PLC技术在煤矿提升机上的应用探析

2020-07-07彭勇鑫

机械管理开发 2020年5期

彭勇鑫

（大同煤矿集团忻州窑大型设备队，山西大同 037021）

引言

当前煤矿开采深度在不断增加，开采强度也在持续增强，给煤矿提升机的工作质量和效率提出了更高的要求，但是从当前提升机实际运行情况来看，其在很多方面有着较大的提升空间。而通过将PLC技术应用到其中，对于提升煤矿提升机的智能化水平有着非常重要的作用。因此，对PLC技术在煤矿提升机上的应用进行分析有着较为重要的意义。

1 PLC技术在煤矿提升机上的应用原理

PLC技术为微型计算机，能够自动控制生产工作，完成工业生产控制的微处理工作，收集并判断外部信息，给出正确的设备传输信号并执行规定动作。随着科技的飞速发展，在工业中使用PLC技术的环境也逐渐完善。在煤矿提升机中使用PLC技术有一定的优点，控制系统可以描绘出自主设定且执行命令时的工作曲线，还可以显示提升总次数、速度等有关信息。当提升机系统发生故障时可以通过声音进行警报。PLC技术使用到煤矿提升机系统的电气控制如图1。煤矿提升机凭PLC技术可以实现微处理，收集外界信息进行逻辑判断，从而对不同设备发出正确的指令，以此来提升煤矿提升机的工作效率。

2 煤矿提升机的主要构成

2.1 煤矿提升机控制系统结构

煤矿提升机包括以下部分：电气控制系统、润滑系统、传动设备、液压系统、井筒运转、稳罐装置。电气控制系统是煤矿提升机的重要部分，是提升机系统的“中枢神经”，即提升机控制系统。提升机控制系统组成复杂，其包括众多子系统。提升机控制系统的子系统有：PLC控制系统、信号系统、上位机监控系统、高压、低压回路、直流回路、调节回路等。如今，随着PLC技术的快速发展，提升机控制系统在机械与电气等方面都有明显的进步[1-2]。可编程控制器的使用又提升了煤矿提升机系统的自动控制程度。使用PLC技术的可编程控制器提高了提升机系统的自动化和安全可靠性，也使煤矿工作更加安全。

图1 基于PLC的煤矿提升机电气控制原理图

2.2 煤矿提升机PLC系统功能

使用PLC技术控制煤矿提升机具有体积小、较可靠、速度快且抗干扰等特点，并且还有较好的灵活性和可扩展性。倘若需要调整运行方式仅仅需要简单地调整程序，此种方式极为方便，这也是继电器控制系统不能达到的。如今PLC技术在工业自动化中占据主要地位，这体现出煤矿先进的电控技术能力，依据煤矿提升机控制系统的标准，使用的PLC控制系统应拥有下列功能：

1）系统可以依据详细的工作种类与具体的操作方法等产生速度曲线，来绘制罐笼工作的准S曲线。

2）实时监测并控制罐笼的区域和速度等信息数据，使罐笼依据提前设定区域的在准S的速度下工作，以此来实现罐笼的半自动增减速等，且可以用数字或直线来显示罐笼的工作位置。

3）对提升机系统进行持续的监测，依据系统真实的故障情况做出正确的处理，拉响故障警报显示出现故障的类型与区域等。

4）与上位机、C30等进行信息沟通，同时对不同步骤的信息进行输送、处理。提升机PLC系统控制回路使用的是先进的PLC技术，而非传统的继电器技术，PLC是如今主流的工业计算机，拥有较强的微处理水平，收集外部信息、进行计算后再输送给不同执行元件，以此来对煤矿提升机进行自动控制。

3 PLC技术在煤矿提升机上的具体应用

3.1 在硬件设计中的应用

硬件设备是煤矿提升机系统的基本，使用PLC技术的提升机系统在设计硬件时应遵循下列标准：

1）在功能方面应实时储存信息，传感器应实时记录提升机系统在工作时的有关信息，且控制器可以在检测到故障后及时发出警报，并记录报警的具体数据。此项功能可以更好地保证提升机控制系统的平稳工作。

2）页面设计与操作时应保持友好，提升机系统应拥有友好的人机互动界面，人机界面在设计时应给予使用者方便、易懂的操作平台，提高工作人员的使用体验。并且控制系统还可以自主判断工作故障并实时查询信息，可以依据使用者的数据设定执行固定的动作。

3）保持网络通信的稳定，提升机的监控系统能够保证控制系统的平稳工作，其担负着PLC与其他设备的信息交流，可以准确捕捉信息，传递信息。监控系统可在使用者的设定下，进行多屏远程的互动。

4）提升工作的安全性，煤矿提升机的工作环境较为恶劣，所以提升机系统的安全对煤矿企业来说也极为重要。在设计时应保证提升机系统所有的传感器、元件不会互相产生干扰，监控系统应具备自诊的能力。图2是PLC技术控制系统硬件设计原理图。

3.2 在系统总体设计中的应用

PLC是提升机控制系统的中心。PLC可以接受上位机的指示，并在接到指令后依据提前输入的程序进行计算与处理工作，之后再输出信号来控制其他设备。使用PLC技术的煤矿提升机系统应具备信息收集功能，此系统收集的信息有现场数字输入信息与模拟量输入信息。其中现场数字输入信息有系统的工作方式、返回信号、开关的控制信号、提升机工作返回信号等。模拟量输入信号有油温、电压、偏摆值等信号。使用PLC的提升机系统会把收集的数字量信号与模拟量信号输送至数字量输入板块与模拟量输入板块，PLC的CPU会在全部的震荡周期内扫描输入板块的信息，收集到信息后再读取信息。PLC读取到信息后会传递给CPU，CPU依据提前设定的程序对信号进行逻辑分析与处理，且发出指示。PLC输出信号时，PLC的数字量输出板块中会通过24 V的脉冲信号驱动继电器的线圈，后发出信号。PLC系统的CPU有两个位于两端的接口，为以太网接口和PROFIBUS接口，以太网接口连接网络交换机；PROFIBUS接口与变频器连接。PLC的硬件系统有：CPU处理器、上位机、信号收集与信息执行等。使用PLC技术的控制系统有下列作用：

1）系统通过以太网接口与外部系统进行网络连接，使得外部系统可以远程控制PLC控制系统，进行远程的数据设定。

2）PLC控制系统通过PROFIBUS接口与变频器连接，从变频器中收集信息。

3）对系统的信息进行储存并发出警报。

4）PLC系统的上位机可以显示全部机器的工作信息、故障情况等。

5）PLC系统拥有故障自诊断的功能，预测隐患或故障，并发出警报。

图2 PLC技术控制系统硬件设计原理图

3.3 在输入输出点的统计以及地址分配中的应用

使用PLC技术的系统可以统计输入输出点。输入输出点是PLC使用输入板块收集信息与输出板块发出的控制设备的信号。PLC控制系统在工作时，硬件设备会返回工作运行状态的具体结果。PCL系统收集硬件设备结果值时，系统的电路会在开关量变化时，及时切除24 V的脉冲信号，系统的DI板块也会感受到信号的改变。提升机的开、关、工作，传感超限、警报信号、灯光报警等都是PLC系统的数字量信号。当PLC控制系统需控制机器开关时，PLC的DO板块会发出24 V的脉冲信号，后驱动继电器的线圈接触触点，从而实现对机器的控制[3-4]。