PLC技術(shù)在煤炭機(jī)電一體化控制中的作用

張建軍

【摘 要】目前，隨著我國(guó)煤炭行業(yè)在利用機(jī)電一體化技術(shù)改造舊設(shè)備和開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品方面做了較多的工作，同時(shí)獲得了明顯的效果。其已經(jīng)使人們了解到應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)發(fā)展煤礦機(jī)電產(chǎn)品，是實(shí)現(xiàn)高效安全的生產(chǎn)的主要方式。本文就對(duì)PLC技術(shù)在煤炭機(jī)電一體化控制中的作用進(jìn)行深入探討。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化技術(shù);煤礦機(jī)械;應(yīng)用

20世紀(jì)70年代以后機(jī)電一體化技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。隨著采礦業(yè)的迅速發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦開(kāi)采中也得到廣泛應(yīng)用。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用不僅促進(jìn)了煤礦開(kāi)采工作的順利進(jìn)行池在很大程度上促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展。

1、機(jī)電一體化技術(shù)的概念及意義

機(jī)電一體化技術(shù)通過(guò)電子技術(shù)完成機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化操作和信息化控制，提高了對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用和管理能力。其具體的有效作用表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。由于使用的機(jī)械設(shè)備結(jié)合了電子技術(shù)，在安裝的過(guò)程中，可以根據(jù)具體的現(xiàn)場(chǎng)需要來(lái)調(diào)整電子設(shè)備中一些程序或整合一些基礎(chǔ)技術(shù)以滿(mǎn)足工作環(huán)境。另外，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，電子設(shè)備會(huì)自動(dòng)監(jiān)視，當(dāng)機(jī)械設(shè)備有故障出現(xiàn)時(shí)，工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并及時(shí)處理。二是技術(shù)靈敏性強(qiáng)。由于機(jī)電一體化技術(shù)的自動(dòng)控制和靈敏監(jiān)測(cè)的特性，它被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中的許多領(lǐng)域。三是自動(dòng)化安全性高。機(jī)電一體化技術(shù)的靈敏監(jiān)測(cè)特性（如自動(dòng)報(bào)警等）提高了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的安全性，減小了設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)的影響，它的自動(dòng)控制特性也可以減少工作人員錯(cuò)誤操作的機(jī)率。在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)具有很重要的積極意義。例如：煤礦井下的工作環(huán)境比較惡劣，但為了煤炭的安全開(kāi)采，工人需要長(zhǎng)時(shí)間的在井下工作，由于機(jī)電設(shè)備的故障、操作不規(guī)范等情況的發(fā)生，會(huì)很容易造成安全事故，威脅到工人的生命安全，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)可以對(duì)井下各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)化操作和有效監(jiān)測(cè)，這樣既減少了工人的不規(guī)范操作也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也能對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的故障及時(shí)修復(fù)，保障煤炭的正常生產(chǎn)。

2、煤礦機(jī)電系統(tǒng)控制中PLC技術(shù)的作用

我國(guó)煤炭對(duì)于工業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義，提高煤炭的開(kāi)采水平，可以促進(jìn)我國(guó)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此，在煤炭開(kāi)采方面必須改善開(kāi)采水平，引用先進(jìn)的開(kāi)采技術(shù)。機(jī)電系統(tǒng)控制主要是由多個(gè)部分組合而成，其主要包括機(jī)械控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)編程技術(shù)等，由此可見(jiàn)，機(jī)電系統(tǒng)控制技術(shù)具有較強(qiáng)的綜合性。在國(guó)際社會(huì)中，機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展程度，也是考量一個(gè)國(guó)家的發(fā)展程度的重要指標(biāo)。當(dāng)前我國(guó)煤炭行業(yè)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，可以滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)煤炭的需求，不僅可以有效提高安全生產(chǎn)，同時(shí)還大大提高了生產(chǎn)效率。PLC技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)

用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，在一定程度上就會(huì)減少對(duì)人工作業(yè)人員的需求。由于煤炭生產(chǎn)行業(yè)本身就是一種高危行業(yè)，因此，降低人員參與對(duì)于提高安全作業(yè)水平具有非常積極的意義。由于地下開(kāi)采條件非常復(fù)雜，煤礦井內(nèi)存在大量的粉塵和瓦斯，使用機(jī)電一體化技術(shù)，可以有效消除惡劣環(huán)境對(duì)人工作業(yè)的安全威脅，保證下井作業(yè)人員的人身安全，避免發(fā)生重大安全事故，影響生產(chǎn)順利進(jìn)行。

2.2提高煤炭生產(chǎn)效率

機(jī)械設(shè)備作業(yè)相對(duì)于人工生產(chǎn)，在效率上大大提高。通過(guò)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，解放了勞動(dòng)力，對(duì)于優(yōu)化資源配置具有重要意義。機(jī)械工作過(guò)程中盡管會(huì)出現(xiàn)故障，但設(shè)備本身不會(huì)疲勞，因此，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)加強(qiáng)保養(yǎng)，煤炭生產(chǎn)的效率將大大改善。

2.3提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益

人工成本是企業(yè)發(fā)展中需要考慮的重要方面，通過(guò)應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以有效降低人員參與，減少人力成本。同時(shí)，通過(guò)提高生產(chǎn)效率，雙向提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。雖然前期投入可能會(huì)造成成本增加，但是隨著時(shí)間推移，設(shè)備優(yōu)勢(shì)將逐漸體現(xiàn)出來(lái)，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)煤礦效益提升。

3、機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的主要應(yīng)用

3.1機(jī)電一體化技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用

礦井提升機(jī)是目前煤礦機(jī)電一體化、自動(dòng)化水平最高的設(shè)備。全數(shù)字化交直流提升機(jī)，尤其是內(nèi)裝式提升機(jī)，從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動(dòng)合為一體，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，充分體現(xiàn)了機(jī)械-電力電子-計(jì)算機(jī)-自動(dòng)控制的綜合應(yīng)用。而全數(shù)字化提升機(jī)高度可靠，采用總線(xiàn)方式，大大簡(jiǎn)化了電器安裝，此外，硬件配置簡(jiǎn)單，互相兼容?！熬盼濉逼陂g，國(guó)產(chǎn)數(shù)字化直流提升機(jī)已成為煤礦提升機(jī)的首選機(jī)型。我國(guó)研制成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化提升機(jī)，其核心部分ASCS是由雙CPU構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其性能先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確可靠。此外，我國(guó)還應(yīng)用SIMADYND和S7研制成功了第一臺(tái)交-交變頻器供電的交流提升機(jī)。目前，最大裝機(jī)容量已達(dá)到5000kW，主、副井提升機(jī)可做到全自動(dòng)化，不需要專(zhuān)門(mén)的絞車(chē)司機(jī)。

3.2機(jī)電一體化技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

電牽引采煤機(jī)是機(jī)電一體化技術(shù)在采煤機(jī)械的一個(gè)典型應(yīng)用。與液壓牽引采煤機(jī)相比，它具有一下特點(diǎn)：（1）良好的牽引特性，可以在采煤機(jī)前進(jìn)時(shí)提供牽引力，使其克服阻力移動(dòng)，也可以在采煤機(jī)下滑時(shí)進(jìn)行發(fā)電制動(dòng)，向電網(wǎng)反饋電能。（2）可用于大傾角煤層，牽引電動(dòng)機(jī)軸端裝有停機(jī)時(shí)防止機(jī)器下滑的制動(dòng)器，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)制動(dòng)力矩為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的1.6～2.0倍，所以電牽引采煤機(jī)可用在40°～50°傾角的煤層，而不需要其它防滑裝置。（3）運(yùn)行可靠，使用壽命長(zhǎng)，電牽引和液壓牽引不同，前者除電動(dòng)機(jī)的電刷和整流子有磨損外，其它元件均無(wú)磨損，因此工作可靠，故障少，壽命長(zhǎng)，維修工作量小。（4）反應(yīng)靈敏，動(dòng)態(tài)特性好，電控系統(tǒng)能及時(shí)調(diào)整各種參數(shù)，防止采煤機(jī)超載運(yùn)行。（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，電牽引采煤機(jī)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能只經(jīng)一次轉(zhuǎn)換，效率可達(dá)99%，而液壓采煤機(jī)的效率只有65%-70%左右。經(jīng)過(guò)近20年的研制開(kāi)發(fā)，我國(guó)的電牽引采煤機(jī)已逐步走向成熟，為煤礦綜合機(jī)械化采煤生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。

3.3機(jī)電一體化技術(shù)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

帶式輸送機(jī)由于長(zhǎng)距離連續(xù)輸送、輸送量大、運(yùn)行可靠、效率高和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，已成為我國(guó)煤礦井下原煤輸送系統(tǒng)的主要運(yùn)輸設(shè)備。因此，也是近幾年來(lái)的研究重點(diǎn)。目前主要推廣使用的機(jī)、電、液一體化的CST可控軟啟動(dòng)裝置，是一種專(zhuān)門(mén)為煤礦或金屬礦的長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)的軟驅(qū)動(dòng)裝置。它具有平滑起動(dòng)運(yùn)送大慣性載荷的特點(diǎn)。一條皮帶運(yùn)輸機(jī)可以由一臺(tái)或幾臺(tái)CST驅(qū)動(dòng)。從而解決了帶式輸送機(jī)的大運(yùn)量、長(zhǎng)距離的驅(qū)動(dòng)難題。

3.4機(jī)電一體化技術(shù)在支護(hù)設(shè)備中的應(yīng)用

液壓支架是煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面的支護(hù)設(shè)備，目前正向電液控制方向發(fā)展，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與液壓控制有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)定壓雙向鄰架或成組自動(dòng)移架，避免對(duì)頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。我國(guó)神華集團(tuán)大柳塔礦采用的電液控制的支架，移架速度為6～8s/架，最快的移架速度達(dá)3s/架。電液控制裝置還可檢測(cè)支架的工作狀態(tài)。

4、結(jié)語(yǔ)

PLC技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域中，實(shí)踐證明其應(yīng)用效率以及應(yīng)用效果都極為滿(mǎn)意。在煤礦機(jī)電系統(tǒng)中引入PLC技術(shù)有利于保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦作業(yè)效率，其智能化的控制模塊改變了舊式控制系統(tǒng)的缺陷與弊端，極大推進(jìn)了煤礦生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。相信隨著技術(shù)的逐步完善與發(fā)展，PLC電頻控制技術(shù)也將變得更為全面和高效，并迎來(lái)更為廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓海云.煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用、管理及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015（22）：153-154.

（作者單位：開(kāi)灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業(yè)分公司通風(fēng)區(qū)）