言，直觀易懂。因此，在實際編程中，這樣的編程方式又被稱為電路。梯形圖比較適合擅長設計傳統繼電器控制系統的工程師。

（2）指令表：這是一種將操作碼和操作數結合在一起構成的編程語言。指令表采用的是助記符形式，因此該種編程語言書寫簡單。但是和梯形圖相比，不夠形象化，初學者難以掌握，比較適合長期從事邏輯程序編寫的軟件工程師。

（3）功能塊圖：這種編程語言類似于數字邏輯電路的表達關系，適合長期從事數字邏輯電路設計的人員編寫。

（4）順序功能圖：這是一種組織程序的圖形方法，位于其他編程語言之上的圖形語言。其構成的主要元件有步、轉換和動作，特別適用于順序控制系統。該種方法在PLC程序設計中采用較多。

（5）結構文本：這種編程語言是目前PLC編程語言中最為高級的一種。和C語言類似，其結構緊湊簡單，在進行復雜功能設計時使用較多。該語言編程可以實現龐大的數值邏輯運算，大型PLC系統編程中涉及較多。

2 PLC技術的工作原理

PLC基本系統大同小異，基本構成包括個人計算機、工業控制軟件與PLC的CPU單元。其中為實現不同控制功能，會在系統中添加不同擴展模塊與智能模塊。另外為了實現交互功能，復雜系統中會包括人機界面與通信網絡設備。右圖所示為西門子S7-200系列PLC控制系統的基本框圖。

其基本工作原理分為以下幾個步驟：

（1）PLC的擴展測量模塊通過傳感器將非電物理量轉換為一個電量，該電量經過測量模塊的外圍電路將其轉化為量程范圍內的電壓或者頻率信號，以便輸入PLC控制器的CPU中。

（2）PLC控制器的核心單元CPU接收擴展模塊的輸入信息，并通過控制程序進行邏輯運算與處理，得出運行結果。

（3）PLC的CPU將處理結果傳輸給擴展接收模塊執行相關命令，同時將相關處理信息傳遞至人機界面供使用者觀察記錄。

值得注意的是，PLC的控制過程的核心是CPU的執行程序，其正確性與穩定性決定了PLC控制系統的運行能力。

3 PLC控制在煤礦產業的應用

PLC技術應用于煤礦機電設備中能夠一定程度上滿足自動化設備生產的要求，提高產能，但也面臨諸多問題與挑戰。筆者在多年從事煤礦自動化生產過程中，總結了幾點建設性建議：

（1）PLC控制器的安裝需要輔助以較多的報警功能。與PLC技術應用于其他行業有所不同，煤礦開采的安全性能一直排在其他要求的首位。眾所周知，我國的煤礦坍塌事件時有發生，由此造成的經濟損失與社會損失巨大。因此，自動化生產過程必須輔助以完善的監控系統，實時監督開采工作的環境安全。比如，開采環境中需要安裝煙霧與溫度傳感器，并與PLC控制器相連，一旦礦下煙霧濃度過高或者溫度超過標準值，應立即開啟地面與地下報警系統，盡快安排工作人員撤離。

（2）PLC控制器的應用需配以專業的軟件工程師調試。在實際煤礦開采過程中會出現眾多突發情況與實際需求，這些都是在每天的實際操作中不斷變化的。完全固定的系統功能根本難以適應目前的應用要求。因此，當現場工作需要通過PLC控制器系統實現某個特殊功能時，軟件工程師應及時在計算機端通過梯形圖編程實現，確認無誤后燒寫至PLC的存儲單元，并在系統測試無誤后添加到目前的機電設備之中。

4 結束語

雖然目前我國的經濟的快速發展給煤礦企業帶來了空前的機會，但也面臨了非常大的挑戰。如何降低煤礦生產過程中的風險，滿足市場經濟與國民生活的需求，是目前相關部門的重要議題。本文針對煤礦生產這一議題，給出了PLC技術應用于機電設備的重要性，并詳細介紹了PLC的工作原理。另外，根據自身生產工作的實際經驗，簡要分析了兩條在實際PLC應用于煤礦機電設備中需要注意的問題，為煤礦生產單位的安全建設提供理論依據。

參考文獻：

[1]朱曉東.電氣控制系統在煤礦機電設備中的應用與改進[J].科技展望，2016，26（31）.