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

        2019-05-30 11:59:52李世通
        山東工業(yè)技術(shù) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:煤礦應(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(kāi)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(kāi)采設(shè)備逐漸被自動(dòng)化開(kāi)采設(shè)備所取代,從而提高開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(lái),我國(guó)經(jīng)濟(jì)在飛速發(fā)展的情況下,帶來(lái)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(kāi)采設(shè)備,提高開(kāi)采效率。這樣的行業(yè)發(fā)展需求也對(duì)煤礦開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(chē)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(kāi)來(lái)。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(mén)子S7系列PLC,其編程邏輯簡(jiǎn)單可靠,門(mén)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(yǔ)言:

        (1)梯形圖:這是一種類(lèi)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(lèi)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(chēng)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(yǔ)言。指令表采用的是助記符形式,因此該種編程語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)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(xiě)的軟件工程師。

        (3)功能塊圖:這種編程語(yǔ)言類(lèi)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(xiě)。

        (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(yǔ)言之上的圖形語(yǔ)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(yǔ)言是目前PLC編程語(yǔ)言中最為高級(jí)的一種。和C語(yǔ)言類(lèi)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(yǔ)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(mén)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(guò)傳感器將非電物理量轉(zhuǎn)換為一個(gè)電量,該電量經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)題與挑戰(zhàn)。筆者在多年從事煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)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(kāi)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(guò)程必須輔助以完善的監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)督開(kāi)采工作的環(huán)境安全。比如,開(kāi)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(guò)高或者溫度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,應(yīng)立即開(kāi)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(zhuān)業(yè)的軟件工程師調(diào)試。在實(shí)際煤礦開(kāi)采過(guò)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(guò)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(guò)梯形圖編程實(shí)現(xiàn),確認(rèn)無(wú)誤后燒寫(xiě)至PLC的存儲(chǔ)單元,并在系統(tǒng)測(cè)試無(wú)誤后添加到目前的機(jī)電設(shè)備之中。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        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(lái)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(guò)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(mén)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(wèn)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).

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