PLC在煤礦機電控制領域中的應用

劉 維

（陽泉煤業（集團）有限責任公司二礦，山西陽泉 045000）

0 引言

煤礦生產中，煤礦機電系統可確保整體生產系統合理運行，科學的控制可確保操作有序，生產技術先進，提高煤炭開發生產整體效率[1]。PLC技術應用廣泛，在煤礦產業也有推廣應用。管理者應用PLC技術提高管理效率及質量，打破原有生產管理效率低下狀況；在技術發展中，深入分析生產技術，認識到生產技術的弊端和優勢，將現代化的優秀技術融入到生產中去，適應時代發展需求。

1 PLC技術

PLC為可編程存儲器，在生產管理中，PLC執行復雜邏輯運算、控制生產、定時操作。PLC可實現數字化操作及自動輸入內容，對生產環節各項內容監控。PLC控制系統編輯以梯形圖為主，操作簡單，控制效果好，在煤礦機電領域有較廣闊的應用前景，符合我國煤礦工業生產機電控制技術要求，提高管理效益。

2 煤礦機電控制中PLC技術應用原理

應用PLC技術可對生產中各項信息充分收集，和煤礦機電控制相互對接，按照煤礦管理步驟，將PLC技術應用原理分為3個板塊[2]。

（1）PLC技術信息輸入。將需要的信息得輸入到系統中去，實現信息采集。信息采集也是PLC技術應用的基礎條件。同時，信息傳輸到煤礦機電控制系統中，為后期調試設備做鋪墊。

（2）PLC技術和煤礦生產相互對接，在信息采集階段大量信息已經輸入到機電系統中，此時PLC主要通過既定模式將掃描到的生產邏輯信息進行處理；將系統化的指令轉化為簡單易懂的操作指令，執行活動控制指令，將信息調整到輸入狀態[3]。

（3）PLC技術在輸出結果上有充分應用，PLC技術將上階段處理結果呈現出來，方便控制煤礦機電設備設施。

至此，煤礦機電控制中PLC技術得到充分應用，運用處理結束。

3 PLC技術應用中的問題

煤礦生產工作中，機電控制的效率及質量直接影響生產質量。因此，需重視先進生產技術在煤礦機電控制中的投入，應積極發掘新技術，在應用過程中不斷發現新問題，解決新問題，促進煤礦生產科學發展[4]。

PLC技術應用初期，發現該技術在執行信息輸出中受時效性影響較大，無法將結果及時傳遞到生產管理方面，導致技術檢測結果精準度不高[5]。此外，在我國煤礦生產中，多采用傳統機電控制方式，隨著時間的發展，煤礦企業對機電系統升級，可能導致一些技術發展和系統脫節，影響PLC技術升級，無法發揮PLC技術真正價值[6]。但是，隨著行業技術不斷成熟，現存問題逐漸被攻克，煤礦機電控制中PLC技術應用前景得到肯定。

4 PLC技術應用要點

4.1 實現井下風門自動化

煤礦井下風門可及時將瓦斯疏通出去，將可燃性氣體排出，換進健康空氣，保障生產安全。當下，我國煤礦生產多采用人工方式控制井下風門，耗費大量人力，控制效果不理想。例如，人員受負壓影響，控制風門有所不便，且若力量過大，將破壞風門，造成損壞。

考慮到上述問題，提出在風門控制上應用PLC技術，通過PLC系統和紅外線感應器，檢測是否有車輛通過，若有車輛通過，紅外線感應后發送信號到PLC系統，風門開啟[7]。通過此方式，落實風門自動化控制，解放人工生產力，節省人力資源。

圖1 井下風門自動化設計

4.2 對井下風門狀態科學監測

井下風門疏散危險氣體，是煤礦開采中的重中之重，若風門狀態異常，將威脅到生產人員生命安全。采用PLC技術，以紅外線感應器檢測車輛是否通過，若車輛通過，CPU發出信號，風門受到打開信號，自動開啟，否則風門關閉。

4.3 提高電機控制系統效率

PLC技術可及時刷新生產數據，在此過程中，其對機電控制系統的運行效率有較大影響。要提高實際運行效率，需適當減少對設備造成的沖擊，盡可能提高設備實際運行效率，設置加速效率，以加速單元對系統整理，實現“再生”。穩定PLC運行效果，需注重其在刷新生產數據中提高速度[8]。正常刷新數據需要0.5 s，采取措施將全部數據實際轉換時間縮短，可提高絞車運行效率，提高整體煤礦生產效率。

4.4 運輸機中PLC技術的實際應用

煤礦生產多采用膠帶運輸機。膠帶運輸機要停車操作，需工作人員手動操作，制動對液壓系統油壓進行科學調整，液壓系統調整完成，閘瓦和制動盤接觸，產生摩擦阻力，實現制動。但是，這種傳統制動方式閘瓦和制動盤接觸，產生摩擦的同時也生成大量熱量，容易發生危險事故。將PLC技術引入后，PLC可自動控制閘瓦和制動盤接觸時間，讓兩者間歇性接觸，盡可能減少熱量產生，降低溫度，保障生產控制安全合理。

4.5 提升機中PLC技術的實際應用

在提升機中可充分應用PLC技術的自動控制優勢，實現微處理。主要對收集的各項信息信號傳輸到邏輯區域，綜合分析之后，傳輸到對應的元件執行操作。PLC技術在提升機中工作，可顯示提升機深度、提升次數，發生故障后及時停止設備，發出警報。PLC技術運用到提升機中，相較于傳統的繼電器控制有明顯優勢，其控制準確度較高，在礦井及電機中投入PLC傳感器，可實時監測提升機運行狀態，若發現提升機故障，可第一時間發出警報，停止設備運行，將故障信號傳遞到控制中心，便于及時做出有效應對措施，提高系統安全性及可靠性，減少維護工作力度及難度。

圖2 提升機中PLC技術的實際應用

5 PLC技術在煤礦機電控制系統中的實踐

5.1 方案設計

電控系統是煤礦機電控制系統的核心，也是應用PLC技術的關鍵所在。而在電控系統中，變頻調速系統及核心處理器是核心中的核新。下文以S7-300PLC處理器為例進行分析，其系統設備結構包括操作臺觸摸屏、低壓配電柜、制動電阻柜、變頻電阻柜、PLC控制器等。

5.2 硬件設計

PLC實際應用需包含配電系統硬件、變頻調速、通信、接口、CPU、PLC控制系統等。

（1）在硬件電路設計上，選擇西門子S7-300硬件模塊支持，以此構建電源模塊、編程設備，實現通信等。在CPU中，主要硬件為儲存器、微處理器，主要采集電機實時狀態，執行電控命令，將電控中的數據及程序儲存到儲存器中。故障點可實現智能監控，接口模塊主要負責數據交互。通信中，主要完成I/O接口、上位機、PLC之間信息傳遞。對PLC編程，編程設備選擇STEP7，在該設備中可實現對各文本的高效編輯。電源模塊對設備提供穩定供電，將原本220 V電壓轉變為PLC運行所需的5 V、24 V。

（2）在軟件設計上，系統在WINCC和STEP7完成，程序分為多個子程序，子程序單獨編寫。

輔助啟動：機電控制系統中，動力、油泵、電機具有聯鎖關系，工作前輔助系統需啟動聯鎖關系，控制系統動力制動裝置。

系統啟動：準備程序完成，判定系統是否啟動，若符合條件，聯動手柄，調整到啟動位置，系統啟動。

安全回路：安全回路設計，針對現有系統軟件落實安全保護，若發現提升機故障，則啟動硬件保護，閉鎖報警。

6 結束語

綜上所述，經上述系統設計之后，對PLC技術應用效果檢驗，以硬件及軟件為基礎，對系統運行測試，就測試結果分析，發現機電控制系統運行平穩，系統啟動及使用總沖擊電流小，克服傳統機電控制模式弊端，井下瓦斯、煤塵等對生產影響大大減小，煤礦機電控制效率及質量大大提高，生產穩定、安全。此外，PLC系統中有大量子系統，便于系統及時升級，增加功能，滿足煤礦長久發展需求。