PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

張存柱

（1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原 030006；2.山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西 太原 030006）

PLC作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制的主要手段，有著十分廣泛的應(yīng)用，而PLC通信控制網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用更是方興未艾。以PLC為核心的礦井提升機(jī)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其技術(shù)性能好、事件處理快、可靠性高、維護(hù)調(diào)試方便且控制柜體積小，尤其是引入了PLC通信網(wǎng)絡(luò)以后，調(diào)速系統(tǒng)的控制將不再依賴I/O信號(hào)，可同通過(guò)通信方式交換過(guò)程數(shù)據(jù)，其交換的信息量大、傳輸距離遠(yuǎn)、外部接線大為減少，且實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一編程組態(tài)、集中控制、監(jiān)視和管理。這都有利于提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平和安全可靠性；也有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和充分發(fā)揮全數(shù)字調(diào)速的技術(shù)優(yōu)勢(shì)等。

1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前上位監(jiān)控系統(tǒng)主要采用工控機(jī)、工控機(jī)與觸摸屏一體機(jī)和打印機(jī)等。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信、監(jiān)視、控制與操作；系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、速度曲線、電流曲線、當(dāng)前故障、生產(chǎn)報(bào)表等顯示。打印機(jī)可以實(shí)時(shí)打印事故記錄、生產(chǎn)報(bào)表、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。同時(shí)，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以同全礦的生產(chǎn)、管理系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的控制及管理。上位計(jì)算機(jī)配置以太網(wǎng)卡，按標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議與PLC通信，作為操作員站、工程師站、管理站及更高層次的應(yīng)用，其傳輸效率最高，是當(dāng)今自控領(lǐng)域發(fā)展的主流。

2 PLC控制系統(tǒng)

PLC作為控制核心和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主站，它承擔(dān)著整個(gè)提升機(jī)電控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)值運(yùn)算、信號(hào)處理、通信控制、系統(tǒng)管理及自檢、診斷等任務(wù)，其在電控系統(tǒng)中的位置非常重要。通常需要配置不少于兩套的PLC，一套為主控PLC，另一套為監(jiān)控PLC，二者互為監(jiān)視、比較和備用。同樣兩套PLC，最為先進(jìn)的是按全級(jí)別熱備冗余（電源冗余、CPU冗余、控制網(wǎng)絡(luò)冗余、上位計(jì)算機(jī)冗余等）配置和采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信。PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展新動(dòng)向。

（1）主CPU時(shí)刻更新備用CPU，主CPU故障時(shí)，備用CPU能給切換（小于1 0 ms）。這就意味著雙CPU在任何時(shí)刻都具有完全相同的程序、狀態(tài)而熱備冗余，從而具有最高級(jí)別的系統(tǒng)可靠性。

（2）熱備冗余的切換，不影響系統(tǒng)操作和運(yùn)行、不丟失數(shù)據(jù)和程序、不導(dǎo)致增量輸出和誤動(dòng)作，最大限度地避免了因硬件故障而造成的停機(jī)現(xiàn)象。

（3）每個(gè)CPU上集成有以太網(wǎng)接口（可冗余配置），能很方便地連接上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可作為操作員站、工程師站、管理站及更高層次的應(yīng)用?？刂破魇前礃?biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議通信、編程及組態(tài)，傳輸速率達(dá)10Mbit/s，符合當(dāng)今自控領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)與“信息高速公路”相結(jié)合的發(fā)展主流。

（4）每個(gè)CPU上集成有兩個(gè)RS-232C接口，可以按Modbus協(xié)議與第三方的只能設(shè)備通信，如與高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的電力監(jiān)控單元通信，能方便地實(shí)現(xiàn)四遙（遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)）功能而無(wú)需增加任何硬件開(kāi)銷。

（5）可擴(kuò)展的通信接口，能方便地與全數(shù)字直流傳動(dòng)、交頻器等通信，傳動(dòng)控制將不再依賴I/O信號(hào)，而是借助數(shù)據(jù)報(bào)文過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且通信介質(zhì)采用光纜，具有最高級(jí)別的抗干擾能力。

3 控制保護(hù)PLC功能

控制保護(hù)PLC根據(jù)外部輸入的有關(guān)開(kāi)關(guān)量、模擬量、光電編碼器脈沖等信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、數(shù)值運(yùn)算，完成提升機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停車等整個(gè)提升過(guò)程的運(yùn)行控制及保護(hù)，主要功能有：行程控制、提升控制及中間閉鎖、安全回路控制、井筒信號(hào)控制及聯(lián)鎖、過(guò)卷監(jiān)視及控制、速度監(jiān)視及控制、速度包絡(luò)線監(jiān)視及控制、逐點(diǎn)的速度監(jiān)視及控制、液壓站控制和恒減速控制、鋼絲繩滑動(dòng)監(jiān)視及控制、傳動(dòng)裝置監(jiān)視及控制、閘瓦磨損監(jiān)視及控制、電源故障監(jiān)視及控制、控制系統(tǒng)故障監(jiān)視、報(bào)警及控制、故障診斷、記錄、過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、錯(cuò)向保護(hù)等功能，為了提高PLC控制保護(hù)功能的可靠性，對(duì)于關(guān)鍵的故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)，應(yīng)采取多通道、多元件及軟件、硬件并用等手段，實(shí)現(xiàn)“多重化”的控制保護(hù)功能。

4 PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)的變頻技術(shù)發(fā)展迅速而且日益成熟，調(diào)速更加的方便，性能更加的優(yōu)良而且具有較高的可靠性，被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，能夠進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制以及算數(shù)運(yùn)算等操作，具有適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、抗干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。采用PLC控制變頻器，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，提升機(jī)制動(dòng)更加平穩(wěn)，操作更加簡(jiǎn)單，提高了控制精度，降低了生產(chǎn)過(guò)程中的故障率。下面重點(diǎn)闡述PLC在安全回路控制中的應(yīng)用。PLC的安全回路設(shè)計(jì)主要是出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障，控制提升機(jī)進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)，確保工作人員和設(shè)備的安全，主要有以下幾種保護(hù)措施：（1）報(bào)警顯示。會(huì)在工作參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，如當(dāng)冷卻器溫度過(guò)高時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警顯示。（2）二次不能開(kāi)車。當(dāng)提升機(jī)的設(shè)備出現(xiàn)異常，有電機(jī)繞組過(guò)熱，提升機(jī)不能進(jìn)行再次的啟動(dòng)。（3）立即電氣制動(dòng)。當(dāng)提升機(jī)在工作中，出現(xiàn)故障時(shí)，提升機(jī)將立即進(jìn)行制動(dòng)，停止運(yùn)行。（4）立即安全制動(dòng)。安全制動(dòng)是保護(hù)系統(tǒng)的最后環(huán)節(jié)，當(dāng)提升機(jī)或是安全回路本身出現(xiàn)故障時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)。

5 結(jié)論

隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展和PLC技術(shù)水平的提高，PLC技術(shù)在提升機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。數(shù)字監(jiān)控器也逐漸取代了機(jī)械式監(jiān)控器和井筒開(kāi)關(guān)，并作為提升機(jī)安全運(yùn)行的后備保護(hù)，在提升機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。PLC技術(shù)在控制系統(tǒng)中的使用大大地提高了提升機(jī)的控制性能，也提高了系統(tǒng)自動(dòng)化水平和安全可靠性，有利于提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，促進(jìn)礦井的安全、和諧、健康發(fā)展。

[1]李金金.基于PLC控制的變頻調(diào)速在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用[D].太原：太原理工大學(xué)，2007.

[2]陳新立，王進(jìn)野，王致杰，等.礦井提升機(jī)安全綜合控制策略的研究[J].煤炭工程，2007（3）：97-99.