PLC技术在矿山机电控制中的应用研究

摘要：PLC是指可编程序控制器，是一种自动化控制设备。这种控制器因模块化组合结构的采用而使系统组合变得灵活、方便。能够有效地抵抗干扰，非常可靠，程序编辑的语言简单、便捷，能够在线修改等这些优点使PLC越来越多的被使用到矿山机电控制中。传统的继电器控制已经不能够满足近几年煤矿现代化发展的进程了，PLC被越来越多地使用到矿山机电控制中，使得矿山机电设备的自动化程度越来越高，取得更好的经济方面的效益。

关键词：PLC技术；矿山机电控制；应用实例

随着我国经济技术的不断发展，矿山机电设备自动化水平也越来越高，传统的继电器控制已经不能够满足这种自动化的发展需求了，PLC这种具有良好经济效益的自动化控制设备更好地适应了这种现代化的发展趋势，因此PLC被广泛的使用。本文主要论述了PLC技术在矿山机电控制中的应用。

1.PLC的基本组成部分

中央处理器（CPU）、接口、电源、存储器和外部设备编程器是PLC的基本组成部分，其中接口主要是指输入、输出、外部设备和扩展等所需要用到的接口[1]。PLC的内部的各个组成部分主要一些总线来进行连接，比如电源总线、控制总线、数据总线等，外部的控制装置要根据实际控制对象的需要来进行配备。PLC从结构方面来划分，可以分为固定式PLC和模块式PLC两种，固定式PLC主要是指中央处理器、电源等组成部分是一个整体，不能够拆卸，模块式PLC顾名思义就是指这些组成部分是以模块的形式组合在一起的，能够按照规则来进行拆卸并重新配置。

2.PLC的优点

PLC是利用数字运算来操作的电子系统，它的设计适应了工业环境下的应用。PLC能够利用可编程序的存储器存储各种操作命令，比如运算指令、控制指令、定时指令等，然后将这些指令通过数字、模拟的输入或者输出实现对机械或者生产过程的控制[2]。

模块化PLC能够重新组合配置的特点，使得系统能够非常灵活、方便的进行组合，而且PLC能够抵抗干扰，编程需要的语言非常简单、方便，可以及时进行修改等这些优点，使PLC在各行各业的控制系统中被广泛的使用。近几年，煤矿的现代化发展脚步不断加快，这就要求矿山机电设备必须要有越来越高的自动化水平，可编程控制器与传统的继电器控制相比更具优势，更能够适应机电设备自动化的发展需求。

3.PLC技术在矿山机电控制中的应用研究

3.1.利用PLC技术对矿山老旧提升机进行改造

将矿山老旧提升机改造的可行之法是保留提升机的机械和主机部分，将矿山老旧提升机原来传统的继电器控制运用大功率晶匣管变流器和可编程控制器来进行改造。主要的步骤有：第一步，将原来的操作台的位置空出来以方面新操作台的安装，将原操作台放置到别的地方，在新操作台安装和检测期间暂时使用原来的系统在原操作台进行控制；第二步，为了实现新系统和老系统之间的转换，可以将新系统和旧系统的转换刀闸安装到电枢回路上。提升机中的系统润滑油泵控制中新系统和老系统的切换可以利用多路航空插头来实现，在新系统调试期间，老系统可以与新系统并存，相互成为对方的备用系统[3]。新系统调试完成之后可以拆除老系统，如有必要也可以保留；第三步，对新系统的质量在安装的过程中要严格控制，安装过程中，安装人员要选择在未来要对新系统负责维修的人员来进行，而且要求安装人员具有熟练的技术。安装人员可以在新系统的安装和调试过程中积累经验，使自己将来在新系统的维护和维修工作中能够更加游刃有余；第四步，采用电控监测的方式对井筒位置开关、行程、机械润滑系统进行检测，可以缩短新系统调试所需的时间。新系统安装完成后，要对传感器进行在线送电的测验，要核对测验中的参数与实际的参数是否对应。老系统在持续提升运行的过程中，每一部分都要利用计算机来进行检测，尽可能的实现新老系统之间的一次性无误切换；第五步，完成装卸系统的再线调试后，利用新来系统混合控制的方式对装卸载和提升信号系统进行测验，老系统控制装卸系统，新系统控制提升机装卸站，尽量做到测试仅需一次性的投入就实现成功，这样就减少了新系统全部调试完成的工作量[4]；第六步，在传动回路中，变环系统的稳定性受到电流、速度、位置闭环的直接影响，这三个闭环正确则变环系统更加稳定。对对这三个闭环需要每天进行两个小时的检修，可以利用这段时间利用编码器输出试验和电枢回路电流环控制试验对各参数的响应进行确定，为全系统空载和全系统重载的测试创造条件；第七步，利用全矿井机电设备停产检修的两天时间对全系统空载进行试运行，将速度利用几次提速实验达到设定的标准值。全系统的重栽试验要等到整个系统运行正常之后才能进行，完成重载试验后就标志着矿山老旧提升机实现了全自动的控制改造。

3.2.实现井下风门自动启闭的分析

大多数情况下，井下的风门都是靠人工来实现启闭的。较大的负重和较大风门操作力，一定程度上给风门的开启和关闭带来了不方便，另外还可能会对风门造成损坏。由于井下风门有着不同于其他系统的特性，可以利用红外传感器检测过往车辆的形态，在这个基础上运用可编程控制器来对进行风门的自动启闭实现控制，这种自动启闭既节省了人力、保护了风门，也在一定程度上加强了对车辆和行人安全的保障。实现井下风门自动启闭最关键的是要考虑到风门两侧的气压的不同，这就导致了压强的形成，一般情况下要开启风门需要三十到五十千克的开启压力，一旦风门开启了一个缝隙之后，风门开启所需要的压力就会迅速下降，一般为五千克左右。通过这种情况可以看出，要减小风门开启的压力，可以在风门上设置一个窗口。由于窗口面积比风门小很多，窗口开启需要的开启压力也要比风门开启时的压力小很多，小窗口的开启能够迅速改变风门两侧的气压，使气压几乎消失了，这时再开启风门就会减小开启压力[5]。

利用可编程控制器自动启闭井下风门的工作原理是：井下风门需要开启时，二位五通双控电磁阀接收到需要开启的控制信号，电磁阀打到供气的位置，通过活塞的运动，将行走部分向外带动，这时会首先打开风门上的小窗。当小窗的开启到风门为30°夹角的时候，小窗在固定销挡的作用下停止开启，行走部分在活塞运动的带动下继续向外运动，这样便完成了风门的开启[6]。风门两侧的气压在小窗开启之后差值迅速变小，两侧气压几乎趋于相同，这时开启风门会非常容易。风门达到90°角之后就完成了开启的过程，这时车辆和行人便可以安全通行。风门需要关闭的时候，采用同样的步骤，控制信号使二位五通双控电磁阀换方向，将压气运动到气缸相反的一方，活塞带动行走部分行动，先关闭小窗，一直到风门完全关闭。

3.3.分析PLC在空气压缩机群微机监控系统的应用

空气压缩机群微机监控系统采用了可编程控制器之后，比之前采用单片机或工业控制机更加先进有效，使空气压缩机群微机监控系统数据测试更加准确，同时增强了整个机体的抗干扰能力，使得空气压缩机的运转能够更加的安全。

煤矿生产所需的动力设备中，空气压缩机是其中非常重要的一个。目前在煤矿生产中使用的空气压缩机，很大一部分都是采用继电器来控制的，达不到《煤矿安全规程》中规定的空气压缩机安全运行标准，从而导致了容易发生故障。维护工作量大等问题。也有一些矿井采用了自动控制及微机控制的空气压缩机，但是由于空气压缩机机型和一些维护措施不能适应空气压缩机工作的特殊环境，避免不了安装不久就难以正常使用的情况。采用可编程控制器的新型空气压缩机群组微机控制系统，利用温度、压力变送器和断水装置对现场信息进行采集，再由可编程控制器进行处理，通过传感器将设备的工作状态和参数值实时显示到数显示仪表上。

3.4.分析PLC在选煤厂集控系统中的应用

兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿选煤厂的控制系统是可编程控制器系统和上位机监控向配合。

该厂原来的控制站有调度室、煤焦控制室和压滤车间，调度室负责沉降离心脱水系统、跳汰系统、捞坑系统，原煤集控室负责原煤系统的重介选矸系统、筛分系统，储运集控室负责储装运系统。这三个控制室之间有着互不关联的、独立的可编程控制器主机，各个控制室之间互不沟通，采用的控制主机的版本也不一样。通过改造，将该厂的控制系统改为两个，一个为新集控系统，一个为原煤车间，两个控制系统只有在上位机可以相互访问，不实现直接的通讯。

3.5.下运胶带机中KZP型盘式可控制动装置的应用

KZP型盘式可控制动装置是一种机电液一体化设备。闸瓦和制动盘摩擦产生的力，就是盘式可控制东装置的制动力。要改变改变可控制动装置的制动力，可以通过闸瓦对制动盘正压力的调节来实现，而正压力和制动油压成正比，也就同时调节了液压系统的控制油压[7]。

“可控”是KZP型盘式可控制动装置的主要特点，电动机转速和胶带的转速可以通过主驱动电机输出轴和胶带输送机上的传感器来读取。当读取的速度比设定值大时，KZP型盘式可控制动装置需要减少制度系统的油压，可以通过减少对制动闸液压比例阀的供电来实现这个目的，为胶带减少速度；反之，如果读取的数值小于设定值，则增大供电流，加大制动系统油压，保障胶带正常速度运转[8]。

4.总结

通过上述这些PLC实际应用的列举，说明PLC技术已经在矿山机电控制中有了广泛的使用，在对矿山机电设备进行改造的过程中PLC具有巨大的优势，也对未来的矿山机电控制发展和煤矿自动化的发展具有重大的意义。

参考文献：

[1]柏正果，兰正彦.可编程控制器在矿山机电控制中应用分析[J].科协论坛（下半月），2010，03（09）：19-24.

[2]蒋宏民，王正友.PLC技术在我国矿井交流提升系统中的应用研究[J].冶金矿山设计与建设，2010，12（11）：11-13.

[3]张楠，赵嘉博.我国煤矿机电设备变频技术的应用现状[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2011，23（14）：19-26.

[4]叶予光，梁南丁.矿井交流提升系统中可编程控制器电控系统的应用与研究[J].中国新技术新产品，2011，23（19）：29-34.

作者简介：于振飞（1983.11-），男，籍贯：山西省朔州市，现职称：工程师，学历：本科，研究方向：自动化控制。