PLC技術(shù)在煤礦提升機上的應(yīng)用探析

彭勇鑫

（大同煤礦集團忻州窯大型設(shè)備隊， 山西 大同 037021）

引言

當前煤礦開采深度在不斷增加，開采強度也在持續(xù)增強，給煤礦提升機的工作質(zhì)量和效率提出了更高的要求，但是從當前提升機實際運行情況來看，其在很多方面有著較大的提升空間。而通過將PLC技術(shù)應(yīng)用到其中，對于提升煤礦提升機的智能化水平有著非常重要的作用。因此，對PLC技術(shù)在煤礦提升機上的應(yīng)用進行分析有著較為重要的意義。

1 PLC技術(shù)在煤礦提升機上的應(yīng)用原理

PLC技術(shù)為微型計算機，能夠自動控制生產(chǎn)工作，完成工業(yè)生產(chǎn)控制的微處理工作，收集并判斷外部信息，給出正確的設(shè)備傳輸信號并執(zhí)行規(guī)定動作。隨著科技的飛速發(fā)展，在工業(yè)中使用PLC技術(shù)的環(huán)境也逐漸完善。在煤礦提升機中使用PLC技術(shù)有一定的優(yōu)點，控制系統(tǒng)可以描繪出自主設(shè)定且執(zhí)行命令時的工作曲線，還可以顯示提升總次數(shù)、速度等有關(guān)信息。當提升機系統(tǒng)發(fā)生故障時可以通過聲音進行警報。PLC技術(shù)使用到煤礦提升機系統(tǒng)的電氣控制如圖1。煤礦提升機憑PLC技術(shù)可以實現(xiàn)微處理，收集外界信息進行邏輯判斷，從而對不同設(shè)備發(fā)出正確的指令，以此來提升煤礦提升機的工作效率。

2 煤礦提升機的主要構(gòu)成

2.1 煤礦提升機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤礦提升機包括以下部分：電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、傳動設(shè)備、液壓系統(tǒng)、井筒運轉(zhuǎn)、穩(wěn)罐裝置。電氣控制系統(tǒng)是煤礦提升機的重要部分，是提升機系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，即提升機控制系統(tǒng)。提升機控制系統(tǒng)組成復雜，其包括眾多子系統(tǒng)。提升機控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)有：PLC控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、上位機監(jiān)控系統(tǒng)、高壓、低壓回路、直流回路、調(diào)節(jié)回路等。如今，隨著PLC技術(shù)的快速發(fā)展，提升機控制系統(tǒng)在機械與電氣等方面都有明顯的進步[1-2]?？删幊炭刂破鞯氖褂糜痔嵘嗣旱V提升機系統(tǒng)的自動控制程度。使用PLC技術(shù)的可編程控制器提高了提升機系統(tǒng)的自動化和安全可靠性，也使煤礦工作更加安全。

圖1 基于PLC的煤礦提升機電氣控制原理圖

2.2 煤礦提升機PLC系統(tǒng)功能

使用PLC技術(shù)控制煤礦提升機具有體積小、較可靠、速度快且抗干擾等特點，并且還有較好的靈活性和可擴展性。倘若需要調(diào)整運行方式僅僅需要簡單地調(diào)整程序，此種方式極為方便，這也是繼電器控制系統(tǒng)不能達到的。如今PLC技術(shù)在工業(yè)自動化中占據(jù)主要地位，這體現(xiàn)出煤礦先進的電控技術(shù)能力，依據(jù)煤礦提升機控制系統(tǒng)的標準，使用的PLC控制系統(tǒng)應(yīng)擁有下列功能：

1）系統(tǒng)可以依據(jù)詳細的工作種類與具體的操作方法等產(chǎn)生速度曲線，來繪制罐籠工作的準S曲線。

2）實時監(jiān)測并控制罐籠的區(qū)域和速度等信息數(shù)據(jù)，使罐籠依據(jù)提前設(shè)定區(qū)域的在準S的速度下工作，以此來實現(xiàn)罐籠的半自動增減速等，且可以用數(shù)字或直線來顯示罐籠的工作位置。

3）對提升機系統(tǒng)進行持續(xù)的監(jiān)測，依據(jù)系統(tǒng)真實的故障情況做出正確的處理，拉響故障警報顯示出現(xiàn)故障的類型與區(qū)域等。

4）與上位機、C30等進行信息溝通，同時對不同步驟的信息進行輸送、處理。提升機PLC系統(tǒng)控制回路使用的是先進的PLC技術(shù)，而非傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)，PLC是如今主流的工業(yè)計算機，擁有較強的微處理水平，收集外部信息、進行計算后再輸送給不同執(zhí)行元件，以此來對煤礦提升機進行自動控制。

3 PLC技術(shù)在煤礦提升機上的具體應(yīng)用

3.1 在硬件設(shè)計中的應(yīng)用

硬件設(shè)備是煤礦提升機系統(tǒng)的基本，使用PLC技術(shù)的提升機系統(tǒng)在設(shè)計硬件時應(yīng)遵循下列標準：

1）在功能方面應(yīng)實時儲存信息，傳感器應(yīng)實時記錄提升機系統(tǒng)在工作時的有關(guān)信息，且控制器可以在檢測到故障后及時發(fā)出警報，并記錄報警的具體數(shù)據(jù)。此項功能可以更好地保證提升機控制系統(tǒng)的平穩(wěn)工作。

2）頁面設(shè)計與操作時應(yīng)保持友好，提升機系統(tǒng)應(yīng)擁有友好的人機互動界面，人機界面在設(shè)計時應(yīng)給予使用者方便、易懂的操作平臺，提高工作人員的使用體驗。并且控制系統(tǒng)還可以自主判斷工作故障并實時查詢信息，可以依據(jù)使用者的數(shù)據(jù)設(shè)定執(zhí)行固定的動作。

3）保持網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定，提升機的監(jiān)控系統(tǒng)能夠保證控制系統(tǒng)的平穩(wěn)工作，其擔負著PLC與其他設(shè)備的信息交流，可以準確捕捉信息，傳遞信息。監(jiān)控系統(tǒng)可在使用者的設(shè)定下，進行多屏遠程的互動。

4）提升工作的安全性，煤礦提升機的工作環(huán)境較為惡劣，所以提升機系統(tǒng)的安全對煤礦企業(yè)來說也極為重要。在設(shè)計時應(yīng)保證提升機系統(tǒng)所有的傳感器、元件不會互相產(chǎn)生干擾，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備自診的能力。圖2是PLC技術(shù)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖。

3.2 在系統(tǒng)總體設(shè)計中的應(yīng)用

PLC是提升機控制系統(tǒng)的中心。PLC可以接受上位機的指示，并在接到指令后依據(jù)提前輸入的程序進行計算與處理工作，之后再輸出信號來控制其他設(shè)備。使用PLC技術(shù)的煤礦提升機系統(tǒng)應(yīng)具備信息收集功能，此系統(tǒng)收集的信息有現(xiàn)場數(shù)字輸入信息與模擬量輸入信息。其中現(xiàn)場數(shù)字輸入信息有系統(tǒng)的工作方式、返回信號、開關(guān)的控制信號、提升機工作返回信號等。模擬量輸入信號有油溫、電壓、偏擺值等信號。使用PLC的提升機系統(tǒng)會把收集的數(shù)字量信號與模擬量信號輸送至數(shù)字量輸入板塊與模擬量輸入板塊，PLC的CPU會在全部的震蕩周期內(nèi)掃描輸入板塊的信息，收集到信息后再讀取信息。PLC讀取到信息后會傳遞給CPU，CPU依據(jù)提前設(shè)定的程序?qū)π盘栠M行邏輯分析與處理，且發(fā)出指示。PLC輸出信號時，PLC的數(shù)字量輸出板塊中會通過24 V的脈沖信號驅(qū)動繼電器的線圈，后發(fā)出信號。PLC系統(tǒng)的CPU有兩個位于兩端的接口，為以太網(wǎng)接口和PROFIBUS接口，以太網(wǎng)接口連接網(wǎng)絡(luò)交換機；PROFIBUS接口與變頻器連接。PLC的硬件系統(tǒng)有：CPU處理器、上位機、信號收集與信息執(zhí)行等。使用PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)有下列作用：

1）系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口與外部系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)連接，使得外部系統(tǒng)可以遠程控制PLC控制系統(tǒng)，進行遠程的數(shù)據(jù)設(shè)定。

2）PLC控制系統(tǒng)通過PROFIBUS接口與變頻器連接，從變頻器中收集信息。

3）對系統(tǒng)的信息進行儲存并發(fā)出警報。

4）PLC系統(tǒng)的上位機可以顯示全部機器的工作信息、故障情況等。

5）PLC系統(tǒng)擁有故障自診斷的功能，預(yù)測隱患或故障，并發(fā)出警報。

圖2 PLC技術(shù)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖

3.3 在輸入輸出點的統(tǒng)計以及地址分配中的應(yīng)用

使用PLC技術(shù)的系統(tǒng)可以統(tǒng)計輸入輸出點。輸入輸出點是PLC使用輸入板塊收集信息與輸出板塊發(fā)出的控制設(shè)備的信號。PLC控制系統(tǒng)在工作時，硬件設(shè)備會返回工作運行狀態(tài)的具體結(jié)果。PCL系統(tǒng)收集硬件設(shè)備結(jié)果值時，系統(tǒng)的電路會在開關(guān)量變化時，及時切除24 V的脈沖信號，系統(tǒng)的DI板塊也會感受到信號的改變。提升機的開、關(guān)、工作，傳感超限、警報信號、燈光報警等都是PLC系統(tǒng)的數(shù)字量信號。當PLC控制系統(tǒng)需控制機器開關(guān)時，PLC的DO板塊會發(fā)出24 V的脈沖信號，后驅(qū)動繼電器的線圈接觸觸點，從而實現(xiàn)對機器的控制[3-4]。

4 結(jié)語

把PLC技術(shù)應(yīng)用煤礦提升系統(tǒng)中，如今已在國內(nèi)多數(shù)煤礦企業(yè)獲得成功。在實際使用時，考慮到提升機工作環(huán)境的特殊，機器應(yīng)以穩(wěn)定與可靠安全為首要任務(wù)，使用PLC技術(shù)替代傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)，不但可以增強系統(tǒng)的控制能力，還可以提升系統(tǒng)的安全性，提高煤礦企業(yè)的工作效率與經(jīng)濟效益，推動煤礦企業(yè)的進一步發(fā)展。