PLC 控制技術在煤礦電氣控制中的應用研究

張艷軍

（中國平煤神馬集團四礦機電科，河南 平頂山 467000）

0 引言

在煤礦開采的電氣控制中加入PLC 控制技術，能夠有效提升采礦設備的工作性能，降低設備故障率，提升采礦工序的運轉效率，提高設備的運行穩定性，提升煤礦開采效率，降低開采成本，是全面提升煤礦企業生產效益的重要手段。同時依托于PLC 控制技術的遠程控制能力和自動化能力較高，抗干擾性較強，因此可以有效保障設備在煤礦的惡劣環境中的順利運轉，從而減少安全事故的發生概率，讓操作人員的人身安全更有保障，是保障煤礦生產安全、提高綜合效益的有效方法。因此，進一步加強PLC 控制技術在煤礦電氣控制中的應用研究，對優化煤礦開采技術、提高煤礦開采效益、保障煤礦開采安全都有著重要的推動意義。

1 PLC 控制技術

1.1 概念

PLC 控制技術主要用于工業設備控制，是使用數字運算控制設備操作的電子控制技術。PLC 控制技術主要使用可編程存儲器進行邏輯運算，根據存儲器中設定的操作順序、定時、計數等程序對設備進行精確、自動控制，從而實現對工業設備的有效控制。PLC 控制技術主要與工業控制系統相嵌和組成統一整體，將PLC 控制系統與電氣設備相連接，通過控制系統對電氣設備的操作和運轉進行控制，既可以實現自動化的精確操控，極大的提高設備的運轉效率，也能夠實現遠程監測和控制，讓設備控制人員遠離生產現場，在更安全的位置進行設備操作，從而有效保障人員的生產安全。隨著技術的不斷發展，研究人員將PLC 控制系統和不間斷供電裝置進行了有效復合，不但解決了PLC 控制系統的斷電問題，還能夠精確記錄設備運行和系統操作中的全部數據和參數，實現了對設備參數的自動調節，讓工業設備在重新開啟時不用再進行大量的人工調節工作，極大的提升了設備使用效率和便捷性，保障了整體工業系統的有效運轉[1]。

1.2 原理和功能

PLC 控制技術是對傳統的繼電器邏輯控制的升級優化，是一種相對完善的數字運算操作系統，其運行原理是從外部收集環境數據，然后對收集到的數據類型和數值進行計算和分析，再根據設定好的電子程序發出指令并下達給設備的執行元件使其依照執行，完成電氣控制的全部過程。在PLC 控制技術的應用中，PLC控制系統相當于外嵌的控制系統，只是將原本的人工控制替代為了計算機控制，不會對電氣設備的原有功能造成影響，反而能夠實現自動化、實時化的設備自動控制、設備保護、故障報警等功能[2]。與傳統的繼電器控制相比，PLC 控制技術有著抗干擾能力強、使用簡單、效率高、擴展性強、自動化程度高等等優勢特點。PLC控制技術是專為工業生產所研發的技術，被大量應用于煤礦、發電站、工廠等大型工程中，實現對電氣設備的自動化控制。

2 應用PLC 控制技術在煤礦電氣控制中的重要意義

2.1 提升煤礦開采安全性

煤礦生產環境非常惡劣，礦洞中的氮氧化合物、二氧化硫、醛類氣體等有毒有害氣體、礦洞塌方、采空區陷落等危險因素嚴重影響者煤礦的開采安全，如果設備操作人員、維修人員長期處于危險環境中進行操作和維修工作，會極大的提升安全隱患，造成安全事故的概率會大大增加。因此，利用PLC 控制技術對煤礦設備進行電氣控制，可以依靠PLC 控制系統的遠程控制、自動化控制等特點，在場外進行電氣設備的操控和故障檢測診斷，能夠極大的提升安全生產質量，保障生產人員的人身安全。同時，PLC 控制技術的抗干擾性能強和操作簡便等特點也能夠充分保證設備的使用效率，提升設備運轉的穩定性，讓設備不易損壞故障，同樣提高了煤礦開采的安全性。

2.2 提升煤礦開采效率和總體收益

PLC 控制技術能夠在煤礦開采電氣控制中得到深入的應用，最重要的原因是其可以有效降低人力資源投入，降低設備養護和維修成本，提升煤礦開采效率，實現總體效益的長效增長。PLC 控制技術能夠自動控制設備運轉，并且擁有自動化檢測程序，能夠在設備故障的第一時間停止設備運行，發出故障警報，并為后續的設備維修工作提供損害位置和原因提供指引，進而制定對應的維修解決方案，能夠極大的降低因設備故障所造成的維修成本，提高維修效率，從而提高煤礦開采效率；也能夠通過對設備參數的自動記錄功能，在重新運行設備時立即實現設備的安全、順利運轉，不必重新調整參數，有效的提升了煤礦開采效率；還可以延長設備的有效使用壽命，從而降低維修成本，提升綜合開采效益。同時，PLC 控制技術的具有強大的擴展性，可以更加便捷的實現控制系統的后續擴大規模，可以隨著煤礦的深入開采不斷擴容，而且操作程序相對簡單，系統維護難度低；PLC 控制系統中的外接端口數量多、功能多，可以實現快速拆卸插拔，即使在運轉狀態中，技術人員也能夠實現不同部件的熱插拔，極大的提升了設備使用效率；PLC 控制系統的供電模式相對穩定，主要使用UPS 供電系統進行供電，有效解決了由于突然斷電可能導致的數據丟失問題，極大降低了維修成本，保證了設備參數的安全存儲和使用，保障了煤礦開采的總體效益。

3 煤礦電氣控制中PLC 控制技術的應用

3.1 PLC 控制技術應用于帶式輸送機

當前的煤礦開采和管理工作中基本實現了一體化信息控制，將PLC 控制技術應用于帶式輸送機，是進一步保障一體化控制效率的重要環節。當帶式輸送機輸送礦石時，如果設備長期全速運行，會造成大量的電力浪費，使用PLC 控制系統對帶式輸送機的頻率進行自動調節，可以實現帶式輸送機的精確控制，減少功率浪費，最大程度地降低能耗，實現成本的有效降低。PLC控制系統還能夠根據既定程序的時間準確地發出操作指令，保障帶式輸送機的啟停過程穩定、準確，還可以實時收集和鎖定作業現場的各項參數，并且以此提升帶式輸送機的運行效率。帶式輸送機的PLC 控制系統，主要包括兩個重要的組成部分，即信號采集系統和信號處理系統[3]。其中，信號采集系統主要實現對工作信號的采集、分析和計算，然后根據既定程序對設備發出控制指令，實現對電氣設備的操作控制，包括了工控機和人機交互界面。由于煤礦開采工作面的環境相對惡劣，地下磁場對電氣設備的運行狀態有著嚴重影響，而PLC 控制技術的抗干擾性能極強，可以有效克服電磁場對設備產生的干擾，保證信號的穩定收集和指令傳輸，實現遠程、自動化的帶式輸送機控制。信號處理系統主要包括工控機、輸入模塊和PLC 控制模塊，主要實現人機交互、程序順序控制等功能，保障帶式輸送機能夠依據程序設定和指令輸入實現高效、穩定的設備控制[4]。

如果帶式輸送機在運轉過程中出現故障，PLC 控制系統能夠實現設備的自主停機，有效防止故障程度的進一步加深，既能夠有效降低維修難度和成本，也可以防止由于設備故障所導致的安全事故的產生。同時，PLC 控制系統對帶式輸送機的設備參數的全面記錄功能，可以有效提高操作人員對帶式輸送機工作的深入認識，有助于幫助操作人員調整帶式輸送機的工作參數，從而提高帶式輸送機的工作效率，降低故障概率，延長設備使用壽命，對進一步提升煤礦開采的整體效益有著重要影響，這也是將PLC 控制技術應用于煤礦電氣控制中的重要目的。

3.2 PLC 控制技術應用于提升機

PLC 控制系統的應用，可以讓提升機的控制更加自動化、標準化，既可以有效提高提升機的作業效率，還可以實現提升機的控制精確度，降低提升機發生故障的概率，消除安全隱患，讓煤礦開采更加便捷且效率。在提升機中安裝PLC 控制系統，是對原有繼電器控制系統的替代，因此不需要對提升機內部的直流電機進行拆卸更換，只需要將原本的繼電器控制系統元件替換為PLC 控制系統的電流器組合，即可發揮PLC 控制效果。在此過程中，需要注意將原本的控制臺進行拆除，并在新的控制臺安裝后進行電路檢查和參數設置，尤其要對控制臺的電路樞紐進行優化調整，保障轉換刀閘的合理放置，防止控制系統不匹配導致運轉故障發生[5]。將PLC 控制系統應用于提升機，需要在提升機內部的安裝傳感器并進行優化調試，保障傳感器的各項參數準確無誤且信息收集全面，為控制系統的操作提供數據保障。在進行傳感器的調試時，通常使用在線輸電校對操作，根據傳感器的實時數據反饋對傳感器的安裝參數進行優化調整，以此提高傳感器精度。將PLC 控制系統安裝于提升機中，還要注意在更換提升機內部系統時，要使用多個線路插頭進行更換，并檢查潤滑油情況，保障提升機內部的油泵系統可以順利穩定運轉。PLC 控制系統安裝完成后，要進行試運行檢測，防止產生系統不兼容性問題導致提升機出現運行故障。技術人員需要對設備運行參數和系統穩定性進行全面調試和調整，保障其實際應用效果符合標準。調試工作結束后，需要停止作業，對提升機進行試運行，如果試運行過程中提升機的工作狀態符合相關標準，即可確定PLC 控制系統安裝成功，提升機可以進行實際生產。當然，如果原本的控制系統的相關工作狀態和參數符合生產需求，可以保留原本的控制系統，實現雙系統并行，防止PLC 控制系統出現故障影響生產，一旦一個控制系統出現故障，可以立即啟用另一套備用系統保障提升機的順利運行，保障煤礦生產。

3.3 PLC 控制技術應用于井下風門

當井下風門正常運轉時，井下風門兩側會由于風壓不同產生壓力差，開啟風門的壓力較大，難以順利打開風門，而風門關閉時，也會由于壓力差的存在導致難以順利關閉。因此，加裝帶有氣缸傳送帶的井下風門成為提高風門運轉效率的重要方法。利用氣缸傳動的方式對風門進行壓力控制，能夠極大的提升開門動力，防止由于封門兩側壓力差過大導致風門無法打開的問題。該方法利用多個小風窗對風門進行控制帶動，改善風門打開的壓力條件，保障風門順利運轉，能夠極大地降低打開風門所需的運轉動力。將PLC 控制技術應用于井下風門，就是利用控制系統對氣缸傳送帶進行精確控制，根據傳感器檢測到的環境和壓力數據進行氣缸控制，進一步降低井下風門的控制難度，提升控制效率。首先，由傳感器對井下風門的狀態進行感應實現數據收集，傳送到PLC 控制系統，系統根據程序計算并發出相應的控制指令信號，由氣缸的電磁閥接收信號，控制氣缸進行活塞運動，進而實現對風門的傳動控制。當感應器檢測到風門角度為90°時，PLC 控制系統會發出指令，讓電磁閥立即停止工作；當需要閉合井下風門時，控制系統會向電磁閥發出反向運轉指令。從而關閉風門。各個小風窗的操作原理與風門一致，只是小風窗的操作是用于改善風門壓力條件，提升控制效率。

3.4 PLC 控制技術應用于設備集中控制

PLC 控制技術應用于設備集中控制好系統中，主要包括煤礦綜采工作面設備集中控制系統和煤炭地面篩分系統兩方面。煤礦綜采工作面的設備主要有采煤機、轉載機、破碎機、刮板輸送機、泵站等設備。根據綜采工作面的生產流程，使用PLC 控制系統對上述設備進行集中控制，能夠實現綜采工作面設備的開停集中控制、設備運行參數的集中調整、設備運轉狀態的集中監測等功能，可以極大地提升設備的整體使用效率，從而提高煤礦生產效率，降低生產成本，提高安全生產質量。將PLC 控制系統應用于煤炭地面篩分系統中，需要建立PLC 集中控制系統主站和多個PLC 系統分站，PLC 主站與各分站保持全面連接、控制，通過控制系統對順煤流停車和逆煤流起車進行精確控制，防止運煤車輛堵塞，提升煤礦生產效率。

4 結語

將PLC 控制技術全面應用于煤礦電氣控制中，利用其高效便捷、結構簡單、使用方便、抗干擾性強、性能優越等優勢特點，可以有效提升采礦設備的工作性能，降低設備故障率，提升采礦工序的運轉效率，提高設備的運行穩定性，提升煤礦開采效率，降低開采成本，是全面提升煤礦企業生產效益的重要手段，也是減少安全事故的發生概率，保障煤礦生產安全、提高綜合效益的有效方法。