PLC 技術在煤礦機電設備控制中的運用

尚立志

神華新疆能源有限責任公司 新疆烏魯木齊 830027

1 PLC 技術概述

PLC 技術是英語“ProgrammableLogicController”的首字母縮寫，中文譯為“可編程控制器”，是一種電氣自動化控制裝置，IEC（國際電工委員會英文簡寫）將“PLC”定義為：在工業環境中使用的一種數字操作電子系統，專為在工業環境下的應用而設計。這種技術使用了可編程存儲器內部儲存用戶設計的指令，用來實現一些較為特殊的功能，如：邏輯運算、順序操作、定時、計數、算術運算以及通過數字或模擬輸入/輸出來控制各種類型的機械及過程。在實際應用中，“PLC”可編程控制器及其相關的設備，都應該按照易于與工業控制系統形成一個整體以及易于擴充其功能的原則進行設計[1]。

在工業革命以后，PLC 技術發明以前，工業生產過程中，人們經常利用繼電器、鼓式開關、紙帶閱讀器等機械或電氣式器件作為控制的元件，特別是繼電器，是人們進行控制最常用的一種器件。隨著科學技術的發展，工業生產的規模越來越大，對工業生產效率及產品質量的要求也越來越高，因此，人們對于控制系統的可靠性要求也越來越高，傳統的“繼電器控制系統”，因其動作緩慢、可靠性差、體積大、壽命短以及設計制造周期較長、程序修改費時且無法進行人機對話等原因，越來越無法滿足工業生產的需求。在這樣的背景下，隨著計算機網絡信息技術的快速發展和廣泛普及，小型計算機逐漸被運用到開關控制系統當中，但這種控制系統存在著明顯的“大馬拉小車”現象，也不適應工業生產控制系統的實際需求。

2 PLC 技術的應用分析

2.1 壓風機自動控制的應用

煤礦壓風系統一般由大風量礦用壓風機、壓風管路、機械控制件、冷卻裝置以及空氣過濾系統和控制系統等組成，當前大部分礦用壓風機都具備信息采集與信息遠傳功能，可以通過信息傳輸設備，將壓風機的啟停、加卸載、風量、壓力、溫度以及故障等信息傳送到相關數據接收設備，這為壓風系統的自動化控制奠定了硬件基礎。自動控制系統具有三種控制模式，手動控制便于設備檢修；集控模式實現一鍵啟停；自動控制模式則可實現系統全自動無人化運行，實現壓風系統運行成本的降低[2]。

自動控制系統能夠實現多臺壓風機自動逐級啟動，滿足壓風系統風量風壓要求的基礎上，避免了壓風機頻繁啟動，提升系統穩定性的同時有效降低壓風系統運行能耗。

自動控制系統對壓風系統受控設備精準控制，既能保障壓風系統的全周期在線，維持井下風壓穩定，還能記錄壓風系統運行故障診斷信息，為壓風系統檢修提供依據，降低維護成本。

2.2 主皮帶提升機的應用

煤礦主皮帶提升機是礦井大型核心設備，控制系統過程復雜、負載變化范圍大、調速范圍寬。煤礦提升機傳動系統主要分為直流傳動系統和交流傳動系統兩類，其中交流傳動系統可分為變頻控制、非變頻控制系統。為實現節能降耗的目的，越來越多的煤礦提升機采用交交變頻、交直交變頻控制模式，實現提升電動機的四象限運行，根據控制指令進行正反轉、加減速控制。與傳統的直流調速提升系統相比，采用變頻控制的提升機體積、占地面積都大幅度減小、維護量少、動態響應快、調速范圍大、節能效果明顯。交直交變頻控制系統有輸出電壓諧波含量較低、轉矩脈動小、損耗小、調速精度高等諸多優點。基于煤礦提升機，設計提升機變頻控制系統，采用雙三電平Back-to-Back 控制技術，實現對礦井提升機的變頻控制。PLC 控制器分布于主控、監控以及閥控三個控制單元，其中主控PLC 單元用于實現對提升機的啟停、變頻控制以及故障處理；監控PLC 單元用于實現對提升機運行狀態的實時監控；閥控PLC 單元用于實現對提升機的液壓控制，提升機出現故障時，實現一級、二級液壓制動。為保證提升機變頻控制系統的安全性，由低壓開關柜2 控制安全回路。設計有一條硬件安全回路、兩條軟件安全回路。當提升變頻控制系統出現重度故障信號時，硬件安全回路立即斷開，兩條軟件安全回路檢測到硬件安全回路斷開后也立即動作，系統釋放所有控制命令，停止變頻器運行，對油泵系統進行緊急制動，同時斷開安全閥和KT 線圈。

2.3 刮板運輸機的應用

刮板輸送機為綜采三機的關鍵設備之一，負責工作面煤炭的運輸工作，為了實現煤炭的高效、安全開采，應當保證刮板輸送機運行的可靠性。系統初始化為監測系統正常工作的基礎，當系統檢測到刮板鏈速大于1m/s，信號采集設備與通訊系統正常工作時，系統初始化完成，否則需對系統故障進行解決與處理。在刮板機正常運行期間，系統通過各傳感器單元實時采集刮板鏈速、電機輸出軸轉速、電機工作溫度、減速器內潤滑油溫度與液位高度等信號，通過與系統內的設定值比較，從而判斷刮板輸送機是否發生故障及故障類型與部位。當系統監測到故障發生時，PLC 通過報警裝置，以警示燈閃爍與鳴笛的方式向工作人員發出警告，通過驅動單元控制刮板機減速停機[3]。

3 結語

煤礦資源已經變成了最為重要的基礎能源。在現階段和未來很長一段時間內都沒有辦法更好地發揮作用。如果能夠全面地對PLC 結構內部的功能進行分析，自然能夠讓PLC 技術有效地滲透到煤礦機電設備中的各個領域中，最終才能夠更好地提升煤礦設備生產的效率。從目前發展的情況看，廣大PLC 技術已經在使用的過程中有更大的市場潛能。專業的人員需要在第一時間對PLC 技術全面地研究和推廣，這在發展的過程中將會發揮重要的意義。