PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

張文波 山西華潤(rùn)煤業(yè)有限公司

中國(guó)是世界第一產(chǎn)煤大國(guó)，也是煤炭消費(fèi)大國(guó)。21世紀(jì)是信息化時(shí)代，隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)及機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，依托信息化技術(shù)進(jìn)一步提高了我國(guó)煤礦開(kāi)采質(zhì)量，推動(dòng)了煤炭工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)。信息化是煤炭產(chǎn)業(yè)升級(jí)的助推器，PLC技術(shù)的合理應(yīng)用，大幅提升了我國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制水平，取代了傳統(tǒng)人工煤礦作業(yè)方式，有效提高了煤礦開(kāi)采作業(yè)效率，為煤礦安全生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理提供了技術(shù)保障。

一、PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

PLC是可編輯邏輯控制器的簡(jiǎn)稱，是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)。通過(guò)用戶輸入的指令，PLC技術(shù)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算和機(jī)械定時(shí)，從而實(shí)時(shí)控制各類機(jī)電設(shè)備。將PLC技術(shù)用于煤礦機(jī)電設(shè)備，可有效提升機(jī)電設(shè)備控制的可靠性，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：

（一）可靠性高

在煤礦資源開(kāi)采中，因其特殊性，開(kāi)采安全風(fēng)險(xiǎn)隱患大。因此，必須高度重視機(jī)電設(shè)備控制，嚴(yán)控設(shè)備故障，避免發(fā)生安全事故，造成嚴(yán)重?fù)p失。PLC技術(shù)具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，平均無(wú)故障時(shí)間可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，故障率極低，同時(shí)具備完善的自診斷和顯示功能，將其用于煤礦機(jī)電設(shè)備，可以很好地提高設(shè)備的安全性能。同時(shí)，還能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行提供可靠保障。

（二）實(shí)用功能多

PLC功能強(qiáng)，具有很多實(shí)用功能，一臺(tái)小型PLC內(nèi)就有幾千種，甚至更多可供用戶使用的編程元件，能夠滿足復(fù)雜控制需求。在煤礦機(jī)電控制中，能夠借助于PLC的強(qiáng)大運(yùn)算數(shù)據(jù)功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備精確控制，做好機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)、溫度調(diào)控和位置監(jiān)管等工作，并能夠強(qiáng)化機(jī)電設(shè)備控制效率，大大降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（三）節(jié)能效果好

“節(jié)能減排”是我國(guó)能源事業(yè)發(fā)展的基本國(guó)策，煤礦產(chǎn)業(yè)作為能耗較大的行業(yè)，如何建設(shè)綠色礦山成為近幾年關(guān)注的焦點(diǎn)。煤礦開(kāi)采難度大，技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)任務(wù)重，在生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)電設(shè)備能耗嚴(yán)重，若不緊跟時(shí)代步伐，積極采用先進(jìn)的信息化技術(shù)，將會(huì)阻礙煤礦事業(yè)發(fā)展。相比傳統(tǒng)繼電器，PLC能耗極低，煤礦生產(chǎn)采用PLC技術(shù)正是響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能、減排的號(hào)召，是實(shí)現(xiàn)煤礦產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

二、案例分析

煤礦開(kāi)采生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)是各個(gè)工作點(diǎn)連接的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。電控系統(tǒng)是提升機(jī)的核心組成部件，電控系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常將會(huì)對(duì)提升機(jī)的正常工作造成嚴(yán)重影響。一旦發(fā)生電控系統(tǒng)故障，將會(huì)給轉(zhuǎn)移井下機(jī)械、運(yùn)轉(zhuǎn)煤炭、接送人員進(jìn)出工作面等工作的開(kāi)展帶來(lái)嚴(yán)重安全危害，為此，本文以PLC技術(shù)在煤礦提升機(jī)中的應(yīng)用為例展開(kāi)探討，希望能夠找出問(wèn)題，積極完成改造，消除安全隱患，保障煤礦生產(chǎn)安全。

某礦井提升機(jī)投入使用時(shí)間較長(zhǎng)，已基本達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音和高溫環(huán)境，將會(huì)對(duì)井下工作人員造成嚴(yán)重影響。此外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可知，該提升機(jī)元件老化問(wèn)題較為嚴(yán)重，穩(wěn)定性不足，甚至發(fā)生過(guò)停車不穩(wěn)、制動(dòng)反應(yīng)慢等情況，已無(wú)法滿足礦井安全生產(chǎn)要求。經(jīng)匯總與分析，主要問(wèn)題如下：

1.系統(tǒng)過(guò)于臃腫。該提升機(jī)電控系統(tǒng)采用的模擬調(diào)節(jié)方式，此類調(diào)節(jié)方式分立元件數(shù)量很多，在環(huán)境溫度長(zhǎng)期影響下，很容易出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩、短時(shí)間內(nèi)內(nèi)部功率迅速增長(zhǎng)等現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生觸發(fā)熔斷器與提升機(jī)緊急制動(dòng)等問(wèn)題，一旦產(chǎn)生上述問(wèn)題，將會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。此外，在功率不斷變化過(guò)程中，電流和速度監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示異常，不能精確控制電控系統(tǒng)，將會(huì)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行安全造成嚴(yán)重影響。

2.設(shè)備損耗嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在提升機(jī)減速停車環(huán)節(jié)，原電控系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)跳級(jí)切換電阻現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)內(nèi)部電流情況，產(chǎn)生較大變化，促使觸發(fā)脈沖混亂，在此環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)的電控元件極易被損壞，將會(huì)大大增加設(shè)備保養(yǎng)和維修費(fèi)用。

3.控制可靠性下降。原電控系統(tǒng)PLC控制結(jié)構(gòu)僅有1套，需依托開(kāi)關(guān)位置的電信號(hào)工作，當(dāng)受到高負(fù)荷沖擊時(shí)，很容易發(fā)生控制系統(tǒng)電路失效現(xiàn)象，或干擾電信號(hào)線路情況，由于沒(méi)有備用線路，很難合理控制設(shè)備運(yùn)行速度，導(dǎo)致系統(tǒng)控制可靠性低。經(jīng)設(shè)備維修資料顯示，原系統(tǒng)使用階段已發(fā)生多次錯(cuò)位停車、超行程以及掉道事故，對(duì)井下安全生產(chǎn)影響甚大。

三、PLC技術(shù)改造方案與應(yīng)用

控制柜、輔助柜、低壓柜、主整流柜、勵(lì)磁柜、高壓柜、平波電抗器、快速斷路器等為本次改造電控系統(tǒng)的主要部件，核心控制部位采用PLC，分別用于主控、輔控，主控下接操作臺(tái)、控制柜、輔助柜和高壓柜等，在老設(shè)備基礎(chǔ)上所選硬件設(shè)備均需更新，這樣將會(huì)大幅加快安裝和連接速度，避免嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常運(yùn)行狀態(tài)。

系統(tǒng)裝置內(nèi)設(shè)有2臺(tái)PLC，分別用于主控、輔控，軟回路和硬回路共同存在，可滿足煤礦安全相關(guān)規(guī)定的安全回路數(shù)量需求。主控PLC功能主要在于2點(diǎn)，其一，啟動(dòng)程序，產(chǎn)生提升機(jī)工作信號(hào)；其二，觸發(fā)停止，保證在緊急狀態(tài)下閉鎖。當(dāng)輔控PLC與主控PLC共同作用時(shí)，則可達(dá)到以下功能：

第一，緊急制動(dòng)。當(dāng)一條線路出現(xiàn)故障，那么，另一臺(tái)PLC將成為主控設(shè)備，從而完成提升機(jī)緊急制動(dòng)工作，保證運(yùn)行安全。

第二，連續(xù)監(jiān)測(cè)。PLC具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，可生成運(yùn)行速度曲線，同時(shí)采集、分析與匯總系統(tǒng)內(nèi)部電信號(hào)與其他信息，為故障判定提供準(zhǔn)確、客觀、真實(shí)的數(shù)據(jù)。

第三，定點(diǎn)監(jiān)測(cè)。在提升機(jī)即將停車時(shí)，通過(guò)電磁開(kāi)關(guān)，可定點(diǎn)監(jiān)測(cè)將要到達(dá)指定停車點(diǎn)的提升機(jī)速度，若速度超過(guò)規(guī)定值，便會(huì)觸發(fā)停車保護(hù)動(dòng)作。

四、PLC技術(shù)改造效果分析

1. PLC、編碼器是組成數(shù)字行程監(jiān)控器的主要成分，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)速度，除了能夠滿足數(shù)字行程罐位顯示以外，還能同步校正編碼器。

2.改造后采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可滿足提升機(jī)邏輯控制及保護(hù)功能等需求，保證系統(tǒng)安全，同時(shí)還能達(dá)到電控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)一步提高控制的可靠性。

3.安全回路與其他正?；芈贩珠_(kāi)，選用繼電器雙重保護(hù)回路，獨(dú)立運(yùn)行，且互為安全冗余，能夠在監(jiān)視器上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，便會(huì)觸發(fā)停車保護(hù)動(dòng)作，有效避免嚴(yán)重安全事故發(fā)生。

4.PLC、安全繼電器、可調(diào)閘模塊是提升機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，一旦出現(xiàn)故障，安全回路將會(huì)斷開(kāi)，利用PLC采集到的速度信號(hào)和油壓信號(hào)，可以對(duì)液壓站制動(dòng)電液閥進(jìn)行PID閉環(huán)控制，從而達(dá)到液壓站減速制動(dòng)作用。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，可以有效提高煤礦生產(chǎn)的安全性，簡(jiǎn)化機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和煤礦生產(chǎn)環(huán)境，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，進(jìn)一步提升了煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的整體效率。