張亮亮

（大同煤礦集團雁崖煤業(yè)公司電氣區(qū)，山西 大同 037000）

引言

通過PLC實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的自動化已經(jīng)成為一種趨勢，利用PLC控制器構(gòu)建自動化的控制系統(tǒng)，可以有效提升煤礦生產(chǎn)的效率，減少煤礦生產(chǎn)的易發(fā)事故，進而實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)經(jīng)濟效益顯著提升。PLC自動控制系統(tǒng)可以分為硬件和軟件兩個層面，進行自動化系統(tǒng)構(gòu)建，需要從兩個層面入手，逐一實現(xiàn)自動化。

1 PLC概述

PLC的應(yīng)用范圍十分廣泛，不論是煤礦生產(chǎn)，還是機械加工，都可以通過PLC構(gòu)建自動化的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化［1］。PLC又稱為可編程邏輯控制器，通過編制邏輯程序，對硬件動作進行條件限制，進而實現(xiàn)生產(chǎn)控制自動化。PLC基于二進制運算，可以將脈沖信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過運算軟件對數(shù)字信號進行分析處理，再轉(zhuǎn)化為脈沖信號實現(xiàn)輸出。在某種程度上來說，PLC和計算機比較相似，都是由CPU、輸入、輸出、儲存器和電源這五個部分構(gòu)成的［2］。

實現(xiàn)PLC自動控制，對于煤礦生產(chǎn)具有積極作用。首先，通過PLC自動控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)作業(yè)自動化，減少人力投入，相應(yīng)地就可以減少人為因素對煤礦生產(chǎn)形成的影響，提升煤礦生產(chǎn)安全程度。其次，通過PLC自動控制系統(tǒng)可以提升煤礦生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的銜接度，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的高效銜接，提升煤礦生產(chǎn)效率。最后，通過PLC自動控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)變頻控制，根據(jù)實際工作需求自動調(diào)整機械運行狀態(tài)，降低機械運行過程的能耗，有助于提升企業(yè)經(jīng)濟效益。

雖然PLC自動控制系統(tǒng)的功能強大，并且在許多領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用。但是，PLC系統(tǒng)相對來說也是比較脆弱的，容易受到各種內(nèi)部因素和外部因素的干擾，進而導致程序執(zhí)行出現(xiàn)錯誤，自動化功能受到阻礙。比如，溫度因素會影響傳感器的精確度和靈敏度，電磁因素會影響數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，煤礦井下的安全因素可能導致PLC系統(tǒng)硬件受到破壞。所以，在構(gòu)建PLC自動控制系統(tǒng)時，應(yīng)當充分考慮各種影響因素，做好相應(yīng)的應(yīng)對措施，將外界因素和內(nèi)部因素的干擾降至最低，確保PLC系統(tǒng)能夠發(fā)揮出根本效用。

2 PLC自動裝車系統(tǒng)的原理和功能

根據(jù)煤礦裝車系統(tǒng)運用的實際情況，主要是由皮帶機、皮帶秤、給煤機、煤倉、電子軌道等部分組成的。具體工作流程為：運煤車進入煤倉，在電子軌道上穩(wěn)定停止，通過傳感器傳輸控制信號，輸送機和給煤機啟動，將煤裝入運煤車中。通過皮帶秤對煤量進行監(jiān)測，在達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出終止指令，皮帶機和給煤機停止運轉(zhuǎn)。這一過程就實現(xiàn)單節(jié)車廂裝煤，只需重復這一過程，就可以實現(xiàn)整列運煤車自動裝煤。根據(jù)裝車系統(tǒng)的基本工作流程來看，進行PLC自動裝車系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)當滿足以下幾個方面的基本功能［3］。

1）裝車具體流程中，PLC自動控制系統(tǒng)需要采集皮帶煤流流量、電子軌道負重、煤倉運行狀態(tài)、給煤機運行狀態(tài)以及皮帶機運行狀態(tài)等多個數(shù)據(jù)信息。因此，在構(gòu)建PLC自動控制系統(tǒng)，需要在這些部位上加裝適量的傳感器用于采集數(shù)據(jù)。

2）實現(xiàn)自動控制功能需要一個集中控制室，能夠?qū)鞲衅骰貍鲾?shù)據(jù)進行全面分析處理，并根據(jù)結(jié)果分析處理發(fā)出對應(yīng)指令。構(gòu)建集中控制室，可以將自動裝車系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的工作集中到一起，實現(xiàn)精細快速高效地控制，有利于生產(chǎn)一體化構(gòu)建。

3）PLC自動控制系統(tǒng)的各個部分具有聯(lián)鎖功能，相關(guān)操作應(yīng)該根據(jù)合理的順序進行，不能出現(xiàn)越權(quán)操作，比如啟動、停機等。

4）PLC自動控制系統(tǒng)構(gòu)建過程中，應(yīng)當實現(xiàn)三種控制手段，即可以通過PLC系統(tǒng)自動控制、現(xiàn)場就地控制以及手動控制這三種方式對裝車系統(tǒng)實現(xiàn)可靠的控制。

5）PLC自動控制系統(tǒng)應(yīng)該具有故障診斷、自動報警、數(shù)據(jù)生成等一系列基本功能，實現(xiàn)自動裝車系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運行。

3 PLC自動裝車系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計

3.1 硬件組成

硬件組成是PLC自動裝車系統(tǒng)構(gòu)建的基本前提，一般來說可以分為三個環(huán)節(jié)，即PLC選型、I／O模塊設(shè)計和外部接線。

PLC選型就是根據(jù)自動裝車系統(tǒng)的構(gòu)建要求，選擇適當?shù)墓δ苣K。由于自動裝車系統(tǒng)主要是通過開關(guān)量控制實現(xiàn)控制任務(wù)，因此需要選擇具有A／D轉(zhuǎn)換輸入模塊和D／A轉(zhuǎn)換輸出模塊的控制器，同時還需選擇相對應(yīng)的各型傳感器，諸如壓力傳感器、溫度傳感器等。具體型號可以選擇SMATIC S7－300型的PLC，結(jié)構(gòu)優(yōu)良，堅固耐用，并且具有良好的通訊能力和擴展能力，非常適用于煤礦自動裝車系統(tǒng)構(gòu)建。

I／O模塊設(shè)計需要著重考慮監(jiān)控狀態(tài)量，根據(jù)實際情況而言，主要應(yīng)該監(jiān)控以下狀態(tài)量：一是對煤倉煤量利用料位進行監(jiān)控；二是利用溫度傳感器對電機的轉(zhuǎn)子、軸承、繞組等部件的溫度進行監(jiān)控；三是對主回路、控制電路的電壓、電流等進行監(jiān)控；四是對給煤機、絞車、皮帶機等設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控；五是對集控中心的指令通過控制模塊進行傳輸，實現(xiàn)自動化控制。

外部接線應(yīng)該根據(jù)實際情況進行，總的來說主要包括了以下幾個方面：一是電源選用，通常使用220V的交流電源作為PLC電源，為了防止供電出現(xiàn)波動，可以設(shè)置隔離變壓器，并且需要設(shè)置獨立斷路器；二是接地處理，對于PLC而言，基本上可以不進行接地處理，但是，如果接地條件存在，則應(yīng)該盡量進行接地處理，確保PLC系統(tǒng)安全，提升其抗干擾能力；三是PLC可以和電流型設(shè)備連接，但不可與電壓型設(shè)備連接。尤其是在設(shè)計I／O時，需要充分考慮設(shè)備兼容性以及電流、電壓的影響；四是漏電流可能對PLC輸出造成影響，可以并聯(lián)旁路電阻到負載兩端，以此削弱PLC受到的影響。

3.2 軟件設(shè)計

PLC軟件和上位軟件構(gòu)建煤礦自動裝車系統(tǒng)的兩個重要部分，其中PLC程序編制是關(guān)鍵重點。

PLC程序編制應(yīng)該根據(jù)選用的PLC控制器進行，常用的程序編制模式為梯形圖，通過逐級的邏輯程序控制，實現(xiàn)裝車自動化。設(shè)計PLC程序的途徑有兩種：一是先進行硬件組態(tài)，再進行程序編制；二是先進行程序編制，在進行硬件組態(tài)。兩種方式各有優(yōu)劣，但是對于煤礦自動裝車系統(tǒng)而言，先進行組態(tài)，再進行程序編制，可以簡化程序編制的難度。具體來說，程序編制的邏輯流程為：程序初始化→信號采集→是否自動→（是）控制策略→是否裝滿→（是）擋板正轉(zhuǎn)→絞車工作→最后一節(jié)→（是）車滿→（是）結(jié)束程序。這就是一個完整的正常的自動化邏輯控制程序。

上位機軟件可以使用WinCC進行設(shè)計，優(yōu)化煤礦自動裝車系統(tǒng)的監(jiān)控能力，以便對給煤機、皮帶機等設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時全面顯示。通過主界面，還可以實現(xiàn)煤礦自動裝車系統(tǒng)的手段控制及自動控制，根據(jù)車中煤量、煤車位置、電機狀態(tài)等對系統(tǒng)進行控制，達成最優(yōu)工作狀態(tài)。上位機可以通過兩臺工控機進行組合，其中之一發(fā)生故障時，另一臺可以進行硬件冗余，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定正常。通過PLC軟件程序編制和上位軟件設(shè)計，可以構(gòu)建完善的PLC自動控制系統(tǒng)，對煤礦裝車系統(tǒng)實現(xiàn)自動化構(gòu)建。

4 結(jié)語

實現(xiàn)煤礦裝車系統(tǒng)自動化，對煤礦生產(chǎn)具有十分重要的作用。PLC是實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)的有效手段，在煤礦裝車自動化系統(tǒng)設(shè)計時，可以通過硬件組成和軟件設(shè)計兩個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)PLC的應(yīng)用，以此構(gòu)建自動裝車系統(tǒng)。

［1］孫光明等.基于PLC的煤礦自動裝車系統(tǒng)研究［J］.煤礦機械，2012（5）：20－21.

［2］鄧洪龍.自動裝車系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［J］.氯堿工業(yè)，2010（4）：6－7.

［3］趙鵬.基于PLC技術(shù)的煤礦皮帶運輸系統(tǒng)的控制改造［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2011（10）：21－23.