電牽引采煤機PLC控制系統故障分析

李 明

（陽泉煤業（集團）三礦， 山西 陽泉 045000）

引言

目前，我國煤礦生產已全面實現電牽引采煤機生產，其操作模式為遙控操作的模式，其控制中心即PLC控制系統，主要執行采煤機的各項操作指令的傳輸，包括采煤機滾筒、破碎機、牽引機及其速度、角度和頻率等方面的調節，在煤礦自動化生產中起到重要的作用。

1 PLC控制系統的構成

PLC系統當前已廣泛應用于工業生產領域之中，是一種可編程的邏輯控制系統，該系統使用數字化運算操作，通過其可編程的內部存儲器進行指令操作，目前在單臺機械設備和流水線設備中均可使用。

PLC系統的構成單元如圖1所示，通過對其內部存儲器進行指令輸入和保存，之后通過操作人員輸入設定的信號即可實現對機械設備的操作與控制。其中PLC控制系統包括對采集控制單元、AI/AO模塊、CPU、通訊模塊等構成，通過在控制面板進行指令輸入，在CPU內部進行指令的處理，然后通過通訊線路給機械設備下達操作指令。

圖1 PLC控制系統的主要構成單元

2 PLC控制系統的故障類型

1）主機系統故障即PLC系統在正常通電之后系統不能啟動、或者系統不能工作的情況，其主要原因是PLC系統內部電源板出現故障。而對于一般的PLC主機電源故障主要是由于電源短路、電氣元件質量問題等所引起的電源故障，因此在PLC主機安裝與調試的同時需要注意外界的干擾，充分考慮空氣、濕度以及碎屑等，嚴格按照操作規則進行，選用質量較高的電源元件。

2）端口設備故障主要是圖1中的AI/AO模塊和DI/DO模塊的故障，這類故障產生的原因主要是由于外界的干擾而形成的，由于煤礦工作環境的影響，井下設備集中而且較為封閉，因此容易形成電磁干擾，造成端口設備接收和發送出現故障，從而影響整體PLC控制系統的信號傳輸[1]。

3）現場設備故障主要是裸露的設備在煤礦復雜環境的影響下產生的故障現象，如儀表設備、閥門等被腐蝕和損壞，出現儀表失靈、閥門泄露等情況，最終導致PLC系統的失靈。

3 PLC控制系統的故障檢測

3.1 跟蹤檢測法

跟蹤檢測法即對于發生故障的PLC系統進行分段檢測檢查來確定故障的發生源，從而針對故障發生的位置、現象進行故障原因的確定，進而進行故障處理。由于PLC系統在設計的過程中加入了分段控制程序，對PLC在運行過程中出現的故障可以實現自身排查，檢測出故障發生位置及原因，跟蹤檢測法即通過系統運行對故障進行排查和檢修。

3.2 局部檢測法

局部檢測法主要是通過PLC控制系統輸入信號和輸出信號之間的邏輯關系狀態進行檢測和排查，在PLC系統設計時對于不同的信號輸出和輸入都編寫了嚴密的邏輯關系，對系統邏輯關系的檢測可以準確定位系統故障的原因，對電牽引采煤機運行故障可以準確判定。

3.3 超時檢測法

超時檢測法即超時限檢測法，是PLC控制系統自動化性能而實現的一種系統檢測方法，PLC系統的自動化邏輯處理決定了其需要規范化的運行設置，因此在PLC系統的運行過程中的各項要素如果超出所限定的設置[2]，那么系統自身就會判定其發生故障，因此在實際操作的過程中，通過對系統定時器中將各工序之間的響應時間和操作時間進行限定，就能檢測出系統故障發生點進而進行排除。

3.4 綜合檢測法

綜合檢測法是通過PLC系統控制中心對系統運行的故障進行邏輯分析，與局部分析法分析過程類似，綜合分析法是對系統整體進行邏輯分析和檢測，PLC系統在運行中除了發揮對邏輯故障的自行檢測和分析之外，而且還會對習慣性故障和系統異常進行檢測，并在故障發生時發出信號，可以說綜合檢測法是通過對故障信號的輸出，從而檢驗PLC控制系統發揮報警性能和自動停機功能。

4 PLC控制系統的故障處理方法

4.1 主機系統故障

主機系統故障主要是電源故障、線路故障等，而一些PLC控制系統主機電源的隔離性較差，因此在煤礦牽引機工作中，由于井下機械設備眾多，容易產生相應的磁場干擾，而電源的設置又沒有做好隔離措施。因此對主機系統故障的處理方法首先需要選擇質量和性能較好的電源設備，其次要注意井下環境的輻射和干擾，做好電源設備的抗干擾以及隔離工作。定期對系統主機進行維護和保養，例如降溫、清潔等，減少外部環境對PLC系統主機的影響[3]，另外，在出現主機系統故障時，需要對電源信號進行仔細檢測，對PLC控制系統電源的接地情況進行檢查和維護。

4.2 端口設備故障

端口設備的故障主要是由于外界的干擾引起的，如AI/AO模塊和DI/DO模塊的故障，主要都是由于外界電磁波影響，因此在端口設備出現故障時，需要從端口設備周圍存在的干擾信號以及電磁波開始檢測，在分析干擾源時，針對同一工作區域內存在的主要干擾源進行處理，保證端口設備正常信號的接收。

在實際的煤礦電牽引機的工作中，一般PLC系統裝置有降低電磁干擾的裝置和元件，并且在安裝時就按照信號的傳輸強度和種類對傳輸電纜進行分層設置，以減少電磁干擾，但是在發生故障時，依然需要對電磁干擾進行排查，同時對端口設備也需要做到定期的維護和保養，做好除塵、清潔、降溫等工作，以保障端口設備能夠在外部環境影響下正常運行。

4.3 現場設備故障

現場設備故障主要分三種類型，一是儀表、閥體的侵蝕、損壞；二是閥門的滲漏等情況；三是閥門的不運行、壓力不夠等現象。針對不同的現場設備故障應根據故障發生的具體情況進行排查和維護。對于現場類設備，由于長期處于開放的工作環境中，因此在設備元件的選擇上，需要選用質量和性能較高的設備，以減少故障和維護頻次，增強煤礦作業效率。對于儀表設備故障，應對儀表的信號線路、安裝程序等方面進行檢查，做好儀表設備線路的接地等。對于閥體類故障，應根據不同的故障情況采用不同的處理方式，對于閥體的侵蝕和損壞，要及時進行焊補修理或者更換，對于閥門的滲漏應及時進行壓緊或者更換，對于閥門的不運行、壓力不夠等情況要及時檢查壓力和壓力計的信號狀態等等。另外，在日常的工作和管理中，也要加大對PLC系統相關設備的巡檢和維護力度，避免相關故障的產生。

5 結語

煤礦電牽引采煤機PLC控制系統的應用，實現了煤礦自動化開采與生產的需求，但是在復雜的井下環境中，PLC系統雖然較為穩定但是也可能出現相應的故障，需要加大對PLC控制系統的維護和管理，也需要加強對PLC控制系統故障的檢測和預防，保證PLC系統穩定運行。

[1] 牟清國.淺談PLC控制系統的故障分析及維護[J].科技經濟市場，2016（2）：45-46.

[2] 劉妍.電牽引采煤機PLC控制系統故障分析[J].同煤科技，2015（6）：55-56.

[3] 陳瑞.電牽引采煤機控制系統常見故障及處理方法[J].中國新技術新產品，2015（1）：74-75.