plc技术在煤矿机电系统控制中的应用分析

1、PLC 技术在煤矿机电系统控制中的应用分析 马志强 西山煤电集团公司设备租赁分公司 摘 要： 随着煤矿企业对生产安全和效率的不断重视, PLC 技术逐步应用于煤矿机电控制系统, 发挥了其显著地作用。通过对 PLC 工作原理及在煤矿机电系统中的应用分析, 得出该技术能够快速收集信息, 通过逻辑计算, 及时反映执行命令。文章介绍了 PLC 技术在绞车、提升机、皮带运输机、井下风门等子系统中的显著作用, 总结了 PLC 技术在煤矿机电系统中优势及缺陷。PLC 技术的应用提高了生产效率, 降低了能耗, 大大的降低了事故发生的概率。关键词： 煤矿机电系统; PLC 技术; 能耗; 控制; 作者简介：马志强 (1975-) , 男, 河北景县人, 西山煤电集团公司设备租赁分公司, 2002 年毕业于山西省煤炭联合大学矿山机电专业, 机电助理工程师。收稿日期：2017-5-2The analysis of application of PLC technology in the mechanical and electrical control system of coal mineMa Zhiqi

2、ang Xishan coal electricity group company equipment leasing branch; Abstract： With the improving attention of the safety and efficiency in the production of the coal mining enterprises, PLC technology is gradually applied in coal mine mechanical and electrical control system, and is playing a important role.By analyzing the working principle and the application of PLC in coal mine mechanical and electrical system, it is concluded that the technique can quickly gather information, use the Boolean

3、 calculation, and reflect execute the command timely.It is introduced the significant role of the PLC technology in the winch, the elevator, the belt conveyor and the downhole throttle, and it is concluded the advantage and defect of the PLC technology in coal mine mechanical and electrical system.The application of PLC technology Improve the production efficiency, reduces the energy consumption and greatly reduce the probability of the accident.Keyword： Coal mine mechanical and electrical syste

4、m; The PLC technology; The energy consumption; control; Received： 2017-5-21 前言PLC 全称 Programmable Logic Controller, 汉意为可编程存储器集合, 通过对数据进行整理计算, 分析系统的不足, 从而进行改进。随着现代化的发展, 煤矿生产逐渐实现高度机械化及信息化, 由于 PLC 技术系统控制的独特优势, 在煤矿机电系统中被广泛应用。采用该项技术不仅能够对煤矿系统进行合理高效的分析控制, 减小能源损耗, 提高煤矿生产效率, 而且还可以找出煤矿机电系统中存在的各类安全隐患, 降低各类事故发生的概率, 促进煤矿健康发展。2 PLC 技术概述随着计算机技术在不同领域的快速发展, 逐步成功的应用于传统的工业体系中, 其中 PLC 技术替代了之前的继电器控制技术, 使得系统控制变得高效、快捷、准确。PLC 技术操作简便、稳定性高, 能够排斥外界不良环境的影响, 其显著地功能越来越受到欢迎。在对系统体系进行编程时, PLC 采用的是梯形图系统法, 与其他计算机编程语言相比, 该语言非常简单、易

5、于操作, 仅需相关操作人员进行简单的培训即可。由于该技术替代了传统的继电器控制, 使得系统控制体积显著地减小, 在对系统控制运行时更加方便快捷, 另外也便于系统的组装搬运及维修养护。PLC 技术是基于计算机技术的, 其采用编程软件来控制外部系统运行, 是一种通过数字运算分析的控制系统, 通过对收集数据的存储和分析计算, 有序的指导控制系统稳定安全的运行。在煤矿机电系统中采用 PLC技术, 较大的缩减了控制系统的应用空间, 通常能通过一台控制终端完成整个机电系统整个工序的控制, 自动化效率高, 有效地促进了煤矿的经济社会效益。3 PLC 控制系统工作原理PLC 技术利用自动控制的完成系统的任务处理, 对系统外接端收集到的数据信号进行逻辑计算, 然后通过对应的部件单元输出执行命令。PLC 技术控制系统的过程主要分为 3 个环节, 分别是采样输入环节、程序执行环节和输出刷新环节。3.1 采样输入环节采样输入为 PLC 技术控制系统的最基本环节, 对系统运行结果起着关键作用。首先通过 CPU 扫描仪对作业面全面扫描, 将扫描所得数据依次记录并对应存储在 I/O 映像区内, 然后采集的数据会随机

6、的被传送到处理运行部分依次分析。在这一环节中所得的各类数据都是独立存在的, 不会因后续阶段的操作而改变, 因此需要对之前输入的数据准确性进行保证。3.2 程序执行环节PLC 技术在程序执行阶段主要是通过梯形图的方式按既定顺序来扫描用户, 扫描分为上下左右的逻辑计算过程, 之后将计算得到的信息收录到计算机中。此环节需要时刻确保各类数据输入的一致性, 防止系统获取错误的信息指令, 使系统运行发生问题。3.3 输出刷新环节通过程序执行环节就进入下一步的输出刷新环节, 该环节主要是对上一环节所得数据进行输出执行, 在煤矿机电系统中, 一般是通过上述信息来调整电路系统, 从而来调控机电设备。PLC 系统工作机理见图 1。图 1 PLC 系统工作机理图 下载原图4 煤矿机电系统 PLC 技术应用分析PLC 在煤矿机电系统中的应用是多方面的, 但一般是通过梯形图的方式来控制程序, 是一个逻辑计算并执行的循环过程, 操作线路简单, 维护难度较低, 可在不同子系统之间进行有效的切换。该技术能够及时的掌控各系统的运行状态, 从而进行调控, 例如时刻掌握机电系统是否温度过高、绞车系统是否失速等有效信息。一旦

7、发现机电系统正常运行以外的情况, 监控系统就会立即发出报警, 促使有关人员立即处理。不仅使机电系统的事故发生率明显的降低, PLC 监控系统还能刻录之前发生的所有事故及不正常故障信息, 这也为之后的煤矿机电系统的维修养护提供了有效的数据支持。采用 PLC 技术建立监控主站系统时, 一定要与原煤矿机电系统的原始设计方案相一致, 确保信息的准确无误。必要时可以直接将各机电设备与主控制器连接在一起, 对收集到的现场数据进行有效的分类, 奠定 PLC 技术的控制基础。主屏安装时必须合理的安排每一个传感器与电气设备的对接工作, 合理布局, 确保数据的安全性。为了保证煤矿警报系统更好的发挥其效率, 需要对原安全报警系统充分的改善, 从而保证救援活动的快速开展。由于煤矿机电系统采用梯形图的方式控制, 所以必须对控制系统的框架进行统一确定, 一般通过各传感装置及开关装置收集的信号由 PLC 输入端输入到控制系统中, 然后 CPU 对收集到的信号进行调整, 运行计算, 得出分析结果, PLC 机会将调整后的信息流通过控制外部的的继电保护器、控制开关、漏电保护器等装置对煤矿机电系统进行控制。仅以煤矿输送机

8、系统为例解释上述过程, 首先需要明确与主站连接的输送机系统中每个传感器要表达的数据类别。当输送机系统发生特殊情况后, 系统中的传感器会及时将收集到的数据通过从站控制箱传到 PLC 机进行数据的逻辑计算和分析处理, PLC 机将信息调整后, 通过机电系统中的报警器发出警报, 提醒相关人员进行避险和应急救援组进行抢修。有的煤矿安装较为先进的声光报警装置, 能够有效的缩短应急救援时间, 进一步降低了事故导致的损失。5 PLC 技术在煤矿各系统中的应用PLC 技术在煤矿机电系统的很多子系统中都有重要的作用, 确保各机电设备的各项运行数值处在正常可控的范围内, 使各设备安全平稳的工作, 以下介绍PLC 在几种煤电系统中的应用效果。5.1 绞车系统中的应用PLC 技术在煤矿绞车系统中的应用较为广泛, 增强了原有机电系统对绞车的管理控制能力。PLC 技术能够确保绞车机电系统运行中的各项参数保持正常, 可以通过收集的信息控制绞车的运行速度及运行方向。在控制绞车运行速率方面, 降低电器设备运行期间承受的冲击力时, PLC 机可以依据机械的运行频率分析出加速频率, 利用效率单元计算得到再生能力。将数据刷新

9、间隔时间固定在0.5s, 记录触碰开关在该时间段内的频率, 信息上传到 PLC 记录数据库中通过分析转化为数据输出, 从而控制绞车的运行速率。在控制绞车的运行方向方面, 绞车开关开启情况下, 记录一定时间内触碰开关敲击次数, 以 5s 为例, 安东开关合计发生 2 次变化。设定一个记录设备管控另外一个记录设备, 当绞车的上部位置接触到开关时会产生向上的推力将绞车推向上方。反之, 若启动开关仅发生 1 次变化, 绞车下部位置会接触开关得到向下的命令移向下方。另外, 当绞车处在超负荷条件下运行时, PLC 技术报警系统发出报警信号, 由显示装置提醒监察人员发生超负荷事故, 及时进行更正。5.2 井下风门监控系统中的应用风门作为煤矿井下主要巷道进行易爆及污染气体疏通及新鲜空气进行交换的重要通道, 肩负着重要的作用, 必须时刻处在可控的位置。在 PLC 未被引入道煤矿监测系统之前, 一般靠人力控制风门来调节井下通风情况, 受到井下负压的影响, 控制难度较大, 还可能造成风们的损坏。引入 PLC 控制系统之后, 可以根据红外线传感装置监测风门两侧巷道是否有车辆需要通过, 当发现有车辆需要通过时, PLC 控制主机向控制终端发送开启信号, 利用机械装置开启风门。PLC 技术的引用, 不仅增加了风门控制的安全性, 而且节省了人力, 实现了风门控制的自动化管理。PLC 监控系统还能有效的监测井下各类巷道中的空气环境情况, 如果某一巷道中集聚易爆或污染有害的气体, 系统会主动监测预警并及时调整各巷道风门闭合情况, 使有毒有害气体尽快排出。5.3 提升机系统中的应用煤矿提升机系统是煤矿生产运输中十分重要的子系统, 传统的提升机系统是由继电器及接触器等部件进行电力控制, 该控制方法效率较低且使用寿命很短, 不能实现提升机的自动化控制。利用 PLC 技术代替传统电控方式后, 提升机系统的控制精度明显提高, 通过提升机上的传感器系统可以时刻监测提升机运行状态, 倘若出现意外情况, 信息也能及时的反馈到控制中心进行分析处理。PLC技术的应用, 不仅保证了提升机系统的自动提速, 而且实现了其他多方面的控制, 如停车制动等。图 2 提升机 PLC 工作原理图 下载原图完善的监事控制系统保证了提升机运行的可靠性, 方便了现场操

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