高沖

摘要：PLC控制技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的控制方法，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、抗干擾性強(qiáng)、使用規(guī)范、編程方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，而正是由于這些優(yōu)點(diǎn)使得PLC控制技術(shù)得到越來(lái)越多的認(rèn)可，目前我國(guó)的煤礦相關(guān)設(shè)備，隨著不斷發(fā)展進(jìn)步，朝著大型化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。本文結(jié)合自己工作和考察，對(duì)一些井下設(shè)備中涉及到的PLC控制技術(shù)和相關(guān)控制原理的認(rèn)識(shí)，對(duì)PLC控制技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展前景展望。

關(guān)鍵詞：PLC控制技術(shù) ?自動(dòng)化 ?智能化

0 引言

我國(guó)是一個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家，目前煤炭在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占70%以上，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，煤炭仍將是我國(guó)能源的支柱產(chǎn)業(yè)，這是由我國(guó)的國(guó)情決定的。所以近年來(lái)我國(guó)實(shí)行煤炭行業(yè)的整改，隨著整改以及行業(yè)的發(fā)展，煤礦設(shè)備也逐漸朝著自動(dòng)化、大型化、智能化等方面發(fā)展。PLC控制技術(shù)在煤礦設(shè)備控制中扮演著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的煤礦設(shè)備控制多使用繼電器-接觸器來(lái)進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的控制，而這種控制方法可靠性差，故障率高，并且使用環(huán)境受限嚴(yán)重;而近年來(lái)不斷發(fā)展的PLC控制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等眾多優(yōu)點(diǎn)[1]，也正是由于PLC控制技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)使得該種控制技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

1 PLC概述

1.1 PLC控制技術(shù)的定義 PLC（Programmable Logic Controller）也就是可編程邏輯控制器，它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部相關(guān)控制程序的存儲(chǔ)，并執(zhí)行相關(guān)的邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算數(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并且通過(guò)數(shù)字或者模擬式的輸入以及輸出變量控制各種類(lèi)型的機(jī)械或者生產(chǎn)過(guò)程[2]。而實(shí)際上PLC是一種用于生產(chǎn)設(shè)備控制的計(jì)算機(jī)，有電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等幾個(gè)基本部分組成。通過(guò)各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)工作，按照用戶(hù)已經(jīng)寫(xiě)入的控制程序來(lái)執(zhí)行相關(guān)的指令，并達(dá)到想要的控制目的。

1.2 PLC控制技術(shù)的工作原理 PLC控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)首先依賴(lài)于PLC中的硬件基礎(chǔ)，首先是存儲(chǔ)用戶(hù)程序的EEPROM存儲(chǔ)器，CMOS靜態(tài)RAM或者EPROM存儲(chǔ)器，此存儲(chǔ)器可以使用紫外線擦出或者電改寫(xiě)方式修改用戶(hù)程序。用戶(hù)程序是可以修改的，同時(shí)也是PLC控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能的基礎(chǔ)，用戶(hù)根據(jù)實(shí)際工作要求，使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，這部分程序可以根據(jù)用戶(hù)要求進(jìn)行創(chuàng)建、修改、編輯、編譯等操作。另外在PLC中還有另外一種程序——系統(tǒng)程序，這列程序是不能改動(dòng)的，一般存放在EPROM或者PROM中，用戶(hù)不能訪問(wèn)，也不能修改[3]。

1.3 PLC控制技術(shù)的特點(diǎn) ①使用方便，程序簡(jiǎn)單。在礦業(yè)中使用PLC控制技術(shù)中，大多使用梯形圖，邏輯圖等圖形符號(hào)，這種表達(dá)方式和傳統(tǒng)控制繼電器控制電路非常接近，所以對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是非常容易接受的，并且PLC的生產(chǎn)研發(fā)周期相應(yīng)的也會(huì)縮短。編程語(yǔ)言也是非常簡(jiǎn)單的，非常容易學(xué)習(xí)掌握，另外在控制過(guò)程中，多數(shù)功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且設(shè)備的設(shè)計(jì)本身就非常人性化，控制操作簡(jiǎn)單方便易懂。②環(huán)保。這個(gè)方面可以有三個(gè)小的方面來(lái)體現(xiàn)：首先是PLC控制器體積比較小，這對(duì)于煤礦井下狹小的空間來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的，能夠節(jié)省空間便于控制;其次是PLC控制器比較輕便，重量小的能夠在100g以下，能夠在礦井下移動(dòng)方便;另外就是PLC控制器實(shí)現(xiàn)控制的能耗較低，能夠節(jié)約能源，響應(yīng)綠色生產(chǎn)的號(hào)召。③靈敏度高，性能可靠。這方面的特點(diǎn)是由PLC控制器本身的設(shè)計(jì)制造決定的，PLC內(nèi)部電路多采用抗干擾技術(shù)，并且生產(chǎn)的要求非常嚴(yán)格，使得PLC本身的工作性能非?？煽?，抗干擾能力也非常強(qiáng)，另外結(jié)合不同的故障自我診斷保護(hù)，使得系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步增強(qiáng)[4]。

2 PLC控制技術(shù)在礦井中的應(yīng)用

2.1 PLC控制技術(shù)在煤礦礦井提升機(jī)中的應(yīng)用 礦井的提升機(jī)是礦山重要的設(shè)備，肩負(fù)著煤礦，人員，相關(guān)設(shè)備的運(yùn)輸責(zé)任[5]。采用PLC控制技術(shù)控制的礦井提升機(jī)系統(tǒng)主要有：主控系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)以及輔助控制系統(tǒng)等幾部分組成[6]（如圖1）。

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圖1

對(duì)于PLC控制技術(shù)在提升機(jī)中的具體應(yīng)用可以從提升機(jī)各個(gè)組成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)。

首先是主控系統(tǒng)，通過(guò)人為編寫(xiě)控制程序，能夠通過(guò)PLC對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行手動(dòng)，自動(dòng)以及常規(guī)控制，并且還能夠與保護(hù)系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)結(jié)合，使得在提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的減速，剎車(chē)，啟動(dòng)，運(yùn)行以及過(guò)卷等情況進(jìn)行合理控制。并且在此過(guò)程中多使用脈沖編碼器，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的數(shù)字控制，使得對(duì)提升機(jī)的控制更加精準(zhǔn)，快捷。另外在這個(gè)系統(tǒng)中由于一方面需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制，另一方面，為了和礦井整體控制系統(tǒng)相融合還設(shè)置了與礦井其他控制部分的接口。其次是監(jiān)控系統(tǒng)，這部分有PLC和編碼器組成，通過(guò)傳感器等設(shè)備采集提升機(jī)的深度，速度等信息，將這部分信息作為PLC控制程序執(zhí)行的輔助條件，一方面使得PLC對(duì)提升機(jī)的速度，深度等控制更加精準(zhǔn);另一方面也會(huì)輸出其他操作信號(hào)或者保護(hù)信號(hào)。最后是安全保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)系統(tǒng)是由兩部分PLC組成的，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC的相互冗余。這部分通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)工作系統(tǒng)中出現(xiàn)的提升過(guò)卷、低壓電源斷電或者故障、通訊故障、深度顯示故障、PLC編碼器失效等多種故障進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，確保提升機(jī)系統(tǒng)正常工作。

2.2 PLC控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用 通風(fēng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是工作環(huán)境復(fù)雜，需要采集的信息參數(shù)多，需要系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)工作等。采用PLC控制技術(shù)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行控制首先是通過(guò)PLC作為測(cè)控終端，通過(guò)相應(yīng)的傳感器測(cè)出通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)工作分量、轉(zhuǎn)速、工作壓強(qiáng)通風(fēng)進(jìn)出口的溫度、濕度、壓強(qiáng)以及電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬或者數(shù)字信號(hào)，作為控制程序的參考對(duì)程序輸出進(jìn)行相應(yīng)修正，使得系統(tǒng)輸出合適的數(shù)據(jù)，確保通風(fēng)系統(tǒng)正常工作，使得整個(gè)礦井通風(fēng)良好。

2.3 PLC控制技術(shù)在煤礦井下排水系統(tǒng)的應(yīng)用 由于PLC控制技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性，使得其在現(xiàn)代礦井中的排水系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PLC控制的排水系統(tǒng)工作首先是對(duì)礦井排水相關(guān)信息的采集，如：水位、水壓、水泵流速、排水量、排水管路狀況等信息，然后當(dāng)所需信號(hào)滿(mǎn)足排水要求，系統(tǒng)控制相關(guān)排水泵進(jìn)行工作，并且控制排水管路上的相關(guān)閥體進(jìn)行排水管路的疏通以及信號(hào)檢測(cè)。在系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的過(guò)程中如果出現(xiàn)系統(tǒng)故障，可以根據(jù)選擇系統(tǒng)控制備用泵的選用，確保系統(tǒng)正常工作，及時(shí)進(jìn)行井下排水作業(yè)。

另外在煤礦井下的采煤機(jī)，巷道的掘進(jìn)設(shè)備以及井下的通信系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)等眾多系統(tǒng)都應(yīng)用到了PLC控制技術(shù)，同時(shí)，PLC控制技術(shù)工作的穩(wěn)定性、可靠性也確保了井下各個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

從目前國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展來(lái)看，PLC硬件以及可編程技術(shù)朝著運(yùn)算速度加快，容量增加，智能化進(jìn)一步提高方向發(fā)展，這就使得PLC控制技術(shù)的應(yīng)用性進(jìn)一步增強(qiáng)。并且PLC控制系統(tǒng)依然保持著工作性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，而對(duì)于目前煤礦行業(yè)安全性要求越來(lái)越嚴(yán)格的形式來(lái)說(shuō)，無(wú)疑應(yīng)用PLC進(jìn)行煤礦大型設(shè)備的控制進(jìn)行安全生產(chǎn)是非常合適的選擇。未來(lái)，PLC控制技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)，在煤礦設(shè)備控制應(yīng)用中會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)，使得煤礦設(shè)備的操作更加便捷人性化，工作更加智能化，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。另一方面PLC控制技術(shù)的發(fā)展還推動(dòng)著煤礦整體生產(chǎn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，大量可編程器的加入使得煤礦各個(gè)系統(tǒng)相容性增強(qiáng)，便于系統(tǒng)化?？傊?，PLC控制技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，也會(huì)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]林小峰.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，1994.

[2]田瑞庭.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[3]冠英.P比在礦井提升信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2004（1）.

[4]莫衛(wèi)東.VisualBasic6.0高級(jí)編程技巧——窗口、菜單篇[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1999.

[5]石磊.PLC在TKD-A系列礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)改造中的應(yīng)

用[J].煤礦機(jī)械，2009.

[6]梁南丁，礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)改造[J].礦山機(jī)械，2006（11）：75-77.