PLC在煤矿设备自动控制系统中的应用

2020-07-07张黎明

机械管理开发 2020年5期

张黎明

（山西煤炭运销集团太原有限公司，山西太原 030000）

引言

随着国家生产力的不断进步，煤矿机械的自动化程度不断提高，煤炭开采效率也逐渐升高，这一切都与电气自动化控制系统的引入密不可分[1-2]。在煤矿井下的生产工程中，比如综采三机的集中控制，瓦斯含量的监测，风机与水泵等的控制都已经达到了较高的自动化程度，尤其是PLC控制器的应用，极大地简化了煤矿开采工作的流程，在提高工作效率的同时还增加了控制的精确度，提高了一定的安全性[3-4]。

1 PLC在主排水泵系统中的应用

PLC是一种可编程控制器，具有数字运算的操作系统，普遍应用于各个工程控制领域，系统设有手动、半自动与自动三种控制方式，人工控制技术逐渐被PLC自动控制所替代[5-6]。相对于继电器控制，具有体积小、可靠性高、计算处理能力强、抗干扰等优势，因此PLC控制系统在煤矿中的应用广泛，PLC在主水泵控制系统中的控制对象是水位的高低，系统通过检测水位变化以及压力的变化，来控制水泵的轮换工作，当水位超过预定值时，系统发出报警信号，从而实现自动监控的功能，保证井下工作安全。水泵的控制原理图如图1所示。

控制主要系统由CPU模块、数字量与模拟量输入输出模块和触摸屏等组成，与上位机之间采用工业以太网的方式实现通信。控制系统实现了主水泵的四个功能，包括控制功能、显示功能、报警功能与信息存储功能。控制功能是指水泵在无人看守的情况下，系统通过对井下水位与水压的检测，来实现对水位安全有效的调控，并且上位机可通过以太网的方式实现指令的输入，完成对系统的操作。显示功能是指系统通过触摸屏将井下的水位、压力值、温度与泵机工作情况显示出来，工作人员结合井下实际情况通过触摸屏输入指令，实现系统控制。报警功能是指当井下水位或者其他工作参数超过系统限定值时，系统会向操作台及井上的上位机发出报警信号，保证工作人员及时处理维修。信息存储功能是指系统可记录泵机的工作运行记录，以及工人的操作过程。

在控制系统软件程序编辑方面采用西门子公司生产的STEP7软件，具有人性化的操作界面，可采用梯形图进行程序编写，具有简单直观的优点[7-8]。软件带有自检测功能，避免了人为操作失误导致对机器的破坏。

图1 水泵控制原理图

2 PLC在带式输送机上的应用

相对于传统继电器技术，PLC技术应用于带式输送机，具有体积小、速度快、稳定性强等优点，并具备了很高的扩展性，工作方式灵活，因此PLC技术已经成为了皮带机控制系统的关键技术之一。PLC控制系统需要迎合带式输送机工作方式的转换，对皮带机的运行状况进行检测，并控制驱动电机的启动、停止和运行速度的改变。PLC对皮带机实时监控，当皮带机发生故障时，系统根据判断出的监控类型，发出故障警报，做紧急处理。PLC控制器通过网络通信端口可与控制中心实现信息与指令的快速传输，方便对煤矿生产工作面的统一调度。

皮带机控制系统的结构如下页图2所示，主要由PLC编程控制器、变频器、电机等仪器组成，采用单电机驱动的方式，通过减速器进行减速增矩，带动驱动滚筒转动。设备在运行时，PLC控制器通过以太网实现与上位机之间的网络通信，工作人员向系统输入一个皮带机运行速度的值，传感器将实际运行速度与设定速度比较，系统计算得到电机的输出转速，通过控制变频器的输出频率改变电机的转速，从而实现闭环控制，减小系统误差。

图2 带式输送机控制系统结构图

系统工作时主程序流程图如图3所示，系统在运行前，要利用软件对设备进行检验，当设备无故障后，系统启动运行。主程序主要由软件自检子程序、变频驱动子程序、故障预警子程序等组成。皮带机装有张紧装置与防撕裂装置，在变频驱动子程序运行前，应对皮带机进行动作保护处理。系统设有各个传感器组，包括速度传感器、温度传感器、跑偏传感器等，故障预警子程序负责检测设备运行状况，当某一状态量超过阙值时，报警装置启动。控制系统与上位机之间采用以太网的方式进行通讯，调度室可通过组态画面直观地了解设备运行状态，保障生产设备统一调度的协调性。

3 PLC在提升机上的应用

图3 带式输送机主程序流程图

矿用提升机是煤矿生产过程中十分重要的设备，主要由驱动器、传动结构、卷绕器与制动装置等结构组成，其中影响煤矿提升机安全性的主要因素之一是控制系统的稳定性。PLC作为一种专门应用于工业现场控制的计算机技术，具有可靠性高、编程简单等优点，将PLC技术应用于提升机，将提高设备运行的安全性，降低维护成本，减小运行功耗，提高生产率。随着PLC技术的发展，控制器扩展模块不断增加，系统功能不断丰富，增设了网络通信端口，实现了数据的快速稳定传输，更加满足了提升机在工作中的监控需求。

基于PLC技术的提升机变频调速控制原理图如图4所示，系统由PLC控制器、变频器、操作台、触摸屏与编码器等传感器组成。控制系统作为提升机的核心之一，通过操作台发送各种指令，可以设定提升机的工作方式，实现提升机的启动与停止、上升与下降、加速与减速等的状态切换。编码器是系统传感器组的组成之一，负责检测电机的输出转速，通过减速器的传动比换算，系统可得到提升机的运行速度，PLC通过变频器改变电机输入频率，最终控制提升机的运行速度达到设定值。触摸屏作为设备与工作人员之间的桥梁，负责将系统监测到的工作参数通过组态画面的形式呈现出来。