PLC 技术在矿山机电控制中的应用研究

王福新，冯绍玉

（山东信力工矿安全检测有限公司，山东 济宁 273500）

随着矿山资源需求的逐渐增加，不仅要加强对各类矿石资源的勘探，更需要优化开发技术，提升对矿产资源利用的充分性，为此需要提升对矿山的开采效率。针对矿山的机电控制，可以使用PLC 技术进行控制工作的优化，替代传统的机电控制模式，从而提升矿山机电系统稳定性，解决过去机电系统在功能上的不足，推动提升对矿山的开发水平。

1 PLC 技术概述

1.1 PLC 技术内涵

PLC 的全称是“可编程逻辑控制器”，是一种具备编程功能的逻辑控制储存器，是广泛应用于工业自动化领域的控制技术。能够根据用户输入的数据进行逻辑运算、机械定时，输出控制指令，完成对机械设备的控制。PLC 采用可编程的数字逻辑电路，包括储存器、CPU、I/O、编程器、控制器等模块，还可以根据需求增加其他模块，所以具有灵活性强、可编程性好、可扩展性高等特点，能快速完成运算和分析，实现对机电系统的有效控制。

图1 PLC 常见结构

1.2 PLC 技术特性

（1）逻辑处理速度快。PLC 可以高速完成逻辑处理，快速响应输入信号并完成逻辑判断和控制输出，每秒可以完成对成百上千条数据信息的处理，在短时间内完成对对数据的采样、量化和编码。使得PLC 技术在矿山机电控制中能够实现实时的监测和控制，而且PLC 也可以通过网络和云服务系统取得联系，由云服务系统快速完成数据计算，完成复杂的数据分析工作，确保设备的稳定运行和生产过程的顺利进行。

（2）安全配置高。PLC 主要包括控制电路和内部储存系统，提供了丰富的安全配置功能，运行过程中处于隔离工作模式，能够保障矿山机电控制系统的安全性。例如，PLC 的CPU 在运行过程中不会受到外界干扰，可以实现输入和输出的电气隔离，防止干扰和电气故障引起的意外事故。根据需要，PLC 系统还支持安全功能模块，如紧急停止、安全门监控等，确保矿山设备和操作人员的安全。PLC 在运行过程中，会进行温度监控，保持设备处于50℃以下的温度，而且能够在运行中监控数据信息的动态变化，如果发现温度过高，PLC 便不再工作，根据需要PLC 也能重启。

（3）操作灵活度大。PLC 技术具有较高的灵活性，能根据功能需求进行设备配置，安装不同模块以及编写程序。PLC 主要利用集成控制电路板和二极管数据块等组件，部分模块可以直接通过制造商定制，满足安装和控制的需求。系统安装过程中，PLC 使用了一次性连接模式，每个原始串联模块都有固定的端口连接，还可以使用通用安装器简化安装过程。同时，PLC 可以使用的编程语言也比较丰富，让工程师能够根据实际需求进行灵活的逻辑控制设计，但是目前一般使用C 语言进行编程，可以减少内存占用，适应不同的工作场景和变化的控制需求。

2 PLC 技术在矿山机电控制系统中的应用优势

2.1 运行可靠性高

矿山开采作业中，所处的环境具有很高的复杂性，并且开采过程中周围的环境会不断变化，会受到地形、地势等条件的影响，很多矿山内部还具有比较独特的地理特征。所以，矿山开采工作的具有比较高的风险，对设备可靠性要求比较高，为了保证顺利进行，系统能快速根据周围环境状况完成决策，实现对各类机电设备的高效率管控，保证开采效率和人身安全。PLC 采用工业级的硬件设计和可靠的软件算法，并且引入了抗干扰技术，能够在恶劣的工作环境中稳定运行，并且在设备的运行控制环节，可以自主完成对环境状况的分析，根据预设的控制逻辑进行精确的输出控制，确保设备的安全运行和工作流程的顺利进行。在PLC 的支持下，能满足对机电设备实施控制的需求，对周围的安全问题可以做出快速反应，提升开采工作的可靠性。

2.2 运行能耗低

矿山开发会产生较高的能耗，特别在面对复杂环境时，机电设备的能耗会比较高。高能耗不仅不能满足当前绿色环保的要求，也会因为能源问题对矿山的开发工作造成限制，不利于矿山开发行业的长期发展。PLC 技术的应用，能实现对矿山机电设备的精确操控，从而减少作业环节的能源消耗，实现提升效率的同时降低能耗。同时，通过编程和配置，能进行更高效的能源管理和控制，优化设备的工作模式和运行参数，实现能源的有效利用和节约。例如，分析整个设备的运行过程，优化运行路径，避免不必要的能源浪费，进一步降低能耗，可以获得较高的能耗控制效果。

2.3 功能多样性

针对矿山所处的复杂环境，目前，对机电设备的功能要求更加复杂，需要不断进行周围环境的参数的采集、分析、运算和处理，并根据分析结果控制设备的运行模式。引入PLC 技术后，能够让矿山机电控制系统具有更多样的功能，通过配置不同模块，以及针对需求进行编程，可以根据不同的控制需求实现各种功能模块的设计和集成。例如，可以进行实时的设备位置分析，PLC 系统获得温度等实时参数发出指令，实现设备的自动化控制，还能分析设备的状态，完成故障诊断和报警管理等功能。并且，由于PLC 支持通信接口和网络连接，可以与其他系统进行数据交换和共享，并且可以进行远程控制，能满足整个矿山机电控制系统的智能化和集成化的需求。

3 PLC 技术对传统矿山机电设备的改造思路

在传统矿山机电设备中使用PLC 技术时，需要进行矿山机电设备的改造，确保PLC 能够集成到矿山机电设备中。首先，需要使用科学的方法进行替换，例如，根据需要保留原本的控制方法，将其转换为备用控制方法，方便进行新旧控制模式的转换。引用PLC 技术时，也需要加强对有关传感器设备的应用，强化对各种数据的采集，方便进行数据的分析，更准确地进行设备的控制。同时，也需要加强人员培训，强化对各类新技术的学习，满足PLC 的应用需求。

4 PLC 技术在矿山机电系统中的应用

4.1 在矿山机电系统提升机中的应用

通过使用PLC 技术，能够精确调节提升机系统的工作速度，保证提升系统的效率。传统机电提升机的工作速度一般在2 ～3m/s，功率在20kW 左右，导致设备会消耗大量电量，而且容易出现故障。使用PLC 技术后，需要在提升机中加入重力传感器，对重力的情况进行实时监控，并根据预设的逻辑和参数，监测和控制提升机的运行状态。在传感器、编码器等设备的联动下，PLC可以实时获取提升机的位置、速度、负载等信息，选择预设的控制策略自动调节提升机的起停、速度和方向，能降低能耗并提升运行的稳定性。例如，在提起重物小于1t 时，根据重力感应器的数据，PLC 会控制系统适当提升速度；如果重量较高，超过了检测范围，也能根据需求适当调整提升功率。

运行过程中，PLC 也能确保设提升设备的稳定性，分析电流、温度、振动等信号，以实现对设备状态的实时监测和故障诊断。如果监测到异常，PLC 系统可以及时发出警报或采取相应的措施，以避免故障的扩大或损坏设备。同时，通过设置安全门、紧急停止按钮等安全装置的联动，在提升机出现紧急状况时，PLC 系统能够迅速停止提升机的运行，保护工作人员和设备的安全。

4.2 在运胶带机中的应用

矿山开采生产中的胶带机是重要的运输设备，也是PLC 技术应用最广泛的方向，利用PLC 技术可以将胶带机转换为KZP 盘式可控装置，满足胶带机自动化状态下的运行需求。改造过程中，主要对电源控制、制动部件、液压站3 个部分进行改造，PLC 能够获得输送带上的速度传感器参数，并根据预设的逻辑和参数，监测和控制运胶带机的运行状态。如果速度传感器检测的胶带运行数据操作了正常的数据范围，PLC 控制模块就能自动控制胶带降低运行速度；如果发现胶带参数小于正常的运行速度要求，就会提高胶带机的运行速度。

4.3 基于PLC 的矿用输送机控制系统

通过PLC 技术能够建立集中控制，并加强设备之间的通讯，满足矿山开采过程中的流量监控、综合运输管理需求。因此，应该引入变频设备方便对运输系统的控制，不仅能提升PLC 控制的灵活性，也能降低系统的总体能耗。为了满足不同驱动协同操控和同步运行的需要，可以采用传动间通讯方式，常用PLC 为西门子S7-300系列，将其作为系统的控制核心，能够对特定渠道的机电设备进行监控，并进行输送流量的检测。

5 PLC 技术在矿山机电控制系统中应用的注意事项

虽然PLC 具有较高的稳定性，并且具备温度控制、抗干扰等功能，但是，在使用PLC 技术时，依然要考虑井下的特殊环境，做好控制工作。

5.1 温度问题

使用PLC 控制系统时，要保证PLC 设备的运行温度处于0 ～55℃，避免温度超过合理范围导致出现故障，或者由于温度过高导致设备的寿命缩短。如果温度在0℃以下，则会出现精度下降的问题，并导致系统出现瘫痪。因此，在使用PLC 控制设备时，需要将PLC 设置在合适的温度环境中，如果温度过高，可以使用风扇等措施进行降温，对于可能出现的低温情况，还要安置加热器回温。

5.2 湿度问题

PLC 属于电子设备，因此，对周围环境的湿度有一定的要求，一般要求PLC 控制系统工作环境的相对湿度在85%。并且，要避免PLC 在雨雪较多的位置运行，所以，可以专门使用密封措施将控制柜密封，对于处于潮湿环境的矿区，可以用保护膜覆盖电路板。

5.3 振动和磁场问题

PLC 控制系统能够承受一定的外部冲击，但是要避免PLC 受到外部物理冲击和振动，因此，设备需要远离振动源。同时，也要屏蔽外界的电磁干扰，防止传输过程中出现错误。可以在PLC 中内置抗干扰模块，并且合理使用算法进行数据方面的优化。

6 结语

随着采矿行业竞争的激烈程度不断增加，以及市场对矿山开发需求的不断提升，必须引入PLC 技术加强对机电设备的控制，满足对机电系统功能、效率、安全等方面的需求，提升矿山开发的总体水平。实际应用中，应该选择合理的方法应用PLC 技术，科学配置PLC 模块，并加强对传感器等技术的应用，解决矿山开发中存在的自动化水平问题，深化矿山的开采工作，满足当下对矿山发展的需求。