楊元杰 蘇晴晴 張亮華

摘? ?要：為了提高機(jī)電設(shè)備的控制水平、保證開(kāi)采作業(yè)的安全，文章對(duì)可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)在機(jī)電設(shè)備控制中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先，分析了PLC技術(shù)的原理，并指出了其使用要求。然后，結(jié)合煤礦機(jī)電設(shè)備發(fā)展實(shí)際，指出PLC技術(shù)主要被應(yīng)用在提升機(jī)改造、井下風(fēng)門(mén)控制、膠帶傳輸、故障診斷、選煤集控系統(tǒng)控制中。最后，圍繞基于PLC技術(shù)的架空乘人裝置，詳細(xì)闡述了PLC技術(shù)在機(jī)電設(shè)備控制中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);機(jī)電設(shè)備控制;應(yīng)用

隨著我國(guó)煤礦行業(yè)的發(fā)展，機(jī)電設(shè)備的控制水平在不斷提高?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，PLC）、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在機(jī)電設(shè)備控制中。尤其是PLC技術(shù)，已經(jīng)非常成熟，并取得了顯著的應(yīng)用成果。應(yīng)用這種技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的智能化、自動(dòng)化控制，還能提高開(kāi)采效率、保障作業(yè)人員安全。

1? ? PLC技術(shù)原理及使用要求

PLC是指可編程邏輯控制器，能夠通過(guò)編程方式存儲(chǔ)邏輯計(jì)算、順序控制等操作指令，具有抗干擾、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低技術(shù)人員的調(diào)試難度，方便后期設(shè)備維護(hù)。若是將其接入到控制系統(tǒng)中，就可在輸入接口通過(guò)模擬數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制。

在煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用PLC技術(shù)可按照以下步驟進(jìn)行。

（1）輸入采樣。即通過(guò)各種外部傳感設(shè)備將采樣活動(dòng)數(shù)據(jù)搜集起來(lái)，并進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、運(yùn)算。

（2）程序執(zhí)行。即借助計(jì)算機(jī)根據(jù)已設(shè)置好的邏輯與預(yù)算方法進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描、呈現(xiàn)。

（3）數(shù)據(jù)輸出。即通過(guò)算法綜合將已被處理的數(shù)據(jù)輸出結(jié)果，從而完成機(jī)電設(shè)備控制。

在信息時(shí)代，通過(guò)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，依托PLC技術(shù)，還可進(jìn)行操作系統(tǒng)之間的信息交流、反饋。這樣就可將各種智能化設(shè)備通過(guò)光纜連接在一起，構(gòu)建出一個(gè)系統(tǒng)化的工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。最重要的是，這種網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)容，且能夠根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。但是在應(yīng)用這種技術(shù)時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)。

（1）必須要提供良好的硬件環(huán)境。如適宜的溫度、濕度，以免影響硬件設(shè)備的正常運(yùn)行。同時(shí)，要盡量避免將PLC設(shè)備與腐蝕性液體放置在同一場(chǎng)所。

（2）在軟件方面，應(yīng)當(dāng)注意接口標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性，以免影響PLC的應(yīng)用。

（3）在安裝PLC系統(tǒng)時(shí)，需選擇正確的連接方式。如可采用單獨(dú)接地的方式，提高其抗干擾性;控制設(shè)備接地線路的長(zhǎng)度。

2? ? 在機(jī)電設(shè)備控制中的應(yīng)用

PLC在機(jī)電設(shè)備控制中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）在提升機(jī)改造中的應(yīng)用。通過(guò)應(yīng)用PLC技術(shù)對(duì)老式提升機(jī)進(jìn)行改造后，可以有效提升其控制操作的精度及便捷性。還可以對(duì)提升機(jī)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保管理人員能充分了解提升機(jī)設(shè)備的運(yùn)行情況，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決其中的問(wèn)題，減少安全事故的發(fā)生。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)用PLC技術(shù)改造提升機(jī)的主要原理就是強(qiáng)化電流控制。

（2）在井下風(fēng)門(mén)中的應(yīng)用。傳統(tǒng)井下風(fēng)門(mén)主要依靠人工控制。但是這種控制方式存在安全風(fēng)險(xiǎn)大、力度使用不恰當(dāng)?shù)葐?wèn)題，既無(wú)法保證井下風(fēng)門(mén)控制效果，也無(wú)法保證井下風(fēng)門(mén)的安全性。但是引入PLC技術(shù)，結(jié)合紅外遙感技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門(mén)的自動(dòng)化控制。當(dāng)有車(chē)輛或人通過(guò)井下風(fēng)門(mén)時(shí)，紅外遙感設(shè)備就會(huì)檢測(cè)到車(chē)輛或人的信號(hào)，并將其傳輸給PLC控制器，PLC就會(huì)解析、收發(fā)控制指令，使井下風(fēng)門(mén)開(kāi)閉。顯然，這種機(jī)械式的控制方式遠(yuǎn)比傳統(tǒng)人工控制方式更加方便、高效、精準(zhǔn)。

（3）在膠帶傳輸機(jī)中的應(yīng)用。將PLC技術(shù)應(yīng)用到膠帶傳輸機(jī)中，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)，保證閘瓦、制動(dòng)盤(pán)在短時(shí)間內(nèi)能分離，從而減少摩擦熱量。相比于傳統(tǒng)的人工操作方式，這種自動(dòng)化控制方式更加便捷、迅速，且足夠安全，不會(huì)給作業(yè)人員造成安全威脅。

（4）在故障診斷中的應(yīng)用。例如應(yīng)用PLC技術(shù)可對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)故障進(jìn)行分析。若檢測(cè)到開(kāi)關(guān)信號(hào)正常，且實(shí)際狀態(tài)值與輸入狀態(tài)值相同，則可認(rèn)為機(jī)電設(shè)備正常。反之，則認(rèn)為機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)了故障。

（5）在選煤集控系統(tǒng)中的應(yīng)用。將選煤集控系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯控制指令與PLC結(jié)合后，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)選煤過(guò)程的自動(dòng)化。

總之，在現(xiàn)代化背景下，PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用極其廣泛，且應(yīng)用方式也多種多樣。但PLC技術(shù)的應(yīng)用仍有較大的研究空間。所以，專家學(xué)者、技術(shù)人員應(yīng)繼續(xù)深入研究PLC技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)煤礦機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化、智能化控制水平的提升。

3? ? 實(shí)例分析

本研究提出了一種基于PLC技術(shù)的架空乘人裝置。其中，PLC系統(tǒng)可以在架空乘人裝置空轉(zhuǎn)時(shí)使其保持低速狀態(tài)運(yùn)行。乘坐乘人裝置的人員達(dá)到目的后，架空乘人裝置可保持中速運(yùn)行狀態(tài)。乘坐乘人裝置的人員上車(chē)后，則會(huì)保持高速運(yùn)行狀態(tài)。

3.1? 架空乘人裝置構(gòu)成

該裝置包括猴車(chē)、總控主機(jī)、站點(diǎn)控制盒3個(gè)部分。首先，猴車(chē)部分還包括捕繩器、吊軸、手柄桿、坐墊箱、搭腳桿。在坐墊箱內(nèi)部的中空電氣腔上固定了稱重傳感器、電池、主板、氣泵、電子標(biāo)簽、喇叭。稱重傳感器的重力輸入端與觸發(fā)盤(pán)在豎直方向上正對(duì)，觸發(fā)盤(pán)固定在活動(dòng)軸一端，活動(dòng)軸另一端穿過(guò)坐墊箱后與坐墊板裝配固定。其次，總控主機(jī)上裝有GIS軟件、網(wǎng)卡。通過(guò)GIS軟件、網(wǎng)卡可與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、路由器通信連接。最后，站點(diǎn)控制盒分別與主板上的藍(lán)牙模塊通信且讀取電子標(biāo)簽信息，從而通過(guò)主板上的遠(yuǎn)距離無(wú)線電（Long Range Radio，LORA）無(wú)線模塊對(duì)總控主機(jī)反饋?zhàn)R別的電子標(biāo)簽信息。

3.2? 架空乘人裝置優(yōu)勢(shì)分析

該裝置具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）可實(shí)現(xiàn)智能停車(chē)，并發(fā)出語(yǔ)音提醒下車(chē)。就目前來(lái)看，很多架空乘人裝置系統(tǒng)并沒(méi)有智能停車(chē)、語(yǔ)音提示功能，以致于乘車(chē)人員錯(cuò)過(guò)下車(chē)機(jī)會(huì)，出現(xiàn)安全事故。但是該裝置具有電子標(biāo)簽、語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)、藍(lán)牙可解決這一問(wèn)題。

（2）可避免空轉(zhuǎn)能耗。該裝置應(yīng)用了LORA擴(kuò)頻技術(shù)、重力感應(yīng)技術(shù)等可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)通信技術(shù)的不足，及時(shí)進(jìn)行裝置的開(kāi)關(guān)。

（3）可智能啟停。主要借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

（4）可實(shí)時(shí)顯示并控制乘車(chē)人員數(shù)量，提升架空乘人裝置的安全性。

（5）可保證架空乘人系統(tǒng)在低速、高速、啟停等狀態(tài)之間自由切換。

3.3? 運(yùn)行原理

首先，主板上設(shè)置了LORA無(wú)線模塊、存儲(chǔ)器、PLC、藍(lán)牙模塊、充放電電路、電量檢測(cè)電路。其中，PLC主要用于收發(fā)、解析控制指令，且根據(jù)預(yù)設(shè)程序進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。電量檢測(cè)電路的主要作用是與電池的電極導(dǎo)電連接，檢測(cè)電池電量。該電路信號(hào)端是與PLC的第一信號(hào)端通信連接的。與PLC的第二信號(hào)端、第三信號(hào)端、第四信號(hào)端通信連接的是LORA無(wú)線模塊、存儲(chǔ)器、藍(lán)牙模塊、喇叭的信號(hào)端。這樣，LORA無(wú)線模塊、存儲(chǔ)器、藍(lán)牙模塊、喇叭都可與PLC通信。如在電量低于PLC內(nèi)置程序的閾值時(shí)，PLC控制LORA無(wú)線模塊發(fā)送電量不足信息，提醒維護(hù)人員補(bǔ)充電量。其次，減速按鈕、急停按鈕分別與PLC的第五信號(hào)端、第六信號(hào)端通信連接。這樣通過(guò)減速按鈕、急停按鈕的觸發(fā)就可對(duì)PLC輸入減速、停止指令。最后，主板上還安裝了微控制單元（Microcontroller Unit;MCU）、繼電器。MCU的第三信號(hào)端與PLC的第七信號(hào)端通信連接。當(dāng)其感應(yīng)圈吸水導(dǎo)電時(shí)，會(huì)向PLC發(fā)送進(jìn)水信號(hào)，使PLC通過(guò)LORA無(wú)線模塊外發(fā)進(jìn)水信號(hào)以使操作者及時(shí)發(fā)現(xiàn)、檢修。在該裝置中，PLC控制流程如圖1所示。

基于PLC技術(shù)的架空乘人裝置的應(yīng)用流程為：通過(guò)紅外感應(yīng)器確定候車(chē)區(qū)是否有人，感應(yīng)信號(hào)通過(guò)信號(hào)接收器進(jìn)入到控制器，控制器發(fā)出指令，電機(jī)作出相應(yīng)的反應(yīng)，最終使架空乘人裝置處于低速運(yùn)行狀態(tài);礦工上車(chē)后，座椅的重力感應(yīng)器產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)通過(guò)接收器傳送給控制器，控制器發(fā)揮指令使電機(jī)動(dòng)作，從而使架空乘人裝置維持高速運(yùn)行狀態(tài);礦工按下下車(chē)按鈕后，信號(hào)接收器接收信號(hào)并傳送給控制器，然后控制器發(fā)出指令，電機(jī)動(dòng)作，架空乘人裝置制動(dòng);若需要緊急制動(dòng)，長(zhǎng)按緊急制動(dòng)按鈕，控制器會(huì)直接接收信號(hào)并發(fā)出指令，控制電機(jī)，架空乘人裝置緊急制動(dòng)。在整個(gè)過(guò)程中，都是由以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的控制站進(jìn)行收發(fā)、解析控制指令。由此可見(jiàn)，PLC技術(shù)有著極其重要的應(yīng)用。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備控制中有著極其重要的應(yīng)用。尤其是在新技術(shù)、新設(shè)備不斷產(chǎn)生的背景下，PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍、方式也在不斷創(chuàng)新、發(fā)展。所以，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)PLC技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用研究，進(jìn)一步提升機(jī)電設(shè)備的控制水平。

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