煤矿井下生产系统中的PLC应用

高冲

摘要：PLC控制技术是一种广泛应用于工业生产各个领域的控制方法，它具有结构简单、性能可靠、抗干扰性强、使用规范、编程方便等众多优点，而正是由于这些优点使得PLC控制技术得到越来越多的认可，目前我国的煤矿相关设备，随着不断发展进步，朝着大型化、自动化、智能化方向发展。本文结合自己工作和考察，对一些井下设备中涉及到的PLC控制技术和相关控制原理的认识，对PLC控制技术在煤矿井下生产系统中应用的发展前景展望。

关键词：PLC控制技术  自动化  智能化

0 引言

我国是一个以煤为主要能源的国家，目前煤炭在能源消费结构中占70%以上，在今后相当长的一段时期内，煤炭仍将是我国能源的支柱产业，这是由我国的国情决定的。所以近年来我国实行煤炭行业的整改，随着整改以及行业的发展，煤矿设备也逐渐朝着自动化、大型化、智能化等方面发展。PLC控制技术在煤矿设备控制中扮演着举足轻重的作用。传统的煤矿设备控制多使用继电器-接触器来进行相关设备的控制，而这种控制方法可靠性差，故障率高，并且使用环境受限严重;而近年来不断发展的PLC控制技术具有结构简单、可靠性高、抗干扰能力强、使用方便等众多优点[1]，也正是由于PLC控制技术的众多优点使得该种控制技术在煤矿井下生产中的应用越来越广泛。

1 PLC概述

1.1 PLC控制技术的定义 PLC（Programmable Logic Controller）也就是可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部相关控制程序的存储，并执行相关的逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算数操作等面向用户的指令，并且通过数字或者模拟式的输入以及输出变量控制各种类型的机械或者生产过程[2]。而实际上PLC是一种用于生产设备控制的计算机，有电源、中央处理单元、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块等几个基本部分组成。通过各个模块之间的协调工作，按照用户已经写入的控制程序来执行相关的指令，并达到想要的控制目的。

1.2 PLC控制技术的工作原理 PLC控制技术的实现首先依赖于PLC中的硬件基础，首先是存储用户程序的EEPROM存储器，CMOS静态RAM或者EPROM存储器，此存储器可以使用紫外线擦出或者电改写方式修改用户程序。用户程序是可以修改的，同时也是PLC控制技术能够实现相应功能的基础，用户根据实际工作要求，使用计算机语言编写的程序，这部分程序可以根据用户要求进行创建、修改、编辑、编译等操作。另外在PLC中还有另外一种程序——系统程序，这列程序是不能改动的，一般存放在EPROM或者PROM中，用户不能访问，也不能修改[3]。

1.3 PLC控制技术的特点 ①使用方便，程序简单。在矿业中使用PLC控制技术中，大多使用梯形图，逻辑图等图形符号，这种表达方式和传统控制继电器控制电路非常接近，所以对于工程技术人员来说是非常容易接受的，并且PLC的生产研发周期相应的也会缩短。编程语言也是非常简单的，非常容易学习掌握，另外在控制过程中，多数功能实现自动化，并且设备的设计本身就非常人性化，控制操作简单方便易懂。②环保。这个方面可以有三个小的方面来体现：首先是PLC控制器体积比较小，这对于煤矿井下狭小的空间来说是非常关键的，能够节省空间便于控制;其次是PLC控制器比较轻便，重量小的能够在100g以下，能够在矿井下移动方便;另外就是PLC控制器实现控制的能耗较低，能够节约能源，响应绿色生产的号召。③灵敏度高，性能可靠。这方面的特点是由PLC控制器本身的设计制造决定的，PLC内部电路多采用抗干扰技术，并且生产的要求非常严格，使得PLC本身的工作性能非常可靠，抗干扰能力也非常强，另外结合不同的故障自我诊断保护，使得系统的可靠性进一步增强[4]。

2 PLC控制技术在矿井中的应用

2.1 PLC控制技术在煤矿矿井提升机中的应用 矿井的提升机是矿山重要的设备，肩负着煤矿，人员，相关设备的运输责任[5]。采用PLC控制技术控制的矿井提升机系统主要有：主控系统，调速系统，监控系统以及辅助控制系统等几部分组成[6]（如图1）。

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图1

对于PLC控制技术在提升机中的具体应用可以从提升机各个组成系统来说。

首先是主控系统，通过人为编写控制程序，能够通过PLC对矿井提升机进行手动，自动以及常规控制，并且还能够与保护系统和调速系统结合，使得在提升机运行过程中的减速，刹车，启动，运行以及过卷等情况进行合理控制。并且在此过程中多使用脉冲编码器，能够实现信息的数字控制，使得对提升机的控制更加精准，快捷。另外在这个系统中由于一方面需要计算机系统来进行控制，另一方面，为了和矿井整体控制系统相融合还设置了与矿井其他控制部分的接口。其次是监控系统，这部分有PLC和编码器组成，通过传感器等设备采集提升机的深度，速度等信息，将这部分信息作为PLC控制程序执行的辅助条件，一方面使得PLC对提升机的速度，深度等控制更加精准;另一方面也会输出其他操作信号或者保护信号。最后是安全保护系统，保护系统是由两部分PLC组成的，能够实现PLC的相互冗余。这部分通过PLC控制实现对提升机工作系统中出现的提升过卷、低压电源断电或者故障、通讯故障、深度显示故障、PLC编码器失效等多种故障进行相应的保护，确保提升机系统正常工作。

2.2 PLC控制技术在煤矿通风系统中的应用 通风系统的主要特点是工作环境复杂，需要采集的信息参数多，需要系统整体协调工作等。采用PLC控制技术对通风系统进行控制首先是通过PLC作为测控终端，通过相应的传感器测出通风系统的通风机工作分量、转速、工作压强通风进出口的温度、湿度、压强以及电机的相关参数，将这些信号转化为模拟或者数字信号，作为控制程序的参考对程序输出进行相应修正，使得系统输出合适的数据，确保通风系统正常工作，使得整个矿井通风良好。

2.3 PLC控制技术在煤矿井下排水系统的应用 由于PLC控制技术的可靠性和稳定性，使得其在现代矿井中的排水系统中的应用越来越广泛。PLC控制的排水系统工作首先是对矿井排水相关信息的采集，如：水位、水压、水泵流速、排水量、排水管路状况等信息，然后当所需信号满足排水要求，系统控制相关排水泵进行工作，并且控制排水管路上的相关阀体进行排水管路的疏通以及信号检测。在系统进行监控的过程中如果出现系统故障，可以根据选择系统控制备用泵的选用，确保系统正常工作，及时进行井下排水作业。

另外在煤矿井下的采煤机，巷道的掘进设备以及井下的通信系统，安全监控系统等众多系统都应用到了PLC控制技术，同时，PLC控制技术工作的稳定性、可靠性也确保了井下各个系统的正常运行。

3 结语

从目前国内计算机水平的发展来看，PLC硬件以及可编程技术朝着运算速度加快，容量增加，智能化进一步提高方向发展，这就使得PLC控制技术的应用性进一步增强。并且PLC控制系统依然保持着工作性能稳定可靠的特点，而对于目前煤矿行业安全性要求越来越严格的形式来说，无疑应用PLC进行煤矿大型设备的控制进行安全生产是非常合适的选择。未来，PLC控制技术的稳定性和可靠性会进一步增强，在煤矿设备控制应用中会进一步增强，使得煤矿设备的操作更加便捷人性化，工作更加智能化，系统工作稳定可靠。另一方面PLC控制技术的发展还推动着煤矿整体生产系统的计算机网络化，大量可编程器的加入使得煤矿各个系统相容性增强，便于系统化。总之，PLC控制技术在煤矿井下生产系统中的应用会越来越广泛，也会发挥着越来越重要的作用。

参考文献：

[1]林小峰.可编程控制器原理及应用[M].北京：高等教育出版社，1994.

[2]田瑞庭.可编程控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，1994.

[3]冠英.P比在矿井提升信号系统中的应用[J].煤炭技术，2004（1）.

[4]莫卫东.VisualBasic6.0高级编程技巧——窗口、菜单篇[M].西安：西安交通大学出版社，1999.

[5]石磊.PLC在TKD-A系列矿井提升机电控系统改造中的应

用[J].煤矿机械，2009.

[6]梁南丁，矿井提升机电控系统的技术改造[J].矿山机械，2006（11）：75-77.