張艷軍

（中國平煤神馬集團四礦機電科，河南 平頂山 467000）

0 引言

在煤礦開采的電氣控制中加入PLC 控制技術(shù)，能夠有效提升采礦設(shè)備的工作性能，降低設(shè)備故障率，提升采礦工序的運轉(zhuǎn)效率，提高設(shè)備的運行穩(wěn)定性，提升煤礦開采效率，降低開采成本，是全面提升煤礦企業(yè)生產(chǎn)效益的重要手段。同時依托于PLC 控制技術(shù)的遠(yuǎn)程控制能力和自動化能力較高，抗干擾性較強，因此可以有效保障設(shè)備在煤礦的惡劣環(huán)境中的順利運轉(zhuǎn)，從而減少安全事故的發(fā)生概率，讓操作人員的人身安全更有保障，是保障煤礦生產(chǎn)安全、提高綜合效益的有效方法。因此，進(jìn)一步加強PLC 控制技術(shù)在煤礦電氣控制中的應(yīng)用研究，對優(yōu)化煤礦開采技術(shù)、提高煤礦開采效益、保障煤礦開采安全都有著重要的推動意義。

1 PLC 控制技術(shù)

1.1 概念

PLC 控制技術(shù)主要用于工業(yè)設(shè)備控制，是使用數(shù)字運算控制設(shè)備操作的電子控制技術(shù)。PLC 控制技術(shù)主要使用可編程存儲器進(jìn)行邏輯運算，根據(jù)存儲器中設(shè)定的操作順序、定時、計數(shù)等程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行精確、自動控制，從而實現(xiàn)對工業(yè)設(shè)備的有效控制。PLC 控制技術(shù)主要與工業(yè)控制系統(tǒng)相嵌和組成統(tǒng)一整體，將PLC 控制系統(tǒng)與電氣設(shè)備相連接，通過控制系統(tǒng)對電氣設(shè)備的操作和運轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，既可以實現(xiàn)自動化的精確操控，極大的提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，讓設(shè)備控制人員遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，在更安全的位置進(jìn)行設(shè)備操作，從而有效保障人員的生產(chǎn)安全。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員將PLC 控制系統(tǒng)和不間斷供電裝置進(jìn)行了有效復(fù)合，不但解決了PLC 控制系統(tǒng)的斷電問題，還能夠精確記錄設(shè)備運行和系統(tǒng)操作中的全部數(shù)據(jù)和參數(shù)，實現(xiàn)了對設(shè)備參數(shù)的自動調(diào)節(jié)，讓工業(yè)設(shè)備在重新開啟時不用再進(jìn)行大量的人工調(diào)節(jié)工作，極大的提升了設(shè)備使用效率和便捷性，保障了整體工業(yè)系統(tǒng)的有效運轉(zhuǎn)[1]。

1.2 原理和功能

PLC 控制技術(shù)是對傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制的升級優(yōu)化，是一種相對完善的數(shù)字運算操作系統(tǒng)，其運行原理是從外部收集環(huán)境數(shù)據(jù)，然后對收集到的數(shù)據(jù)類型和數(shù)值進(jìn)行計算和分析，再根據(jù)設(shè)定好的電子程序發(fā)出指令并下達(dá)給設(shè)備的執(zhí)行元件使其依照執(zhí)行，完成電氣控制的全部過程。在PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用中，PLC控制系統(tǒng)相當(dāng)于外嵌的控制系統(tǒng)，只是將原本的人工控制替代為了計算機控制，不會對電氣設(shè)備的原有功能造成影響，反而能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、實時化的設(shè)備自動控制、設(shè)備保護(hù)、故障報警等功能[2]。與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，PLC 控制技術(shù)有著抗干擾能力強、使用簡單、效率高、擴展性強、自動化程度高等等優(yōu)勢特點。PLC控制技術(shù)是專為工業(yè)生產(chǎn)所研發(fā)的技術(shù)，被大量應(yīng)用于煤礦、發(fā)電站、工廠等大型工程中，實現(xiàn)對電氣設(shè)備的自動化控制。

2 應(yīng)用PLC 控制技術(shù)在煤礦電氣控制中的重要意義

2.1 提升煤礦開采安全性

煤礦生產(chǎn)環(huán)境非常惡劣，礦洞中的氮氧化合物、二氧化硫、醛類氣體等有毒有害氣體、礦洞塌方、采空區(qū)陷落等危險因素嚴(yán)重影響者煤礦的開采安全，如果設(shè)備操作人員、維修人員長期處于危險環(huán)境中進(jìn)行操作和維修工作，會極大的提升安全隱患，造成安全事故的概率會大大增加。因此，利用PLC 控制技術(shù)對煤礦設(shè)備進(jìn)行電氣控制，可以依靠PLC 控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、自動化控制等特點，在場外進(jìn)行電氣設(shè)備的操控和故障檢測診斷，能夠極大的提升安全生產(chǎn)質(zhì)量，保障生產(chǎn)人員的人身安全。同時，PLC 控制技術(shù)的抗干擾性能強和操作簡便等特點也能夠充分保證設(shè)備的使用效率，提升設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，讓設(shè)備不易損壞故障，同樣提高了煤礦開采的安全性。

2.2 提升煤礦開采效率和總體收益

PLC 控制技術(shù)能夠在煤礦開采電氣控制中得到深入的應(yīng)用，最重要的原因是其可以有效降低人力資源投入，降低設(shè)備養(yǎng)護(hù)和維修成本，提升煤礦開采效率，實現(xiàn)總體效益的長效增長。PLC 控制技術(shù)能夠自動控制設(shè)備運轉(zhuǎn)，并且擁有自動化檢測程序，能夠在設(shè)備故障的第一時間停止設(shè)備運行，發(fā)出故障警報，并為后續(xù)的設(shè)備維修工作提供損害位置和原因提供指引，進(jìn)而制定對應(yīng)的維修解決方案，能夠極大的降低因設(shè)備故障所造成的維修成本，提高維修效率，從而提高煤礦開采效率；也能夠通過對設(shè)備參數(shù)的自動記錄功能，在重新運行設(shè)備時立即實現(xiàn)設(shè)備的安全、順利運轉(zhuǎn)，不必重新調(diào)整參數(shù)，有效的提升了煤礦開采效率；還可以延長設(shè)備的有效使用壽命，從而降低維修成本，提升綜合開采效益。同時，PLC 控制技術(shù)的具有強大的擴展性，可以更加便捷的實現(xiàn)控制系統(tǒng)的后續(xù)擴大規(guī)模，可以隨著煤礦的深入開采不斷擴容，而且操作程序相對簡單，系統(tǒng)維護(hù)難度低；PLC 控制系統(tǒng)中的外接端口數(shù)量多、功能多，可以實現(xiàn)快速拆卸插拔，即使在運轉(zhuǎn)狀態(tài)中，技術(shù)人員也能夠?qū)崿F(xiàn)不同部件的熱插拔，極大的提升了設(shè)備使用效率；PLC 控制系統(tǒng)的供電模式相對穩(wěn)定，主要使用UPS 供電系統(tǒng)進(jìn)行供電，有效解決了由于突然斷電可能導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失問題，極大降低了維修成本，保證了設(shè)備參數(shù)的安全存儲和使用，保障了煤礦開采的總體效益。

3 煤礦電氣控制中PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于帶式輸送機

當(dāng)前的煤礦開采和管理工作中基本實現(xiàn)了一體化信息控制，將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于帶式輸送機，是進(jìn)一步保障一體化控制效率的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)帶式輸送機輸送礦石時，如果設(shè)備長期全速運行，會造成大量的電力浪費，使用PLC 控制系統(tǒng)對帶式輸送機的頻率進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)帶式輸送機的精確控制，減少功率浪費，最大程度地降低能耗，實現(xiàn)成本的有效降低。PLC控制系統(tǒng)還能夠根據(jù)既定程序的時間準(zhǔn)確地發(fā)出操作指令，保障帶式輸送機的啟停過程穩(wěn)定、準(zhǔn)確，還可以實時收集和鎖定作業(yè)現(xiàn)場的各項參數(shù)，并且以此提升帶式輸送機的運行效率。帶式輸送機的PLC 控制系統(tǒng)，主要包括兩個重要的組成部分，即信號采集系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)[3]。其中，信號采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)對工作信號的采集、分析和計算，然后根據(jù)既定程序?qū)υO(shè)備發(fā)出控制指令，實現(xiàn)對電氣設(shè)備的操作控制，包括了工控機和人機交互界面。由于煤礦開采工作面的環(huán)境相對惡劣，地下磁場對電氣設(shè)備的運行狀態(tài)有著嚴(yán)重影響，而PLC 控制技術(shù)的抗干擾性能極強，可以有效克服電磁場對設(shè)備產(chǎn)生的干擾，保證信號的穩(wěn)定收集和指令傳輸，實現(xiàn)遠(yuǎn)程、自動化的帶式輸送機控制。信號處理系統(tǒng)主要包括工控機、輸入模塊和PLC 控制模塊，主要實現(xiàn)人機交互、程序順序控制等功能，保障帶式輸送機能夠依據(jù)程序設(shè)定和指令輸入實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的設(shè)備控制[4]。

如果帶式輸送機在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)故障，PLC 控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的自主停機，有效防止故障程度的進(jìn)一步加深，既能夠有效降低維修難度和成本，也可以防止由于設(shè)備故障所導(dǎo)致的安全事故的產(chǎn)生。同時，PLC 控制系統(tǒng)對帶式輸送機的設(shè)備參數(shù)的全面記錄功能，可以有效提高操作人員對帶式輸送機工作的深入認(rèn)識，有助于幫助操作人員調(diào)整帶式輸送機的工作參數(shù)，從而提高帶式輸送機的工作效率，降低故障概率，延長設(shè)備使用壽命，對進(jìn)一步提升煤礦開采的整體效益有著重要影響，這也是將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于煤礦電氣控制中的重要目的。

3.2 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于提升機

PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以讓提升機的控制更加自動化、標(biāo)準(zhǔn)化，既可以有效提高提升機的作業(yè)效率，還可以實現(xiàn)提升機的控制精確度，降低提升機發(fā)生故障的概率，消除安全隱患，讓煤礦開采更加便捷且效率。在提升機中安裝PLC 控制系統(tǒng)，是對原有繼電器控制系統(tǒng)的替代，因此不需要對提升機內(nèi)部的直流電機進(jìn)行拆卸更換，只需要將原本的繼電器控制系統(tǒng)元件替換為PLC 控制系統(tǒng)的電流器組合，即可發(fā)揮PLC 控制效果。在此過程中，需要注意將原本的控制臺進(jìn)行拆除，并在新的控制臺安裝后進(jìn)行電路檢查和參數(shù)設(shè)置，尤其要對控制臺的電路樞紐進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保障轉(zhuǎn)換刀閘的合理放置，防止控制系統(tǒng)不匹配導(dǎo)致運轉(zhuǎn)故障發(fā)生[5]。將PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)用于提升機，需要在提升機內(nèi)部的安裝傳感器并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)試，保障傳感器的各項參數(shù)準(zhǔn)確無誤且信息收集全面，為控制系統(tǒng)的操作提供數(shù)據(jù)保障。在進(jìn)行傳感器的調(diào)試時，通常使用在線輸電校對操作，根據(jù)傳感器的實時數(shù)據(jù)反饋對傳感器的安裝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以此提高傳感器精度。將PLC 控制系統(tǒng)安裝于提升機中，還要注意在更換提升機內(nèi)部系統(tǒng)時，要使用多個線路插頭進(jìn)行更換，并檢查潤滑油情況，保障提升機內(nèi)部的油泵系統(tǒng)可以順利穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。PLC 控制系統(tǒng)安裝完成后，要進(jìn)行試運行檢測，防止產(chǎn)生系統(tǒng)不兼容性問題導(dǎo)致提升機出現(xiàn)運行故障。技術(shù)人員需要對設(shè)備運行參數(shù)和系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行全面調(diào)試和調(diào)整，保障其實際應(yīng)用效果符合標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)試工作結(jié)束后，需要停止作業(yè)，對提升機進(jìn)行試運行，如果試運行過程中提升機的工作狀態(tài)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即可確定PLC 控制系統(tǒng)安裝成功，提升機可以進(jìn)行實際生產(chǎn)。當(dāng)然，如果原本的控制系統(tǒng)的相關(guān)工作狀態(tài)和參數(shù)符合生產(chǎn)需求，可以保留原本的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)雙系統(tǒng)并行，防止PLC 控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障影響生產(chǎn)，一旦一個控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以立即啟用另一套備用系統(tǒng)保障提升機的順利運行，保障煤礦生產(chǎn)。

3.3 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于井下風(fēng)門

當(dāng)井下風(fēng)門正常運轉(zhuǎn)時，井下風(fēng)門兩側(cè)會由于風(fēng)壓不同產(chǎn)生壓力差，開啟風(fēng)門的壓力較大，難以順利打開風(fēng)門，而風(fēng)門關(guān)閉時，也會由于壓力差的存在導(dǎo)致難以順利關(guān)閉。因此，加裝帶有氣缸傳送帶的井下風(fēng)門成為提高風(fēng)門運轉(zhuǎn)效率的重要方法。利用氣缸傳動的方式對風(fēng)門進(jìn)行壓力控制，能夠極大的提升開門動力，防止由于封門兩側(cè)壓力差過大導(dǎo)致風(fēng)門無法打開的問題。該方法利用多個小風(fēng)窗對風(fēng)門進(jìn)行控制帶動，改善風(fēng)門打開的壓力條件，保障風(fēng)門順利運轉(zhuǎn)，能夠極大地降低打開風(fēng)門所需的運轉(zhuǎn)動力。將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于井下風(fēng)門，就是利用控制系統(tǒng)對氣缸傳送帶進(jìn)行精確控制，根據(jù)傳感器檢測到的環(huán)境和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行氣缸控制，進(jìn)一步降低井下風(fēng)門的控制難度，提升控制效率。首先，由傳感器對井下風(fēng)門的狀態(tài)進(jìn)行感應(yīng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，傳送到PLC 控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)程序計算并發(fā)出相應(yīng)的控制指令信號，由氣缸的電磁閥接收信號，控制氣缸進(jìn)行活塞運動，進(jìn)而實現(xiàn)對風(fēng)門的傳動控制。當(dāng)感應(yīng)器檢測到風(fēng)門角度為90°時，PLC 控制系統(tǒng)會發(fā)出指令，讓電磁閥立即停止工作；當(dāng)需要閉合井下風(fēng)門時，控制系統(tǒng)會向電磁閥發(fā)出反向運轉(zhuǎn)指令。從而關(guān)閉風(fēng)門。各個小風(fēng)窗的操作原理與風(fēng)門一致，只是小風(fēng)窗的操作是用于改善風(fēng)門壓力條件，提升控制效率。

3.4 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備集中控制

PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備集中控制好系統(tǒng)中，主要包括煤礦綜采工作面設(shè)備集中控制系統(tǒng)和煤炭地面篩分系統(tǒng)兩方面。煤礦綜采工作面的設(shè)備主要有采煤機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、刮板輸送機、泵站等設(shè)備。根據(jù)綜采工作面的生產(chǎn)流程，使用PLC 控制系統(tǒng)對上述設(shè)備進(jìn)行集中控制，能夠?qū)崿F(xiàn)綜采工作面設(shè)備的開停集中控制、設(shè)備運行參數(shù)的集中調(diào)整、設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)的集中監(jiān)測等功能，可以極大地提升設(shè)備的整體使用效率，從而提高煤礦生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高安全生產(chǎn)質(zhì)量。將PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)用于煤炭地面篩分系統(tǒng)中，需要建立PLC 集中控制系統(tǒng)主站和多個PLC 系統(tǒng)分站，PLC 主站與各分站保持全面連接、控制，通過控制系統(tǒng)對順煤流停車和逆煤流起車進(jìn)行精確控制，防止運煤車輛堵塞，提升煤礦生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

將PLC 控制技術(shù)全面應(yīng)用于煤礦電氣控制中，利用其高效便捷、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、抗干擾性強、性能優(yōu)越等優(yōu)勢特點，可以有效提升采礦設(shè)備的工作性能，降低設(shè)備故障率，提升采礦工序的運轉(zhuǎn)效率，提高設(shè)備的運行穩(wěn)定性，提升煤礦開采效率，降低開采成本，是全面提升煤礦企業(yè)生產(chǎn)效益的重要手段，也是減少安全事故的發(fā)生概率，保障煤礦生產(chǎn)安全、提高綜合效益的有效方法。