PLC控制在矿山电气控制中的应用

杨成

摘 要：详细探讨了PLC控制系统在矿山电气控制中的应用，以期为相关单位的需要提供参考和借鉴。

关键词：PLC控制系统；矿山；电气控制；不间断电源

中图分类号：TD63 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.156

随着我国自动化控制技术的快速发展，PLC控制技术已成为自动化控制领域中极为重要的控制技术之一，被广泛应用于矿山机电设备的控制之中。为了提升PLC技术的应用水平，本文就PLC控制系统在矿山电气控制中的应用进行了探讨。

1 PLC控制技术

1.1 PLC控制系统的组成

PLC控制系统是一种可进行数字运算的电子系统，主要通过可编程控制器实现对各类生产设备的自动化控制。PLC控制系统能取代原有的继电器，实现对机电设备的控制。该系统主要包括扩展接口、电源模块、CPU、输出和输入接口，各部分之间通过数据总线、电源线连接。

PLC控制系统的结构分为模块式和固定式两种。模块式PLC控制系统包括电源、CPU、I/O模块和机架，而固定式PLC控制系统由CPU板、内存块、显示面板和I/O板组成。

1.2 PLC控制系统的工作原理

PLC控制系统的工作流程包括输入采样、执行、输出和刷新。其中，输入采样是基本环节，也是影响PLC控制系统工作效率的关键环节，在运行过程中，PLC控制系统会自动扫描数据，并将采集到的数据输入系统内部单元，新输入的数据不会影响其他数据；系统完成数据采集后会进入执行阶段，开启梯形图模式扫描用户程序，扫描顺序分为从左到右和从上到下两种，并采用新逻辑结果代替计算机系统中的旧逻辑结果，系统的控制命令与逻辑结果中的指令是对应的，因此，应确保采集到的数据保持不变；在输出和刷新阶段，系统会储存控制数据，并通过输出电流达到高效控制电气设备的目的。

1.3 PLC控制系统的优势

PLC控制技术具有良好的扩展性，可根据实际生产需求进行系统扩展。比如，PLC控制系统的结构采用模块化设计后，所有模块均可带电插拔，具有维护快捷、更换方便的特点；PLC控制系统采用不间断电源（UPS）供电模式后，能保证内部数据参数的安全性，从而提高了系统运行的稳定性。此外，PLC控制系统还具有在线编辑功能，可根据工艺流程的变化对设备的启动顺序进行调整和优化。

2 PLC控制系统在矿山电气设备中的应用

2.1 PLC控制系统在提升机中的应用

对于PLC控制系统在提升机中的应用，主要是与大功率晶闸管变流器的组合，取代原有的继电器控制装置，从而使提升机具备全载全自动功能。具体应用流程分以下3个阶段：①保留原有的直流主电机和提升机，并确保旧提升机运行正常；去除原有的操作台，设立新的操作台，调整电枢回路，增加转换刀闸；新、旧控制系统的切换由多路航空插头完成，从而有效控制提升机制动系统的润滑油泵；新控制系统在调试阶段的稳定性较差，为了确保生产的顺利进行，工作人员需要借助旧控制系统辅助生产。此外，在某些情况下，旧控制系统可能需要被永久留用。②旧控制系统的改造、安装和调试工作由维护人员负责，从而实现对安装质量的整体控制。在安装过程中，管理人员应开展实时电控监测，尤其要注意井筒位置的开关和不同机械润滑制动系统的运行状态，从而在确保工程质量的基础上，缩短新控制系统的调试时间；传感器的监测和校准可通过在线送电的方式测试，但要保证各个测量参数具有真实性；检测提升机提升时各部件的运行状态，以实现一次性无误切换；利用PLC控制系统对装卸载系统进行在线调试，并与旧控制系统同时进行提升信号的控制工作，从而减少调试人员的工作量；确定动态响应参数，并根据参数完成新控制系统的空载和重载运行测试工作，以确保动态试验传统回路中闭环系统的稳定性。③矿井机电设备全部停机，启动全系统空载试运行模式，试运行时间一般为2 h；确保系统空载运行稳定后，启动装载试运行模式，最终完成提升机的改造工作，实现全载、全自动提升的目标。

2.2 PLC控制系统在胶带机中的应用

胶带机是矿井生产运输系统中的重要设备之一，一般采用电机+耦合器的方式驱动。而引入智能变频器后，提升了该设备的运行效率。但变频器并未发挥最大的节能功效，如果胶带机运输的物品只有煤矸，则相当于处于空载状态。此时，如果设备仍处于全速运转状态，则会浪费较多的电力资源。为了减少电力资源的浪费，可在胶带机中加入PLC控制系统，并将控制网通信模块并入ControlNet环网，从而实现对地面调度系统的全面信息化连接。以1756系列PLC控制系统为例，该系统具有可扩展性，增加功能模块后可控制变频器的输出功率，从而使变频器实现动态变频，达到节约电力资源的目的。具体操作步骤如下。

2.2.1 系统设计

采用PLC控制系统后，可通过ControlNet环网实现不同PLC控制器间的通讯，还可在本地PLC控制器上读取胶带机前级设备的相关信息，从而可确定本地系统的输出电流，合理调节变频器的频率，改变本地胶带机的运行速度。此外，还可利用监测设备实时监测变频器的电流，从而确保多台胶带机电机功率的平衡。

2.2.2 远程通讯的实现

在系统中添加配套的通讯模块后，可获取通讯目标的地址和通讯路径。在系统程序中添加的模块为远程CNB通讯模块，控制系统利用该模块可找到与本地系统在同一个机架上的另一个PLC控制系统，从而在程序中建立通讯专用的MSG指令；可在本地PLC控制器中建立标签，并将读取到的数据储存在标签中。

2.2.3 变频器的调节

为了控制变频器的频率，需要由PLC控制器提供4～20 mA的电流信号。具体而言，应在本地PLC控制器中添加模拟量输出模块，并设置相应的参数，从而使其输出的电流为4～20 mA，频率为0～50 Hz；改变变频器的设置，将“给定速度”更换为“AnalogInput模拟量输入”，从而调节输入精度；利用屏蔽双绞线连接PLC控制器中的模块、变频器，实现在线校准。此外，在连接双绞线时，工作人员应做好接地工作，以消除变频器对传输信号的干扰。

2.2.4 胶带机的动态调速

工作人员可将变频器的模式设置为轻载和重载两种，通过ControlNet读取本地胶带机前级电机的信息，并将电机的电流设置为50～80 A。如果前级电机的电流为50～60 A，且能持续2 min，则系统将认定胶带机处于轻载状态，此时，可将本地电机的频率调整为25 Hz，并将其运行速度控制在2.4 m/s；如果前级电机的电流超过了60 A，且持续时间超过了5 min时，则本地系统将认定胶带机处于重载状态，此时，应调整PLC控制模拟量输出模块的频率，并使变频器的频率以1 Hz/s的速度递增，直至50 Hz后，胶带机将以4.8 m/s的速度运行。

2.3 其他应用

PLC控制系统还可应用于井下风门和选矿中。矿山井下风门两侧的空气压力不等，压力差会对风门的开启造成很大的影响，为了解决该问题，研究人员利用气缸转动产生的带动作用开启发风门，并利用小风窗解决了风门两侧压力差大的问题；选矿是采矿作业中必不可少的环节之一，选矿工艺的水平主要由磨矿分级作业的质量决定，磨矿分级的自动化控制主要通过功率变送器完成，通过检测磨机运行期间的电流，可调整磨机的工作状态，这样不仅能使系统具有自我诊断功能和校正功能，还能为磨砂效率的检测提供合理参考依据。

3 结束语

综上所述，PLC控制技术在我国煤矿机电设备的控制系统中得到了广泛应用。因此，为了进一步提升PLC控制系统的应用水平，相关工作人员应采取相应的措施提升该系统的运行效率。

参考文献

[1]黄俊亮.浅析矿山电气中PLC控制技术的实际运用[J].科技创新与应用，2015（29）.

[2]聂少莉.浅谈PLC控制技术在煤矿中的应用[J].科技创新与应用，2012（07）.

〔编辑：张思楠〕