PLC技術在煤礦提升機自動化控制系統中的應用

張存柱

（1.中國煤炭科工集團太原研究院，山西 太原 030006；2.山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原 030006）

PLC作為現代工業自動化控制的主要手段，有著十分廣泛的應用，而PLC通信控制網絡在自動控制領域中的應用更是方興未艾。以PLC為核心的礦井提升機綜合自動化控制系統，其技術性能好、事件處理快、可靠性高、維護調試方便且控制柜體積小，尤其是引入了PLC通信網絡以后，調速系統的控制將不再依賴I/O信號，可同通過通信方式交換過程數據，其交換的信息量大、傳輸距離遠、外部接線大為減少，且實現了統一編程組態、集中控制、監視和管理。這都有利于提高系統自動化水平和安全可靠性；也有利于提高系統運行效率和充分發揮全數字調速的技術優勢等。

1 上位機監控系統

隨著計算機技術的發展，目前上位監控系統主要采用工控機、工控機與觸摸屏一體機和打印機等。上位機監控系統主要實現人機通信、監視、控制與操作；系統運行狀態、速度曲線、電流曲線、當前故障、生產報表等顯示。打印機可以實時打印事故記錄、生產報表、系統運行數據。同時，上位機監控系統可以同全礦的生產、管理系統交換數據，實現網絡化的控制及管理。上位計算機配置以太網卡，按標準以太網協議與PLC通信，作為操作員站、工程師站、管理站及更高層次的應用，其傳輸效率最高，是當今自控領域發展的主流。

2 PLC控制系統

PLC作為控制核心和網絡系統的主站，它承擔著整個提升機電控系統的數據采集、數值運算、信號處理、通信控制、系統管理及自檢、診斷等任務，其在電控系統中的位置非常重要。通常需要配置不少于兩套的PLC，一套為主控PLC，另一套為監控PLC，二者互為監視、比較和備用。同樣兩套PLC，最為先進的是按全級別熱備冗余（電源冗余、CPU冗余、控制網絡冗余、上位計算機冗余等）配置和采用標準以太網通信。PLC控制系統的技術發展新動向。

（1）主CPU時刻更新備用CPU，主CPU故障時，備用CPU能給切換（小于1 0 ms）。這就意味著雙CPU在任何時刻都具有完全相同的程序、狀態而熱備冗余，從而具有最高級別的系統可靠性。

（2）熱備冗余的切換，不影響系統操作和運行、不丟失數據和程序、不導致增量輸出和誤動作，最大限度地避免了因硬件故障而造成的停機現象。

（3）每個CPU上集成有以太網接口（可冗余配置），能很方便地連接上位計算機系統，可作為操作員站、工程師站、管理站及更高層次的應用。控制器是按標準以太網協議通信、編程及組態，傳輸速率達10Mbit/s，符合當今自控領域內的技術與“信息高速公路”相結合的發展主流。

（4）每個CPU上集成有兩個RS-232C接口，可以按Modbus協議與第三方的只能設備通信，如與高壓開關柜內的電力監控單元通信，能方便地實現四遙（遙測、遙控、遙信、遙調）功能而無需增加任何硬件開銷。

（5）可擴展的通信接口，能方便地與全數字直流傳動、交頻器等通信，傳動控制將不再依賴I/O信號，而是借助數據報文過程進行數據交換，并且通信介質采用光纜，具有最高級別的抗干擾能力。

3 控制保護PLC功能

控制保護PLC根據外部輸入的有關開關量、模擬量、光電編碼器脈沖等信號進行邏輯運算、數值運算，完成提升機的啟動、運行、停車等整個提升過程的運行控制及保護，主要功能有：行程控制、提升控制及中間閉鎖、安全回路控制、井筒信號控制及聯鎖、過卷監視及控制、速度監視及控制、速度包絡線監視及控制、逐點的速度監視及控制、液壓站控制和恒減速控制、鋼絲繩滑動監視及控制、傳動裝置監視及控制、閘瓦磨損監視及控制、電源故障監視及控制、控制系統故障監視、報警及控制、故障診斷、記錄、過電壓保護、過電流保護、錯向保護等功能，為了提高PLC控制保護功能的可靠性，對于關鍵的故障監測點，應采取多通道、多元件及軟件、硬件并用等手段，實現“多重化”的控制保護功能。

4 PLC技術在煤礦提升機自動化控制系統中的應用

近年來，我國的變頻技術發展迅速而且日益成熟，調速更加的方便，性能更加的優良而且具有較高的可靠性，被廣泛的應用于各個領域。可編程控制器（PLC）是一種數字運算操作的電子系統，能夠進行邏輯運算、順序控制以及算數運算等操作，具有適應性強、編程簡單、抗干擾強的優點。采用PLC控制變頻器，與傳統的繼電器控制相比，提升機制動更加平穩，操作更加簡單，提高了控制精度，降低了生產過程中的故障率。下面重點闡述PLC在安全回路控制中的應用。PLC的安全回路設計主要是出現機械、電氣故障，控制提升機進入安全保護狀態，確保工作人員和設備的安全，主要有以下幾種保護措施：（1）報警顯示。會在工作參數出現異常時，如當冷卻器溫度過高時，保護系統進行報警顯示。（2）二次不能開車。當提升機的設備出現異常，有電機繞組過熱，提升機不能進行再次的啟動。（3）立即電氣制動。當提升機在工作中，出現故障時，提升機將立即進行制動，停止運行。（4）立即安全制動。安全制動是保護系統的最后環節，當提升機或是安全回路本身出現故障時都能準確地實施安全制動。

5 結論

隨著數字控制技術的發展和PLC技術水平的提高，PLC技術在提升機控制系統中的應用越來越廣泛。數字監控器也逐漸取代了機械式監控器和井筒開關，并作為提升機安全運行的后備保護，在提升機的生產過程中發揮的作用也越來越大。PLC技術在控制系統中的使用大大地提高了提升機的控制性能，也提高了系統自動化水平和安全可靠性，有利于提高系統的運行效率，促進礦井的安全、和諧、健康發展。

[1]李金金.基于PLC控制的變頻調速在礦井提升機中的應用[D].太原：太原理工大學，2007.

[2]陳新立，王進野，王致杰，等.礦井提升機安全綜合控制策略的研究[J].煤炭工程，2007（3）：97-99.