PLC 技術在礦山機電節能控制中的應用

張文和

（紫金礦業集團股份有限公司，福建龍巖，364200）

1 PLC 技術概述

PLC 技術是由多個控制序列互連的控制網絡，其主要是利用嵌入式計算機與設備的繼電器觸點連接[1-3]。這種新的控制方法的出現可在一定程度上有助于電氣自動化的靈活控制，且此方法的可靠性較高，最重要的是，可以實現精確的電氣自動化控制。PLC 技術不僅可以按照既有程序進行控制，而且可以根據需要對其進行編程，拓展其功能，實現多功能控制。PLC 的主要結構包括了微處理器、電路模塊、存儲器等，可以實現數據收集、數據傳輸以及執行控制等多個功能[4]。在PLC 技術中，不同的模塊其主要的功能不一樣，比如微處理器，主要是實現數據的收集與處理，是PLC 技術的主要核心部分，而電路模塊主要負責信息傳輸，是PLC 技術的連接基礎，存儲器主要負責程序執行和存儲，是PLC 的操作部分。由于PLC 的智能性、高效性和穩定性，使得其在控制領域中獲得了廣泛的應用。圖1 為PLC 的結構圖。

圖1 PLC 的結構圖

2 PLC 技術在礦山機電節能控制中的應用優勢

通過PLC 技術控制的機電設備在工作過程中，操作員不需要對計算機有足夠的了解，只需要對計算機編程有一點了解。開發過程不會花費很長時間，設計和調試過程中的技術要求也不是很高，這使工作變得更容易，從而顯著提高了整體質量和效率[5]。另外，硬件配套設施可以適應不同的情況，系統配置的各種組合形成具有不同功能的控制系統，且維修非常方便，可以在運行過程中執行自我診斷，以便及時消除故障。另外，系統本身的故障率不是很高，因此系統在運行中具有巨大的優勢。主要有以下優勢：

（1）編程簡單、可用性強：PLC 技術中使用的編程方法是梯形圖。該編程方法使用編程語言來實現各種控制功能，而且梯形圖中的線路也相對清晰。技術人員和PLC 用戶都可以自己閱讀用戶手冊或簡短的教程可以快速掌握梯形圖編程控制程序，這種簡單易用的編程方法可以滿足不同用戶的需求。

（2）可靠性高，抗干擾能力強：基于PLC 技術的當前應用和生產，大規模集成電路技術得到了廣泛的應用并且具有相當高的可靠性。PLC 可以實現在線編程，使生產過程發生了很大的變化，因此被廣泛應用于小批量生產和控制各種工業生產。作為微處理器控制設備，PLC 在內部結構的設計和制造中使用了大量的抗干擾組件，例如軟繼電器，警戒時鐘等軟件和屏蔽、濾波器、隔離等硬件。當工業設備發生故障時，警戒時鐘會及時響應異常信息，使員工能夠及時保護和維修故障設備。

（3）功能完善，適用范圍廣：在PLC 內部安裝了各種硬件，以實現邏輯運算、數據處理、驅動程序通信、人機對話、自動記錄和檢測等功能。它把各種簡單和復雜的功能集成在一起，可以控制生產設備、生產過程和生產線以及各種系統。

（4）減少設計和施工工作量：從PLC 控制器的角度來看，應用存儲邏輯將先前的連接邏輯覆蓋。顯著減少了外部設備的布線，縮短了系統構建周期，降低了設計復雜性，并簡化了硬件和軟件維護。通過以上改進不僅可以減少硬件安裝工作量，而且可以減少后續使用期間的檢測。這項工作大大減輕了工作量。

3 PLC 在技術在機電節能控制的應用基礎

PLC 是一套非常復雜的系統，其包含了多個學科領域的知識與應用。主要包括以下幾個方面的內容：

（1）PLC 技術在機電節能控制的應用是基于計算機基礎之上的，因此必須通過本地通信網絡與中心服務器相互連接，以便為員工提供隨時隨地管理計算機的網絡基礎。如今，基于客戶端/服務器和基于瀏覽器/服務器的網絡通信模型已廣泛應用于所有制造業，通信模型的特定選擇基于工業生產中對PLC 技術在機電節能控制的需求[6-7]。

（2）在執行PLC 技術在機電節能控制應用程序時對硬件要求的分析：通常有兩個方面的要求，一種是自動控件的安裝和使用，這是對物理數據監視的最簡單的操作，以使電機保持最佳工作狀態；另一方面，某些設備被用作實現電氣自動化應用的媒介，如電機通常用于自動控制與電機有關的所有生產機械和設備。

（3）PLC 技術在機電節能控制中軟件需求的分析和應用：要實現自動控制，最重要的是內部PLC 技術在機電節能控制可以與外部設備很好地連接。當前，自動化控制系統的應用通常包括初始化系統的運行狀態，創建集中的運行程序庫，使用密碼控制過程，檢測和監視設備狀態，在設備出現故障時管理操作以及PLC 主機電機操作系統已連接到控制系統。這些系統的設計應確保在獨立執行操作的基礎上相互協調發展，并共同促進自動化控制系統的使用和實施。

（4）PLC 技術在機電節能控制中變頻調速系統也很重要。技術在機電節能控制的最大目標是在制造過程中隨時隨地根據電流和電壓的變化來改變機器本身的功能，并改變電壓，這會在整個制造和工業系統中造成混亂。變頻器速度控制通過全局和局部變量實現與PLC 電機控制的通信。

4 PLC 技術在礦山機電設備中的實際應用分析

4.1 井下輸送帶的應用

帶式輸送機是提供礦山地下運輸所需動力的主要設備。然而，通過分離驅動裝置和輸送裝置，被輸送的材料被長距離地輸送，可以有效避免許多問題，例如皮帶打滑。通過將PLC 技術應用于地下輸送設備，可以實現皮帶的平穩啟動，從而確保設備的安全啟動和工作過程的整體穩定運行[8]。另外，PLC 技術的策略可以將利用率提高到能源利用率的90%。圖2為PLC 技術在井下輸送帶的應用。

圖2 PLC 技術在井下輸送帶的應用

4.2 在流體負荷設備中的應用

PLC 技術在流體負荷設備中的應用主要有兩個方面，第一是風機中變頻速度的調節和泵中變頻速度的調節，改進后的風機更適合礦山的特殊條件，礦山開采作業有效降低了能耗。將PLC 技術應用于泵設備，不僅可以有效提高給水和礦山流體泵的設計靈活性，而且可以大大提高產品質量。同時，可以通過使用PLC 技術來實現靈活的控制，例如平穩啟動和停止泵，避免了由于頻繁啟動和停止泵而造成的功率損失，并且在一定程度上有效地減少了設備損耗，從而確保了礦山企業生產活動的安全性和效率。

4.3 PLC 技術在空壓機中的應用

在空氣壓縮機中使用PLC 技術可以科學地控制[9-10]，并避免頻繁更換空氣壓縮機。在使用PLC 技術的過程中，空壓機設備的操作相對簡單，精度較高，維護復雜度較低。在實際操作中，無需手動更換空氣壓縮機。使用頻率可以根據礦山的不同需求進行預先設計。PLC 技術的使用優化和改進了以前控制空氣壓縮機裝卸的方法，并通過調節功率消耗來調節速度，以確保空氣壓縮機效率更高。

5 將PLC 技術應用于礦山機電控制時需要注意的問題

PLC 技術的應用環境應保持合適的溫度以確保控制效率，通常在0-55℃之間為宜。如果系統環境溫度過高，則系統故障的可能性會增加，從而影響系統的使用壽命，并且溫度過高會輕易損壞電路。如果溫度太低，模擬電路將運行緩慢，降低安全性，并且在低于0℃的環境中，整個控制系統很容易崩潰。因此，在PLC 控制系統的應用中，應將其放置在更合適的溫度下以達到理想的控制效果。在實際操作過程中，如果溫度超過50℃，則必須采取某些通風和冷卻措施[11]。