淺論煤礦機(jī)電裝備應(yīng)用PLC控制的設(shè)計(jì)與安裝技術(shù)

楊杰

[摘 要]淺論P(yáng)LC控制技術(shù)應(yīng)用于煤礦舊設(shè)備改造一些相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。就應(yīng)用PLC控制方案的確定、合理選擇運(yùn)用PLC控制的I/0點(diǎn)數(shù)、合理選擇被控設(shè)備存儲(chǔ)容量和結(jié)構(gòu)與安裝形式及功能，以及PLC應(yīng)用的程序設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試作了細(xì)致的分析敘述。

[關(guān)鍵詞]煤礦機(jī)電設(shè)備；PLC控制技術(shù)；改造

中圖分類號(hào)：TL62+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）14-0294-01

1 引言

煤炭企業(yè)許多機(jī)電裝備的控制系統(tǒng)，近年來(lái)多采用了PLC控制，但是有些老舊雜設(shè)備仍然缺少這類控制，還有一些原先的PLC控制系統(tǒng)過(guò)于簡(jiǎn)單，不適應(yīng)當(dāng)前自動(dòng)化控制的需要。缺少PLC控制的設(shè)備及PLC控制技術(shù)較落后的控制系統(tǒng)，不僅使設(shè)備運(yùn)行效率低下，且消耗較多的能源及其輔助材料，此外占用人員也多。這種生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度低的局面，給生產(chǎn)成本增加了很大的負(fù)擔(dān)，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。因此，對(duì)一些控制系統(tǒng)比較落后的機(jī)電裝備很有必要運(yùn)用PLC控制技術(shù)進(jìn)行改造，以全面提升煤礦機(jī)電裝備的自動(dòng)化程度，為提高生產(chǎn)效率，保障煤礦安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的可持續(xù)增長(zhǎng)奠定基石。在此，根據(jù)煤礦現(xiàn)有的設(shè)備控制要求前提下，本著力求簡(jiǎn)單、節(jié)約，做到操作簡(jiǎn)便、維修維護(hù)方便、系統(tǒng)安全可靠的原則淺論實(shí)施改造。同時(shí)，在配置硬件時(shí)，還要考慮價(jià)格因素及未來(lái)的發(fā)展空間，并要留有一定的余量，以供新功能的擴(kuò)展與進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

2 應(yīng)用PLC控制方案的確定

1）對(duì)應(yīng)用方案的論證。對(duì)被控設(shè)備的PLC改造，首先要了解被改造設(shè)備的現(xiàn)有運(yùn)行狀況，以及它的影響情況，論證改造后所能帶來(lái)的潛力和效益。在考慮自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)是要論證安全情況和提升的經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值，必須有所收益方可，也就是所謂的投資收益率。最后再?zèng)Q定是否改造可行。

2）被控設(shè)備的工藝特性。不論哪種煤礦機(jī)械的控制，運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)改造都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，甚至有較大的提升空間。具體來(lái)講，就是要能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、煤炭質(zhì)量和生產(chǎn)安全效果。改造后還要能夠最大限度地滿足被控設(shè)備的基本要求，并應(yīng)盡量要進(jìn)行新功能開(kāi)發(fā)或留有余量空間。

3）控制系統(tǒng)全過(guò)程功能完善。對(duì)被控設(shè)備，要詳細(xì)分析控制的要求和控制電路的復(fù)雜程度；全面了解控制的全過(guò)程，保證所要完成的功作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、各自動(dòng)作的循環(huán)順序、所做的安全保護(hù)和連鎖條件，以及故障指示等功能。對(duì)全過(guò)程了解清晰后，才能確定PLC控制的基本方式。

3 合理選擇運(yùn)用PLC控制的I/0點(diǎn)數(shù)

根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)與用途，選擇恰當(dāng)?shù)腜LC I/O點(diǎn)數(shù)。在滿足控制要求的前提下，兼顧價(jià)格和備用余量，還要留一定的余量。I/0點(diǎn)數(shù)要根據(jù)控制對(duì)象輸入輸出信號(hào)的實(shí)際需要，考慮留有1O%～3O%的余量。一般每增加一個(gè)點(diǎn)，PLC機(jī)的價(jià)格就要增加100元左右。因此也要適當(dāng)?shù)目紤]節(jié)約I/0點(diǎn)數(shù)，這可以采用改進(jìn)接線和優(yōu)化程序的方法適當(dāng)節(jié)約I/O點(diǎn)數(shù)。參考選擇條件：①分組輸入：可以將幾種工作方式分別使用的輸入信號(hào)分成若干組，因?yàn)镻LC機(jī)在運(yùn)行時(shí)只能使用其中的一組信號(hào)，所以各組可共享輸入點(diǎn)數(shù)，如此就減少了輸入點(diǎn)數(shù)。②控制功能相同的操作開(kāi)關(guān)，可以并聯(lián)連接。③可以采用矩陣式的輸入方式確定點(diǎn)數(shù)。

4 合理選擇被控設(shè)備存儲(chǔ)容量、結(jié)構(gòu)和安裝形式及功能

1）存儲(chǔ)容量設(shè)計(jì)。存儲(chǔ)容量是指PLC用于存儲(chǔ)用戶程序的存儲(chǔ)容量，其大小是由被控設(shè)備程序的大小決定的，因此要適當(dāng)考慮留有一定的余量（20%～3O%），即計(jì)算公式為：M=開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)×lO+模擬量通道數(shù)×l00，存儲(chǔ)容量：M+M×（2O%～30%）。

2）選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。整體式PLC機(jī)或模塊式PLC機(jī)是選擇的形式。而整體式的I/O點(diǎn)平均價(jià)格比模塊式的低，體積也小、結(jié)構(gòu)緊湊。它一般用于工藝過(guò)程比較固定的系統(tǒng)中，但功能不如模塊式的靈活。模塊式PLC機(jī)的各個(gè)部分都以模塊的形式插入機(jī)架的底板上，組裝在一個(gè)機(jī)架內(nèi)，其輸入輸出部分也是模塊式的，因此配置靈活、裝配方便，也便于擴(kuò)展。大、中型等比較復(fù)雜的PLC機(jī)則采用該結(jié)構(gòu)，且又能適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境運(yùn)行。

3）選擇靈活適當(dāng)?shù)陌惭b方式。根據(jù)被控煤礦機(jī)械的控制方式，集中式、遠(yuǎn)控程序或多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的分布式選擇。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)也靈活，成本又低；大型復(fù)雜的系統(tǒng)可選擇遠(yuǎn)程I/O式；多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)式則適合于多臺(tái)分別互相獨(dú)立控制的設(shè)備，若某些設(shè)備需相互聯(lián)系，則可以增加通信模塊。

4）選擇齊全的控制功能。PLC主要功能：邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄、通訊等功能。以開(kāi)關(guān)量為主的控制系統(tǒng)，可選擇小型PLC機(jī)；比較復(fù)雜的具有PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能的控制系統(tǒng)，可選擇中高檔的PLC機(jī)。

5）選擇合理的I/O地址分配。對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)選擇，雖不多復(fù)雜，但要考慮周全，特別是要節(jié)約I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)。在對(duì)I/O地址分配時(shí)，要有一個(gè)較好區(qū)分的規(guī)律，以方便程序設(shè)計(jì)。

5 PLC應(yīng)用的程序設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試

程序設(shè)計(jì)上，可采用梯形圖法或指令語(yǔ)句表法，在此基礎(chǔ)上認(rèn)真分析，讓功能更加完善。實(shí)際控制中，除了過(guò)程控制系統(tǒng)外，大部分控制系統(tǒng)屬于順序控制系統(tǒng)，所以對(duì)新編制的PLC程序要反復(fù)調(diào)試。調(diào)試步驟如下：

1）對(duì)應(yīng)用程序檢查。將編好的程序輸入編程器中，并仔細(xì)檢查。改正語(yǔ)法和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤后存入PLC的存儲(chǔ)器中即可。

2）模擬試運(yùn)行。要模擬系統(tǒng)的實(shí)際輸入信號(hào)，并在程序運(yùn)行中適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻搬動(dòng)開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)輸入信號(hào)，模擬各種機(jī)械動(dòng)作，使檢測(cè)組件的狀態(tài)發(fā)生變化。觀察PLC輸出端狀態(tài)指示燈的變化，確定程序執(zhí)行情況，對(duì)照?qǐng)?zhí)行組件正確動(dòng)作，確認(rèn)程序是否有錯(cuò)誤。如此過(guò)程往往反復(fù)多次才能試驗(yàn)成功。

3）被控系統(tǒng)的安裝。①I/O的布線：a.動(dòng)力線、控制線、PLC電源線和I/O線應(yīng)分別配線。在隔離變壓器與PLC的I/O線之間應(yīng)采用雙絞線連接。b.PLC要遠(yuǎn)離干擾電源，不能與高壓電器安裝在同一開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。c.PLC的輸入與輸出應(yīng)分開(kāi)走線，開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線接地（一端或兩端接地），接地電阻要小于屏蔽層電阻的lO%。d.為防外界信號(hào)干擾，基本單元與擴(kuò)展單元及功能模塊的連接電纜應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。e.交流線與直流線不能用同一根電纜，輸出線盡量遠(yuǎn)離高壓線與動(dòng)力線。②輸入線長(zhǎng)度控制及保護(hù)、防干擾。I/O端的接線輸入線一般≯30m，盡量采用常開(kāi)點(diǎn)的形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與原理圖一致。其輸出組件應(yīng)設(shè)有短路保護(hù)裝置；使用感性負(fù)載，繼電器要選擇壽命長(zhǎng)；為防止干擾，可采取一定控制措施。措施如下：a.外部安全電路：為防止異常和不安全狀態(tài)的發(fā)生，要設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)電路（急停電路、互鎖保護(hù)電路、電源過(guò)載保護(hù)電路、重入故障的報(bào)警及防護(hù)電路等）。b.PLC要可靠地接地：接地不好，就不能保證PLC可靠工作。為避免偶發(fā)電壓沖擊的危害，PLC的接地線與機(jī)器的接地端相接，接地線面積≮2mm2，接地電阻<4Ω。若用到擴(kuò)展單元，接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元接地點(diǎn)接在一起，禁止PLC和其它設(shè)備共享接地點(diǎn)，且接地要盡量靠近PLC。如此方可保障PLC的運(yùn)行安全。

4）被控設(shè)備調(diào)試?？梢岳矛F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的主令組件、檢測(cè)組件和執(zhí)行組件組成模擬控制系統(tǒng)，進(jìn)一步檢測(cè)組件的可靠性及PLC的實(shí)際負(fù)載能力，以便確定是否再修改程序。

5）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境調(diào)試。前述完成的情況下，系統(tǒng)安裝完畢后可對(duì)一些具體的參數(shù)進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)整定。經(jīng)反復(fù)調(diào)試檢查沒(méi)有問(wèn)題時(shí)，再把程序固化到EPROM中，然后投入試運(yùn)行。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，在對(duì)煤礦舊設(shè)備進(jìn)行PLC改造時(shí)，都要周全考慮其用途、環(huán)境、目標(biāo)、工作量等，并與重新設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)核對(duì)，兼顧價(jià)格安全性。需要注意的問(wèn)題較多，都應(yīng)特別細(xì)致的設(shè)計(jì)、安裝，并反復(fù)調(diào)試，確認(rèn)無(wú)誤、功能目標(biāo)完善后才能投入正式運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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