探究煤礦機(jī)電設(shè)備控制中PLC技術(shù)的應(yīng)用

李世通

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛與人民生活水平的日益提高，工業(yè)與民用能源的需求量增長(zhǎng)巨大，國(guó)家能源單位面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。煤礦作為傳統(tǒng)能源之一，其開采是我國(guó)非常重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展保障。而隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)煤礦開采設(shè)備逐漸被自動(dòng)化開采設(shè)備所取代，從而提高開采效率與安全性能。PLC技術(shù)作為一種廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備中的先進(jìn)控制方法，在煤礦開采領(lǐng)域被重點(diǎn)討論與研究。本文介紹了PLC技術(shù)發(fā)展的背景與工作原理。通過系統(tǒng)框圖的形式給出了PLC控制器的核心部件。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)煤礦開采的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了兩點(diǎn)PLC技術(shù)應(yīng)用的看法。

關(guān)鍵詞：PLC；煤礦；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.073

0 引言

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)在飛速發(fā)展的情況下，帶來了指數(shù)式增長(zhǎng)的能源需求。2010年到2018年間，為滿足國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)與民用能源需求，各種煤礦舊廠擴(kuò)建擴(kuò)容，引進(jìn)先進(jìn)開采設(shè)備，提高開采效率。這樣的行業(yè)發(fā)展需求也對(duì)煤礦開采行業(yè)提出了巨大的壓力與挑戰(zhàn)。如何在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代化建設(shè)中，保證煤礦開采的安全穩(wěn)定，給社會(huì)的發(fā)展助力，已經(jīng)是目前煤礦行業(yè)的重要議題。自動(dòng)化設(shè)備在煤礦行業(yè)的大量應(yīng)用一定程度上提高了開采的效率與安全性。而可編程控制器（Programmable Logical Controller，PLC）作為自動(dòng)化設(shè)備的核心部件，是目前學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。

1 PLC的發(fā)展

PLC本質(zhì)上講是一種可編程的存儲(chǔ)單元，最早由美國(guó)ABB公司研發(fā)生產(chǎn)，用于汽車裝配與制造生產(chǎn)線上。隨著科技進(jìn)步與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)迅速得以在各行各業(yè)推廣開來。由于其穩(wěn)定性好、集成度高、易于維護(hù)與管理等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域廣受好評(píng)。目前應(yīng)用最為廣泛的是西門子S7系列PLC，其編程邏輯簡(jiǎn)單可靠，門檻低，適合初學(xué)者學(xué)習(xí)使用。根據(jù)國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定了如下所示的5種PLC編程語言：

（1）梯形圖：這是一種類似于圖形的編程方式，與傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖類似。對(duì)于軟件工程師而言，直觀易懂。因此，在實(shí)際編程中，這樣的編程方式又被稱為電路。梯形圖比較適合擅長(zhǎng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的工程師。

（2）指令表：這是一種將操作碼和操作數(shù)結(jié)合在一起構(gòu)成的編程語言。指令表采用的是助記符形式，因此該種編程語言書寫簡(jiǎn)單。但是和梯形圖相比，不夠形象化，初學(xué)者難以掌握，比較適合長(zhǎng)期從事邏輯程序編寫的軟件工程師。

（3）功能塊圖：這種編程語言類似于數(shù)字邏輯電路的表達(dá)關(guān)系，適合長(zhǎng)期從事數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的人員編寫。

（4）順序功能圖：這是一種組織程序的圖形方法，位于其他編程語言之上的圖形語言。其構(gòu)成的主要元件有步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作，特別適用于順序控制系統(tǒng)。該種方法在PLC程序設(shè)計(jì)中采用較多。

（5）結(jié)構(gòu)文本：這種編程語言是目前PLC編程語言中最為高級(jí)的一種。和C語言類似，其結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，在進(jìn)行復(fù)雜功能設(shè)計(jì)時(shí)使用較多。該語言編程可以實(shí)現(xiàn)龐大的數(shù)值邏輯運(yùn)算，大型PLC系統(tǒng)編程中涉及較多。

2 PLC技術(shù)的工作原理

PLC基本系統(tǒng)大同小異，基本構(gòu)成包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制軟件與PLC的CPU單元。其中為實(shí)現(xiàn)不同控制功能，會(huì)在系統(tǒng)中添加不同擴(kuò)展模塊與智能模塊。另外為了實(shí)現(xiàn)交互功能，復(fù)雜系統(tǒng)中會(huì)包括人機(jī)界面與通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。右圖所示為西門子S7-200系列PLC控制系統(tǒng)的基本框圖。

其基本工作原理分為以下幾個(gè)步驟：

（1）PLC的擴(kuò)展測(cè)量模塊通過傳感器將非電物理量轉(zhuǎn)換為一個(gè)電量，該電量經(jīng)過測(cè)量模塊的外圍電路將其轉(zhuǎn)化為量程范圍內(nèi)的電壓或者頻率信號(hào)，以便輸入PLC控制器的CPU中。

（2）PLC控制器的核心單元CPU接收擴(kuò)展模塊的輸入信息，并通過控制程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算與處理，得出運(yùn)行結(jié)果。

（3）PLC的CPU將處理結(jié)果傳輸給擴(kuò)展接收模塊執(zhí)行相關(guān)命令，同時(shí)將相關(guān)處理信息傳遞至人機(jī)界面供使用者觀察記錄。

值得注意的是，PLC的控制過程的核心是CPU的執(zhí)行程序，其正確性與穩(wěn)定性決定了PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行能力。

3 PLC控制在煤礦產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用

PLC技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備中能夠一定程度上滿足自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)的要求，提高產(chǎn)能，但也面臨諸多問題與挑戰(zhàn)。筆者在多年從事煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，總結(jié)了幾點(diǎn)建設(shè)性建議：

（1）PLC控制器的安裝需要輔助以較多的報(bào)警功能。與PLC技術(shù)應(yīng)用于其他行業(yè)有所不同，煤礦開采的安全性能一直排在其他要求的首位。眾所周知，我國(guó)的煤礦坍塌事件時(shí)有發(fā)生，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失與社會(huì)損失巨大。因此，自動(dòng)化生產(chǎn)過程必須輔助以完善的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)督開采工作的環(huán)境安全。比如，開采環(huán)境中需要安裝煙霧與溫度傳感器，并與PLC控制器相連，一旦礦下煙霧濃度過高或者溫度超過標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)立即開啟地面與地下報(bào)警系統(tǒng)，盡快安排工作人員撤離。

（2）PLC控制器的應(yīng)用需配以專業(yè)的軟件工程師調(diào)試。在實(shí)際煤礦開采過程中會(huì)出現(xiàn)眾多突發(fā)情況與實(shí)際需求，這些都是在每天的實(shí)際操作中不斷變化的。完全固定的系統(tǒng)功能根本難以適應(yīng)目前的應(yīng)用要求。因此，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)工作需要通過PLC控制器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某個(gè)特殊功能時(shí)，軟件工程師應(yīng)及時(shí)在計(jì)算機(jī)端通過梯形圖編程實(shí)現(xiàn)，確認(rèn)無誤后燒寫至PLC的存儲(chǔ)單元，并在系統(tǒng)測(cè)試無誤后添加到目前的機(jī)電設(shè)備之中。

4 結(jié)束語

雖然目前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展給煤礦企業(yè)帶來了空前的機(jī)會(huì)，但也面臨了非常大的挑戰(zhàn)。如何降低煤礦生產(chǎn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)，滿足市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與國(guó)民生活的需求，是目前相關(guān)部門的重要議題。本文針對(duì)煤礦生產(chǎn)這一議題，給出了PLC技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備的重要性，并詳細(xì)介紹了PLC的工作原理。另外，根據(jù)自身生產(chǎn)工作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要分析了兩條在實(shí)際PLC應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備中需要注意的問題，為煤礦生產(chǎn)單位的安全建設(shè)提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱曉東.電氣控制系統(tǒng)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用與改進(jìn)[J].科技展望，2016，26（31）.