電牽引采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)故障分析

李 明

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）三礦， 山西 陽泉 045000）

引言

目前，我國煤礦生產(chǎn)已全面實(shí)現(xiàn)電牽引采煤機(jī)生產(chǎn)，其操作模式為遙控操作的模式，其控制中心即PLC控制系統(tǒng)，主要執(zhí)行采煤機(jī)的各項操作指令的傳輸，包括采煤機(jī)滾筒、破碎機(jī)、牽引機(jī)及其速度、角度和頻率等方面的調(diào)節(jié)，在煤礦自動化生產(chǎn)中起到重要的作用。

1 PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成

PLC系統(tǒng)當(dāng)前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域之中，是一種可編程的邏輯控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用數(shù)字化運(yùn)算操作，通過其可編程的內(nèi)部存儲器進(jìn)行指令操作，目前在單臺機(jī)械設(shè)備和流水線設(shè)備中均可使用。

PLC系統(tǒng)的構(gòu)成單元如圖1所示，通過對其內(nèi)部存儲器進(jìn)行指令輸入和保存，之后通過操作人員輸入設(shè)定的信號即可實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的操作與控制。其中PLC控制系統(tǒng)包括對采集控制單元、AI/AO模塊、CPU、通訊模塊等構(gòu)成，通過在控制面板進(jìn)行指令輸入，在CPU內(nèi)部進(jìn)行指令的處理，然后通過通訊線路給機(jī)械設(shè)備下達(dá)操作指令。

圖1 PLC控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成單元

2 PLC控制系統(tǒng)的故障類型

1）主機(jī)系統(tǒng)故障即PLC系統(tǒng)在正常通電之后系統(tǒng)不能啟動、或者系統(tǒng)不能工作的情況，其主要原因是PLC系統(tǒng)內(nèi)部電源板出現(xiàn)故障。而對于一般的PLC主機(jī)電源故障主要是由于電源短路、電氣元件質(zhì)量問題等所引起的電源故障，因此在PLC主機(jī)安裝與調(diào)試的同時需要注意外界的干擾，充分考慮空氣、濕度以及碎屑等，嚴(yán)格按照操作規(guī)則進(jìn)行，選用質(zhì)量較高的電源元件。

2）端口設(shè)備故障主要是圖1中的AI/AO模塊和DI/DO模塊的故障，這類故障產(chǎn)生的原因主要是由于外界的干擾而形成的，由于煤礦工作環(huán)境的影響，井下設(shè)備集中而且較為封閉，因此容易形成電磁干擾，造成端口設(shè)備接收和發(fā)送出現(xiàn)故障，從而影響整體PLC控制系統(tǒng)的信號傳輸[1]。

3）現(xiàn)場設(shè)備故障主要是裸露的設(shè)備在煤礦復(fù)雜環(huán)境的影響下產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，如儀表設(shè)備、閥門等被腐蝕和損壞，出現(xiàn)儀表失靈、閥門泄露等情況，最終導(dǎo)致PLC系統(tǒng)的失靈。

3 PLC控制系統(tǒng)的故障檢測

3.1 跟蹤檢測法

跟蹤檢測法即對于發(fā)生故障的PLC系統(tǒng)進(jìn)行分段檢測檢查來確定故障的發(fā)生源，從而針對故障發(fā)生的位置、現(xiàn)象進(jìn)行故障原因的確定，進(jìn)而進(jìn)行故障處理。由于PLC系統(tǒng)在設(shè)計的過程中加入了分段控制程序，對PLC在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障可以實(shí)現(xiàn)自身排查，檢測出故障發(fā)生位置及原因，跟蹤檢測法即通過系統(tǒng)運(yùn)行對故障進(jìn)行排查和檢修。

3.2 局部檢測法

局部檢測法主要是通過PLC控制系統(tǒng)輸入信號和輸出信號之間的邏輯關(guān)系狀態(tài)進(jìn)行檢測和排查，在PLC系統(tǒng)設(shè)計時對于不同的信號輸出和輸入都編寫了嚴(yán)密的邏輯關(guān)系，對系統(tǒng)邏輯關(guān)系的檢測可以準(zhǔn)確定位系統(tǒng)故障的原因，對電牽引采煤機(jī)運(yùn)行故障可以準(zhǔn)確判定。

3.3 超時檢測法

超時檢測法即超時限檢測法，是PLC控制系統(tǒng)自動化性能而實(shí)現(xiàn)的一種系統(tǒng)檢測方法，PLC系統(tǒng)的自動化邏輯處理決定了其需要規(guī)范化的運(yùn)行設(shè)置，因此在PLC系統(tǒng)的運(yùn)行過程中的各項要素如果超出所限定的設(shè)置[2]，那么系統(tǒng)自身就會判定其發(fā)生故障，因此在實(shí)際操作的過程中，通過對系統(tǒng)定時器中將各工序之間的響應(yīng)時間和操作時間進(jìn)行限定，就能檢測出系統(tǒng)故障發(fā)生點(diǎn)進(jìn)而進(jìn)行排除。

3.4 綜合檢測法

綜合檢測法是通過PLC系統(tǒng)控制中心對系統(tǒng)運(yùn)行的故障進(jìn)行邏輯分析，與局部分析法分析過程類似，綜合分析法是對系統(tǒng)整體進(jìn)行邏輯分析和檢測，PLC系統(tǒng)在運(yùn)行中除了發(fā)揮對邏輯故障的自行檢測和分析之外，而且還會對習(xí)慣性故障和系統(tǒng)異常進(jìn)行檢測，并在故障發(fā)生時發(fā)出信號，可以說綜合檢測法是通過對故障信號的輸出，從而檢驗PLC控制系統(tǒng)發(fā)揮報警性能和自動停機(jī)功能。

4 PLC控制系統(tǒng)的故障處理方法

4.1 主機(jī)系統(tǒng)故障

主機(jī)系統(tǒng)故障主要是電源故障、線路故障等，而一些PLC控制系統(tǒng)主機(jī)電源的隔離性較差，因此在煤礦牽引機(jī)工作中，由于井下機(jī)械設(shè)備眾多，容易產(chǎn)生相應(yīng)的磁場干擾，而電源的設(shè)置又沒有做好隔離措施。因此對主機(jī)系統(tǒng)故障的處理方法首先需要選擇質(zhì)量和性能較好的電源設(shè)備，其次要注意井下環(huán)境的輻射和干擾，做好電源設(shè)備的抗干擾以及隔離工作。定期對系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，例如降溫、清潔等，減少外部環(huán)境對PLC系統(tǒng)主機(jī)的影響[3]，另外，在出現(xiàn)主機(jī)系統(tǒng)故障時，需要對電源信號進(jìn)行仔細(xì)檢測，對PLC控制系統(tǒng)電源的接地情況進(jìn)行檢查和維護(hù)。

4.2 端口設(shè)備故障

端口設(shè)備的故障主要是由于外界的干擾引起的，如AI/AO模塊和DI/DO模塊的故障，主要都是由于外界電磁波影響，因此在端口設(shè)備出現(xiàn)故障時，需要從端口設(shè)備周圍存在的干擾信號以及電磁波開始檢測，在分析干擾源時，針對同一工作區(qū)域內(nèi)存在的主要干擾源進(jìn)行處理，保證端口設(shè)備正常信號的接收。

在實(shí)際的煤礦電牽引機(jī)的工作中，一般PLC系統(tǒng)裝置有降低電磁干擾的裝置和元件，并且在安裝時就按照信號的傳輸強(qiáng)度和種類對傳輸電纜進(jìn)行分層設(shè)置，以減少電磁干擾，但是在發(fā)生故障時，依然需要對電磁干擾進(jìn)行排查，同時對端口設(shè)備也需要做到定期的維護(hù)和保養(yǎng)，做好除塵、清潔、降溫等工作，以保障端口設(shè)備能夠在外部環(huán)境影響下正常運(yùn)行。

4.3 現(xiàn)場設(shè)備故障

現(xiàn)場設(shè)備故障主要分三種類型，一是儀表、閥體的侵蝕、損壞；二是閥門的滲漏等情況；三是閥門的不運(yùn)行、壓力不夠等現(xiàn)象。針對不同的現(xiàn)場設(shè)備故障應(yīng)根據(jù)故障發(fā)生的具體情況進(jìn)行排查和維護(hù)。對于現(xiàn)場類設(shè)備，由于長期處于開放的工作環(huán)境中，因此在設(shè)備元件的選擇上，需要選用質(zhì)量和性能較高的設(shè)備，以減少故障和維護(hù)頻次，增強(qiáng)煤礦作業(yè)效率。對于儀表設(shè)備故障，應(yīng)對儀表的信號線路、安裝程序等方面進(jìn)行檢查，做好儀表設(shè)備線路的接地等。對于閥體類故障，應(yīng)根據(jù)不同的故障情況采用不同的處理方式，對于閥體的侵蝕和損壞，要及時進(jìn)行焊補(bǔ)修理或者更換，對于閥門的滲漏應(yīng)及時進(jìn)行壓緊或者更換，對于閥門的不運(yùn)行、壓力不夠等情況要及時檢查壓力和壓力計的信號狀態(tài)等等。另外，在日常的工作和管理中，也要加大對PLC系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的巡檢和維護(hù)力度，避免相關(guān)故障的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

煤礦電牽引采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了煤礦自動化開采與生產(chǎn)的需求，但是在復(fù)雜的井下環(huán)境中，PLC系統(tǒng)雖然較為穩(wěn)定但是也可能出現(xiàn)相應(yīng)的故障，需要加大對PLC控制系統(tǒng)的維護(hù)和管理，也需要加強(qiáng)對PLC控制系統(tǒng)故障的檢測和預(yù)防，保證PLC系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 牟清國.淺談PLC控制系統(tǒng)的故障分析及維護(hù)[J].科技經(jīng)濟(jì)市場，2016（2）：45-46.

[2] 劉妍.電牽引采煤機(jī)PLC控制系統(tǒng)故障分析[J].同煤科技，2015（6）：55-56.

[3] 陳瑞.電牽引采煤機(jī)控制系統(tǒng)常見故障及處理方法[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（1）：74-75.