PLC在煤礦設備自動控制系統中的應用

張黎明

（山西煤炭運銷集團太原有限公司， 山西 太原 030000）

引言

隨著國家生產力的不斷進步，煤礦機械的自動化程度不斷提高，煤炭開采效率也逐漸升高，這一切都與電氣自動化控制系統的引入密不可分[1-2]。在煤礦井下的生產工程中，比如綜采三機的集中控制，瓦斯含量的監測，風機與水泵等的控制都已經達到了較高的自動化程度，尤其是PLC控制器的應用，極大地簡化了煤礦開采工作的流程，在提高工作效率的同時還增加了控制的精確度，提高了一定的安全性[3-4]。

1 PLC在主排水泵系統中的應用

PLC是一種可編程控制器，具有數字運算的操作系統，普遍應用于各個工程控制領域，系統設有手動、半自動與自動三種控制方式，人工控制技術逐漸被PLC自動控制所替代[5-6]。相對于繼電器控制，具有體積小、可靠性高、計算處理能力強、抗干擾等優勢，因此PLC控制系統在煤礦中的應用廣泛，PLC在主水泵控制系統中的控制對象是水位的高低，系統通過檢測水位變化以及壓力的變化，來控制水泵的輪換工作，當水位超過預定值時，系統發出報警信號，從而實現自動監控的功能，保證井下工作安全。水泵的控制原理圖如圖1所示。

控制主要系統由CPU模塊、數字量與模擬量輸入輸出模塊和觸摸屏等組成，與上位機之間采用工業以太網的方式實現通信。控制系統實現了主水泵的四個功能，包括控制功能、顯示功能、報警功能與信息存儲功能。控制功能是指水泵在無人看守的情況下，系統通過對井下水位與水壓的檢測，來實現對水位安全有效的調控，并且上位機可通過以太網的方式實現指令的輸入，完成對系統的操作。顯示功能是指系統通過觸摸屏將井下的水位、壓力值、溫度與泵機工作情況顯示出來，工作人員結合井下實際情況通過觸摸屏輸入指令，實現系統控制。報警功能是指當井下水位或者其他工作參數超過系統限定值時，系統會向操作臺及井上的上位機發出報警信號，保證工作人員及時處理維修。信息存儲功能是指系統可記錄泵機的工作運行記錄，以及工人的操作過程。

在控制系統軟件程序編輯方面采用西門子公司生產的STEP7軟件，具有人性化的操作界面，可采用梯形圖進行程序編寫，具有簡單直觀的優點[7-8]。軟件帶有自檢測功能，避免了人為操作失誤導致對機器的破壞。

圖1 水泵控制原理圖

2 PLC在帶式輸送機上的應用

相對于傳統繼電器技術，PLC技術應用于帶式輸送機，具有體積小、速度快、穩定性強等優點，并具備了很高的擴展性，工作方式靈活，因此PLC技術已經成為了皮帶機控制系統的關鍵技術之一。PLC控制系統需要迎合帶式輸送機工作方式的轉換，對皮帶機的運行狀況進行檢測，并控制驅動電機的啟動、停止和運行速度的改變。PLC對皮帶機實時監控，當皮帶機發生故障時，系統根據判斷出的監控類型，發出故障警報，做緊急處理。PLC控制器通過網絡通信端口可與控制中心實現信息與指令的快速傳輸，方便對煤礦生產工作面的統一調度。

皮帶機控制系統的結構如下頁圖2所示，主要由PLC編程控制器、變頻器、電機等儀器組成，采用單電機驅動的方式，通過減速器進行減速增矩，帶動驅動滾筒轉動。設備在運行時，PLC控制器通過以太網實現與上位機之間的網絡通信，工作人員向系統輸入一個皮帶機運行速度的值，傳感器將實際運行速度與設定速度比較，系統計算得到電機的輸出轉速，通過控制變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，從而實現閉環控制，減小系統誤差。

圖2 帶式輸送機控制系統結構圖

系統工作時主程序流程圖如圖3所示，系統在運行前，要利用軟件對設備進行檢驗，當設備無故障后，系統啟動運行。主程序主要由軟件自檢子程序、變頻驅動子程序、故障預警子程序等組成。皮帶機裝有張緊裝置與防撕裂裝置，在變頻驅動子程序運行前，應對皮帶機進行動作保護處理。系統設有各個傳感器組，包括速度傳感器、溫度傳感器、跑偏傳感器等，故障預警子程序負責檢測設備運行狀況，當某一狀態量超過闕值時，報警裝置啟動。控制系統與上位機之間采用以太網的方式進行通訊，調度室可通過組態畫面直觀地了解設備運行狀態，保障生產設備統一調度的協調性。

3 PLC在提升機上的應用

圖3 帶式輸送機主程序流程圖

礦用提升機是煤礦生產過程中十分重要的設備，主要由驅動器、傳動結構、卷繞器與制動裝置等結構組成，其中影響煤礦提升機安全性的主要因素之一是控制系統的穩定性。PLC作為一種專門應用于工業現場控制的計算機技術，具有可靠性高、編程簡單等優點，將PLC技術應用于提升機，將提高設備運行的安全性，降低維護成本，減小運行功耗，提高生產率。隨著PLC技術的發展，控制器擴展模塊不斷增加，系統功能不斷豐富，增設了網絡通信端口，實現了數據的快速穩定傳輸，更加滿足了提升機在工作中的監控需求。

基于PLC技術的提升機變頻調速控制原理圖如圖4所示，系統由PLC控制器、變頻器、操作臺、觸摸屏與編碼器等傳感器組成。控制系統作為提升機的核心之一，通過操作臺發送各種指令，可以設定提升機的工作方式，實現提升機的啟動與停止、上升與下降、加速與減速等的狀態切換。編碼器是系統傳感器組的組成之一，負責檢測電機的輸出轉速，通過減速器的傳動比換算，系統可得到提升機的運行速度，PLC通過變頻器改變電機輸入頻率，最終控制提升機的運行速度達到設定值。觸摸屏作為設備與工作人員之間的橋梁，負責將系統監測到的工作參數通過組態畫面的形式呈現出來。

圖4 提升機控制原理圖

4 結語

提升機工作的特殊性對設備的安全性提出了更高的要求，傳統的控制技術無法做到對提升機的實時監控，存在較大的安全隱患。基于PLC技術的監控系統可對系統電機的運行狀況、油泵中的油溫與油壓進行監測，對設備故障的發生有一定的預警作用，對提升機的控制方面也具有良好的動態性能，調節時間更短，精度更加準確。