煤礦提升機控制系統中PLC技術的應用

楊勇

摘 要：文章介紹了傳統的煤礦提升機控制系統中存在的問題和弊端，采用西門子公司生產的PLC控制器可以有效克服其問題和弊端；給出了PLC控制系統的硬件配置和軟件控制流程，對硬件模塊和軟件模塊做了詳細介紹；并且深入討論了該控制器的測速原理和計算方法，為PLC控制器在煤礦機械中的應用提供了參考。

關鍵詞：煤礦提升機；模塊；控制指令；模擬量；數字量

前言

煤礦提升機作為礦山機械中的一員，對礦山的安全高效生產和運營起著非常重要的作用，尤其是提升機的操作保護系統。早期的操作保護系統存在諸多缺點：像可靠性較低、穩定性較差、出現故障次數多和電路相對較復雜等。經過專家的研究，在煤礦提升機的保護系統中采用PLC，可以有效地克服上述缺點，還可以實現硬件功能的軟件化，因此得到普遍應用。

煤礦提升機的操作保護系統主要完成兩方面的任務：一個是邏輯操作控制，另一個是故障安全保護。當煤礦提升系統的操作保護系統中獲得相關信號時，操作系統會作出相應的行為，操作保護系統在一方面會對輸入的相關信號進行一系列的邏輯運算和判斷，做出相應的行為，該行為主要有施壓行為、制動行為和報警行為，其中施壓行為有立即施壓和提升終了施壓，制動行為主要是電氣制動，報警行為是故障在顯示屏顯示并控制報警系統進行報警；操作保護系統在另一方面還會對輸入的信號進行一系列的邏輯運算和閉鎖，然后產生控制指令，像高壓磁場的合閘指令，過卷指令、安全復位控制指令和運行的方向指令等。

1 PLC操作保護系統的硬件配置

PLC是西門子公司的產品，現在在提升機操作保護系統中，應用得到最廣泛的就是西門子公司的產品PLC，由于它的很多方面的性能都明顯的優于傳統的操作保護系統。下面是各個硬件模塊的功能介紹：

（1）電源模塊：將220V的交流輸入電壓轉換成24V的直流輸出電壓，以供其它模塊使用。

（2）CPU模塊：控制總線上模塊與模塊之間的數據傳遞，并執行用戶輸入的程序。

（3）32路輸入模塊：該輸入模塊一共有3塊，它的作用是將PLC外部的信號轉換成PLC內部的可進行處理的信號。

（4）16路輸出模塊：該輸出模塊一共有2塊，它的作用是將PLC內部可處理的信號轉換成能夠控制提升機系統的外部信號，來控制提升機系統進行工作。

（5）轉換模塊：此模塊分為兩類模塊：一類是是A/D模數，它的作用是將連續信號轉換成數字信號，便于PLC系統進行識別和處理；另一類是D/A模塊，它的作用與A/D模塊的作用恰恰相反，它是將PLC內部可處理的數字信號轉換成連續信號。

（6）通信模塊：它的作用是：確保各模塊與各模塊之間的通道流暢，再就是確保模塊與上位機之間的通道流暢，保證信號從各模塊傳送給上位機時，可以使上位機做出相應的響應。

（7）計數模塊：該模塊主要有2塊，這兩塊計數模塊的作用都是計數，兩塊模塊分別是對主滾動筒上的和導向輪上的編碼器進行計數。

2 PLC操作保護系統的軟件設計

PLC是西門子公司的產品，它不需要用戶自主進行編程，能夠好好地滿足用戶的需要，下面是它的軟件模塊，軟件模塊的主要作用就是存放程序，它的軟件模塊有下列幾種：

（1）組織模塊（OB）：它的作用是保證接口通道流暢，保證CPU操作系統和用戶程序之間的通道流暢。對用戶程序的循環處理工作主要是由OB1模塊來完成的，剩余的OB模塊用來對特定事件做出響應和中斷。

（2）功能模塊（FB）：它是可多次調用的邏輯功能模塊，它在執行時必須帶有即時數據模塊，并且每次用戶程序對FB進行調用時可提供新的參數。

（3）功能模塊（FC）：它也是可多次調用的邏輯功能模塊，但是它在執行時不需要帶有即時數據模塊，這也是它與FB模塊的最大區別，并且每次用戶程序對FC進行調用時可提供新的參數。

（4）數據模塊（DB）：數據模塊用來存放各種不同類型的數據，它在PLC存儲器開辟另一個存儲區。

根據用戶的要求和本身系統的結構要求，用戶程序可以自行選擇軟件模塊的構成形式，其中軟件模塊有以下幾種，各個軟件模塊的功能和作用如下。

FC0、FC1兩個軟件模塊的作用是用來進行計數，主要是用來計算計數模塊中的脈沖個數；DB1和DB2兩個軟件模塊的作用是存放FC0、FC1兩個軟件模塊計算出的計數模塊的脈沖個數，以此來實現計數模塊將數據和信號流暢而準確的傳送到CPU模塊之中；FC91軟件模塊的作用是用來處理輸入到PLC中的模擬量，模擬量有：電機電壓和電流、電機轉速、軸承壓力、提升速度和載荷等；FC93軟件模塊的作用是制動，主要是對電氣施閘類故障進行制動處理；FC114軟件模塊的作用是用來處理PLC內部信號，并產生控制信號，像回路的安全和保障、故障的報警和液壓器件的制動等等；FC5軟件模塊的作用是進行邏輯運算和閉鎖，主要是對輸入到PLC內部的信號進行運算并產生控制指令來控制提升系統的各個部分；FC92軟件模塊的作用是處理施閘類故障，這類故障主要是立即施閘類故障；FC94軟件模塊的作用也是對施閘類故障進行處理，這類施閘類故障主要是提升終了施閘類故障；FC95軟件模塊的作用是處理報警類故障，當報警系統出現故障時，主要是由該模塊進行處理；PLC的啟動組織模塊是OB100軟件模塊，在系統啟動后該組織模塊只可運行一次，以后的循環程序就不會再運行了，在該組織模塊中有關參數和程序可隨著用戶的需要進行更改；OB1軟件模塊是用戶程序主要組成部分，用來存放用戶主程序，它也是組織模塊中唯一可以循環運行的軟件模塊，在FC功能模塊中編制成的可以實現特定功能和作用的程序可以在OB1軟件模塊中進行循環調用，采用這樣的程序設計可以使我們的程序設計更加簡單，調試更加方便；OB35軟件模塊是組織模塊中唯一可以實現定時中斷的組織模塊，采用M/T法可以計算出提升機的提升速度。

3 結束語

煤礦提升機作為礦山設備中的重要一員，近些年來煤礦提升機操作保護系統主要是由PLC組成，而且具有以下優點。

用同一臺PLC就可以控制不同的機器進行工作，用戶只需改變軟件模塊中的程序就能滿足用同一臺PLC進行控制不同機器的要求，大大節省了人力和物力，所以，它具有較好的通用性和經濟性。PLC具有較強的邏輯運算能力和數字運算能力；所以它的功能還是比較強大的，此外，PLC能夠實現自我診斷功能，當出現錯誤時，它會自行檢出錯誤和故障，并作出相應的行為。由于PLC的開關動作主要是通過半導體電路來完成的，它的技術中還采用了微電子技術；因此，它的可靠性很高。PLC中采取了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，能適應惡劣的工作環境；所以，它的抗干擾能力比較強。

參考文獻

[1]董秋杰.PLC可編程序控制器作為測試設備的研究應用[J].科學創新導報，2008（6）：16-23.

[2]張文.PLC技術在煤礦提升機變頻控制系統中的實踐應用[J].煤炭技術，2012（10）：3-4.