探讨PLC技术在矿山机电设备控制中的应用

２０１７年第４２卷第４期　能源技术与管理　Ｖｎ１．４２　Ｎ０．４　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　１７９　ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—９９４３．２０１７．０４．０７３　探讨ＰＬＣ技术在矿山机电设备控制中的应用　梁亮东　（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西长治０４６６００）　［摘要］可编程序逻辑控制器ＰＬＣ在自动化控制领域是一种重要的控制设备。起初主要用　于替代继电器实现逻辑控制，随着近几年自动化控制技术的突飞猛进，ＰＬＣ的功能　已经不局限于逻辑控制的范畴，它还具有运算、模拟量处理和通信联网等功能。由　于ＰＬＣ具有强抗干扰能力、高可靠性，编程语言简单以及可在线修改等特点，在矿　山机电设备控制领域得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益。通过对ＰＬＣ结构　功能展开分析，结合工作实践经验，对ＰＬＣ技术在矿山机电设备控制中应用的优越　性以及安全．｝生，进行了分析探讨。　［关键词］ＰＬＣ技术；矿山机电；机电控制　［中图分类号］ＴＤ６３［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２＿９９４３（２０１７）０４　１７９一Ｏ３　Ｏ引　言　强、计算快、价格低、容量高、可靠等方向发展，以　此来满足不同企业的不同需求　］。　随着ＰＬＣ技术的日趋发展以及其在自动化　领域优越的控制性能，在日前以及未来的矿山开　｛ＰＣ（上位机）ｌＨ编程软件　—————　—————一～　　Ｉ采过程中，对于ＰＬＣ技术的应用将会越来越频　繁。实践证明，将其应用在矿山机电设备中，不仅　甄　使得矿山机电自动化控制水平得到了巨大的提　升，保证了矿山企业的安全生产并取得了良好的　程器接口ｌ　Ｉ　ＲＳ２３２Ｃ接口　电源　经济效益，同时，这也是近年矿山生产效率大幅提　升的主要原因［Ｉ］。为了使得ＰＬＣ技术能更加广泛　数字输　；　］　』数字输　苗袤　及有效地应用到矿山开采工作中，对该项技术进——　入接口　行更深一步的分析研究也就十分必要。本文通过　拟输入　模拟输　ｎ］Ｔ兰兰　Ｊ｛　誉　模拟　入接口　负载　对ＰＬＣ结构功能展开分析，结合工作实践经验，　扩展输　对ＰＬＣ技术在矿山机电设备控制中应用的优越　入接口　Ｌ愿　性以及安全性进行了分析探讨，以供参考。　１　ＰＬＣ简介　图１　ＰＬＣ系统结构框架　ＰＬＣ控制系统是在传统的顺序控制器的基础　２　ＰＬＣ特点　上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术　在继电器控制系统中，使用的装置是大量继　和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目　电器，系统根据设计好的电气控制图，由人工通过　的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺　布线、焊接、固定等手段组装完成，其过程费时费　序控制功能，建立柔性的程控系统口］。ＰＬＣ机电控　力。与传统继电器控制相比，首先，ＰＣＬ是通过存　制系统在系统结构上由ＰＬＣ、输入输出模块、编程　储器中的程序实现控制功能，若控制功能需要改　器、独立电源模块、ＣＰ、ＰＣ／ＰＣＬ联接、编程软件等　变，只需修改程序及少量接线即可，通过改变软件　几部分组成，如图ｌ所示。通过电源、控制、地址和　就可实现不同控制的控制需求　］。因此，ＰＣＬ具有　数据总线来实现内部各组成单元之间的链接，而　很大的灵活性和通用性，其结构形式多样化，可以　外部ＰＬＣ控制系统则根据实际控制对象来配置　适用于各种不同规模、不同工业控制要求。其次，　完成。为了更进一步扩大ＰＬＣ在工业自动化控制　可靠性是评价工业控制设备的一项重要指标，同　领域的应用范畴，目前ＰＬＣ正朝着体积小、功能　传统控制器设备相比，ＰＣＬ具有高可靠性和高抗　２０１７年８月　１８０　梁亮东探讨ＰＬＣ技术在矿山机电设备控制中的应用　Ａｕｇ．，２０１７　干扰能力。第三，由于ＰＬＣ采用面向控制，面向问　题的编程，不仅拥有继电器控制线路的清晰直观　感，且编程相对简单、使用更加方便。最后，ＰＬＣ具　有体积小、重量轻、易于实现机电一体化等极其优　越的特点。因此，在近些年控制领域获得了广泛的　应用，尤其在矿山机电设备控制领域，其地位日趋　渐长。　３在矿山机电控制领域应用ＰＬＣ技术实　例　３．１　对传统提升机采用ＰＬＣ技术进行改造　考虑到高额更换成本费用，目前国内大部分　矿山设备都还在使用传统老旧提升机。为了进一　步提高矿山设备工作效率的同时，降低人力、物　力，在保留传统提升机、主电机以及其机械部分的　基础上，通过使用大功率晶闸管变流器和可编程　控制器，使得其自动化水平迅速提升。　其原理主要是通过外设的开关或者传感器作　为输入信号接到ＰＬＣ的输入端，当这些信号传输　到ＰＬＣ的ＣＰＵ时，经过处理后，ＰＬＣ发出信号给　外部控制对象，来完成提升机相应的指令工作。其　主回路原理如图２所示。　图２交流提升控制系统主回路原理　具体步骤如下：　首先，在不影响生产的前提下，为了给新操作　台的施工安装提供有利的工作条件，可以将传统　提升机临时转移到其他操作台操作。这样可以在　不影响生产的同时，为新操作台安装创造充足的　工作空间。其次，为了实现新老系统的完美转换，　需要在回路中安装转化器，来实现新旧系统的无　缝衔接。另外，在存储空间满足的情况下，应保留　老系统以便备用。第三，新设备安装质量需要进行　严格把关，为后续调试的顺利开展以及完工后设　备的正常运行和维护创造有利条件。第四，为了尽　快投入使用，应尽量缩短新系统的调试时间，并在　传感器安装完成之后进行在线测试，校准参数，保　证系统达到实际应用要求。完成新旧系统交替安　装以及在线调试后，采用新老系统混合控制的方　式，加强信号控制，实现全载全自动方式的提升。　３．２　ＰＬＣ技术对下运胶带机的改造　随着机电液一体化的迅猛发展，目前已成功　将ＰＬＣ技术应用在下运胶带机中。通过下运胶带　机中加设ＫＺＰ系列盘式可控制动装置，配合ＰＬＣ　来实现对该下运胶带机的软制动。　ＫＺＰ制动装置通过闸瓦与制动盘摩擦从而获　得制动力矩，而制动力大小调节可通过闸瓦对制　动盘的正压力来实现。盘式可控制动装置的布置　如图３所示。在机械设备正常工作条件下，油压正　压力达到最大值０。在此期间，制动闸处于松闸状　态，闸瓦与制动盘之间大约拥有１～１．５　ｍｍ问隙。　当机械设备需要制动时，电液控制系统根据相应　控制指令通过自动降低油压以达到制动的目的。　正常情况下，在外界环境温度为４０℃时，盘式可　控制动装置制动１０次／｝ｌ。装置可以在系统突然断　电情况下，仍能确保大型机械设备较为平稳地减　速停车，实现安全生产的目的。　图３盘式可控制动装置的布置　其具体操作过程如下：　（１）松闸。首先由ＰＬＣ控制器向制动装置发　送指令，随后由ＰＬＣ中的模拟量输出模块增加电　２０１７年第４２卷第４期　Ｖｏ１．４２　Ｎｏ．４　能源技术与管理　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣ａｎｄ　Ｍａｎａ￣ｍｅｎｔ　１　８　１　液比例阀的电流，同时制动力矩减小，制动闸瓦打　３．４通过在空气压缩机群组应用ＰＬＣ技术来实　开，胶带机开机。　（２）正常工作。正常工作时按照ＰＬＣ电控系　统要求调节油压和制动力矩，确保设备正常工作。　（３）正常制动。ＰＬＣ收到指令后，将输出电流　减小，从而减小油压和制动力矩，这时候胶带机将　正常进行制动。　（４）紧急制动。当遇到突发情况或系统断电　时，系统进入另一套降压模式，首先通过溢流阀使　油压降至预先的调定值，制动闸快速贴近制动盘，　制动力矩逐渐增大，机电设备平稳减速停车。　除此之外，ＫＺＰ系列盘式可控制动装置最突　出的优点就在于，可以通过在设备上预先铺装的　速度传感器来获得电动机转速以及胶带速度，然　后根据实测速度来对胶带进行控制。当监测到传　感器反馈的速度大于正常阈值时，通过供电电流　的降低来减少制动系统的油压，从而实现胶带减　速；相反，当监测到胶带速度小于正常阈值时，可　编程控制器则通过增大电流，来实现胶带输送机　的正常运转。　３．３实现井下风门自动打开和关闭　由于前些年自动化水平技术及工艺的限制，　国内目前大部井下风门的开关多是由人工操作实　现的。由于井下负压大，开关闭门的操作需要相当　大力量，不仅开启、关闭操作起来相当不便，而且　极其容易损坏风门，造成严重后果，甚至人员伤　亡。根据井下风门的结构，通过利用ＰＬＣ结合远　红外传感器，可实现井下风门的开关自动化，在保　证人员和设备安全的前提下，极大提升工作效率。　其原理在于风门上面的小窗口起到至关重要的作　用。　为了减小开启的压力以及保障安全，通过在　风门上设置一个窗口，通过先开窗口来平衡风门　两侧的压强差。这时，通过ＰＬＣ技术结合红外线　传感器设备，通过控制风门上窗口的开关即可达　到控制风门的目的。当风门开启时，电磁阀根据相　应控制信号使得窗口上汽缸的活塞向外运动来打　开小窗。当小窗开启到相应位置时，活塞停止运　动，达到平衡风门两侧压强差的目的。反之，当风　门需要关闭时，电磁阀根据相关控制信号使得汽　缸的活塞带动向回移动来关闭小窗和风门。　现系统级别的状态监控　空气压缩机在目前矿山生产活动中是极其重　要的设备，目前空气压缩机的控制大多数用继电　器来实现，由于其不能适应恶劣的井下工作环境，　导致相当高的更换频率，进而造成高额的维修成　本。而将ＰＬＣ技术应用在空气压缩机的状态实时　监控上面，则彻底解决了以继电器为核心的监控　系统数据准确定性差的问题。首先通过设备预先　铺设传感器信号的实时采集，通过ＣＰＵ进行信号　的预处理和分析，将分析后的结果由专用数显仪　表展示、显示设备的工作状态与参数值，来实现系　统级别的状态监控。ＰＬＣ的使用，大大降低了井下　空气压缩机控制器的更换频率，极大地提高了经　济效益和工作效率。　４结语　综上所述，首先通过对ＰＬＣ的功能结构介绍　以及其优越性分析，接着对其在矿山设备中的应　用实例进行探讨，可知ＰＬＣ技术在目前矿山机电　控制中达到不可或缺地位。从目前国内能源使用　情况来看，煤矿资源的使用还无法替代。而ＰＬＣ　技术的应用极大地提高了矿山设备的工作效率和　经济效益，同时也实现了安全生产的目的。因此，　进一步开展对ＰＬＣ技术的推广和研究，具有十分　重要的意义。　［参考文献］　［１］陈川．ＰＬＣ技术在矿山机电控制中应用研究［Ｊ］．信息　系统工程，２０１５（３）：８５—８５．　［２］马洪亮．简述ＰＬＣ技术在矿山机电控制中的应用［Ｊ］．　机械管理开发，２０１５（１）：８９—９１．　［３］杜玉发．ＰＬＣ技术在矿山机电控制中应用研究［Ｊ］．黑　龙江科技信息，２０１３（５）：５ｌ一５２．　［４］莫克明．对ＰＬＣ技术在矿山机电控制中的应用研究［Ｊ］．　科技创业家，２０１４（３）：８２—８３．　［５］张巍．ＰＣ￣ＬＣ机电控制系统研究［Ｄ］．西安：西北工业　大学，２００３．　［作者简介］　梁亮东（１９８４一），男，助理工程师，本科学历，现任山西　霍尔辛赫煤业有限责任公司抽采队队长，主要从事煤矿机　电技术及瓦斯抽采相关管理工作。　『收稿日期：２０１７—０４—１４］