關(guān)于PLC 技術(shù)在煤礦機(jī)電系統(tǒng)中應(yīng)用的探討

王保峰

平頂山天安煤業(yè)香山礦有限公司 河南平頂山 467047

1 PLC 控制原理

1.1 采樣輸入環(huán)節(jié)

PlC 控制系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)控制功能，需要通過(guò)傳感裝置采集到控制機(jī)構(gòu)的具體狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制首先需要解決的問(wèn)題。傳感裝置輸入狀態(tài)信息進(jìn)入到PLC 的模擬量輸入端子，經(jīng)過(guò)工程量轉(zhuǎn)換后形成可以控制的數(shù)值。內(nèi)部的CPU 會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)的所有傳感裝置進(jìn)行掃描，把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入然后存儲(chǔ)在I/O 映像區(qū)間中，等待著控制程序的調(diào)用。采樣輸入環(huán)節(jié)單獨(dú)存在的，不會(huì)受到控制環(huán)節(jié)的影響，但直接影響著控制精度，需要保證輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.2 程序執(zhí)行環(huán)節(jié)

根據(jù)具體的控制要求，在主程序中會(huì)調(diào)用不同的子程序，為了更為直觀的體現(xiàn)出控制過(guò)程，一般都會(huì)配套使用顯示裝置，可以把控制狀態(tài)、采集的數(shù)據(jù)和具體的執(zhí)行情況，更為直觀地反應(yīng)給操作人員。調(diào)用采集到的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)多種數(shù)值的計(jì)算和邏輯處理，采用多種控制算法，則會(huì)形成控制輸出的數(shù)據(jù)。值得注意的是，必須要保證數(shù)值和采樣環(huán)節(jié)的一致性，避免輸入錯(cuò)誤的控制數(shù)據(jù)和指令，從而對(duì)煤炭安全生產(chǎn)造成影響[1]。

1.3 控制輸出環(huán)節(jié)

控制程序執(zhí)行完成后就會(huì)轉(zhuǎn)入到輸出環(huán)節(jié)，PLC 控制器會(huì)不斷刷新控制邏輯和數(shù)值，執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)控制控制邏輯進(jìn)行動(dòng)作，輸出的控制數(shù)據(jù)也會(huì)決定著控制對(duì)象的行程和開(kāi)度。控制可以通過(guò)模擬量輸出端或開(kāi)關(guān)量輸出端口完成，隨著通信技術(shù)不斷完善，很多執(zhí)行機(jī)構(gòu)都集成了開(kāi)放性的通信端口，可以實(shí)現(xiàn)與PLC 控制器的通信，控制數(shù)據(jù)也可以通過(guò)通信方式來(lái)完成。很多PLC 還集成了互聯(lián)網(wǎng)通信端口，使得PLC 的組網(wǎng)性能和控制能力得到進(jìn)一步提升，為組建起大范圍的工控網(wǎng)創(chuàng)造條件。

2 PLC 技術(shù)在煤礦機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用分析

2.1 PLC 控制技術(shù)在絞車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)中多采用絞車(chē)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)提升作業(yè)，PLC 控制技術(shù)已經(jīng)在絞車(chē)系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用，提高了絞車(chē)系統(tǒng)的控制性能。絞車(chē)控制系統(tǒng)主要由于高壓主回路、控制回路、運(yùn)行速度檢測(cè)電路、行程檢測(cè)電路等構(gòu)成，還配置了高清的人機(jī)顯示界面。PLC控制系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地采集絞車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)需要控制好絞車(chē)的上提、下放速度，可以避免絞車(chē)運(yùn)行過(guò)程中受到更大的沖擊力，PLC 控制系統(tǒng)可以絞車(chē)機(jī)械特性輸入速度提高頻率，經(jīng)過(guò)效率控制單元判斷出能量的再生能力。把采集數(shù)據(jù)采集間隔設(shè)置在50ms，準(zhǔn)確錄入碰開(kāi)關(guān)在該時(shí)間內(nèi)的頻率，采集到的數(shù)據(jù)信息會(huì)輸入到PLC 數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)控制程序的調(diào)用轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào)，可以更為準(zhǔn)確的控制絞車(chē)的運(yùn)行速度。對(duì)絞車(chē)運(yùn)行方向的控制，需要在特定時(shí)間內(nèi)來(lái)累加和存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)敲擊頻次，比如，在5s的時(shí)間內(nèi)，接觸開(kāi)關(guān)總共產(chǎn)生了2 次變化，如絞車(chē)的上部位置碰到接觸開(kāi)關(guān)時(shí)，形成向上方向的推力從而把絞車(chē)運(yùn)行方向轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛏线\(yùn)行。相反，如果開(kāi)關(guān)只出現(xiàn)了1 次變化，絞車(chē)下部位置碰到接觸開(kāi)關(guān)生成控制命令，使絞車(chē)的向下方運(yùn)行。如果絞車(chē)裝置在超負(fù)載情況下運(yùn)行，PLC 控制器則會(huì)形成報(bào)警信號(hào)，通過(guò)人機(jī)界面發(fā)出超負(fù)載警報(bào)，由操作人員進(jìn)行及時(shí)的控制[2]。

2.2 井下風(fēng)門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

煤礦井下風(fēng)門(mén)可以把巷道內(nèi)的渾濁空氣排放出來(lái)，并吸入新鮮的空氣，降低巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛?，?duì)于保證煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮出重要作用，必須保證風(fēng)門(mén)處于正常的位置。傳統(tǒng)的控制方式中，需要操作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度來(lái)控制巷道的通風(fēng)，由于礦井中存在著負(fù)壓，控制起來(lái)存在著較大的難度，如果操作不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)風(fēng)門(mén)損壞的問(wèn)題。采用PLC 控制系統(tǒng)之后，可以利用紅外傳感裝置來(lái)對(duì)風(fēng)門(mén)兩側(cè)巷道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，識(shí)別判斷巷道中是否有車(chē)輛通過(guò)。當(dāng)檢測(cè)到有車(chē)輛經(jīng)過(guò)風(fēng)門(mén)，PLC 控制會(huì)向控件機(jī)構(gòu)發(fā)出控制命令，從而使風(fēng)門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)?？梢愿玫乇ＷC風(fēng)門(mén)控制的準(zhǔn)確性，避免開(kāi)關(guān)風(fēng)門(mén)引起安全事故，可以避免人為操作失誤，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)門(mén)控制的自動(dòng)化。PLC 監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)還可以配置巷道空氣質(zhì)量傳感裝置，當(dāng)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)標(biāo)準(zhǔn)，控制系統(tǒng)則會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，自動(dòng)控制巷道不同風(fēng)門(mén)的開(kāi)閉，啟動(dòng)排風(fēng)裝置把危險(xiǎn)氣體排出到礦井外。

2.3 提升系統(tǒng)的應(yīng)用

提升機(jī)是實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，原來(lái)的控制方式是有用交流接觸器和繼電器等電氣元件來(lái)進(jìn)行控制，由于操作十分頻繁，很多電氣元件使用壽命都比較短，控制效率也無(wú)法提升。把PLC控制技術(shù)引入到提升系統(tǒng)中，可以更好地提高提升機(jī)的控制精度，安裝的傳感裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。如果提升機(jī)存在運(yùn)行故障，會(huì)及時(shí)向操作人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)。PLC 控制技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)速度的自動(dòng)控制，還可以根據(jù)煤炭運(yùn)輸情況進(jìn)行制動(dòng)控制。進(jìn)一步提高了提升機(jī)運(yùn)行可靠性，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障，采取有效的措施對(duì)故障進(jìn)行處理。還可以進(jìn)行停車(chē)制動(dòng)控制[3]。先進(jìn)的PLC 監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)保證了提升機(jī)的可靠運(yùn)行，提高了控制精準(zhǔn)性和故障處理的及時(shí)性。把控制系統(tǒng)應(yīng)用到外接電路中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)罐籠和箕斗的勻速運(yùn)行、抓升等控制，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)輸入信號(hào)是否正常，不存在異常情況則會(huì)解除制動(dòng)，存在故障則會(huì)停止行車(chē)。

2.4 膠帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用

煤炭開(kāi)采使用的膠帶運(yùn)輸機(jī)原來(lái)采用人工控制方式，停止運(yùn)輸時(shí)需要調(diào)整液壓系統(tǒng)的輸出壓力，讓閘瓦可以更好地與制動(dòng)片產(chǎn)生接觸，使制動(dòng)阻力變大而使機(jī)械停止運(yùn)轉(zhuǎn)。該種制動(dòng)辦法會(huì)由于摩擦產(chǎn)生較大的熱量，對(duì)煤礦帶來(lái)很大的安全隱患。利用PLC 監(jiān)測(cè)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)片工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，利用間歇式制動(dòng)的辦法，避免制動(dòng)過(guò)程中形成火花。

3 結(jié)語(yǔ)

煤礦機(jī)電系統(tǒng)利用PLC 控制技術(shù)，可以進(jìn)一步提高煤礦生產(chǎn)的安全性，使機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，可以對(duì)煤礦機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)和煤礦環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，提高了煤礦機(jī)電系統(tǒng)的整體效率。