張艷軍

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)四礦機(jī)電科，河南 平頂山 467000）

0 引言

在煤礦開(kāi)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(yùn)轉(zhuǎn)效率，提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，提升煤礦開(kāi)采效率，降低開(kāi)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(shí)依托于PLC 控制技術(shù)的遠(yuǎn)程控制能力和自動(dòng)化能力較高，抗干擾性較強(qiáng)，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(yùn)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(qiáng)PLC 控制技術(shù)在煤礦電氣控制中的應(yīng)用研究，對(duì)優(yōu)化煤礦開(kāi)采技術(shù)、提高煤礦開(kāi)采效益、保障煤礦開(kāi)采安全都有著重要的推動(dòng)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(yùn)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(chǔ)器進(jìn)行邏輯運(yùn)算，根據(jù)存儲(chǔ)器中設(shè)定的操作順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)等程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行精確、自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)控制系統(tǒng)對(duì)電氣設(shè)備的操作和運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，既可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的精確操控，極大的提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，讓設(shè)備控制人員遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，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(wèn)題，還能夠精確記錄設(shè)備運(yùn)行和系統(tǒng)操作中的全部數(shù)據(jù)和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，讓工業(yè)設(shè)備在重新開(kāi)啟時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)[1]。

1.2 原理和功能

PLC 控制技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制的升級(jí)優(yōu)化，是一種相對(duì)完善的數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)，其運(yùn)行原理是從外部收集環(huán)境數(shù)據(jù)，然后對(duì)收集到的數(shù)據(jù)類型和數(shù)值進(jìn)行計(jì)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?qǐng)?zhí)行，完成電氣控制的全部過(guò)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(jì)算機(jī)控制，不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的原有功能造成影響，反而能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化的設(shè)備自動(dòng)控制、設(shè)備保護(hù)、故障報(bào)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(qiáng)、使用簡(jiǎn)單、效率高、擴(kuò)展性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的自動(dòng)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(kāi)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(xiǎn)因素嚴(yán)重影響者煤礦的開(kāi)采安全，如果設(shè)備操作人員、維修人員長(zhǎng)期處于危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行操作和維修工作，會(huì)極大的提升安全隱患，造成安全事故的概率會(huì)大大增加。因此，利用PLC 控制技術(shù)對(duì)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(dòng)化控制等特點(diǎn)，在場(chǎng)外進(jìn)行電氣設(shè)備的操控和故障檢測(cè)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(shí)，PLC 控制技術(shù)的抗干擾性能強(qiáng)和操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)也能夠充分保證設(shè)備的使用效率，提升設(shè)備運(yùn)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(kāi)采的安全性。

2.2 提升煤礦開(kāi)采效率和總體收益

PLC 控制技術(shù)能夠在煤礦開(kāi)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(kāi)采效率，實(shí)現(xiàn)總體效益的長(zhǎng)效增長(zhǎng)。PLC 控制技術(shù)能夠自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，并且擁有自動(dòng)化檢測(cè)程序，能夠在設(shè)備故障的第一時(shí)間停止設(shè)備運(yùn)行，發(fā)出故障警報(bào)，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(duì)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(kāi)采效率；也能夠通過(guò)對(duì)設(shè)備參數(shù)的自動(dòng)記錄功能，在重新運(yùn)行設(shè)備時(shí)立即實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全、順利運(yùn)轉(zhuǎn)，不必重新調(diào)整參數(shù)，有效的提升了煤礦開(kāi)采效率；還可以延長(zhǎng)設(shè)備的有效使用壽命，從而降低維修成本，提升綜合開(kāi)采效益。同時(shí)，PLC 控制技術(shù)的具有強(qiáng)大的擴(kuò)展性，可以更加便捷的實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)大規(guī)模，可以隨著煤礦的深入開(kāi)采不斷擴(kuò)容，而且操作程序相對(duì)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)快速拆卸插拔，即使在運(yùn)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(duì)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(wèn)題，極大降低了維修成本，保證了設(shè)備參數(shù)的安全存儲(chǔ)和使用，保障了煤礦開(kāi)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(jī)

當(dāng)前的煤礦開(kāi)采和管理工作中基本實(shí)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(jī)，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(jī)輸送礦石時(shí)，如果設(shè)備長(zhǎng)期全速運(yùn)行，會(huì)造成大量的電力浪費(fèi)，使用PLC 控制系統(tǒng)對(duì)帶式輸送機(jī)的頻率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的精確控制，減少功率浪費(fèi)，最大程度地降低能耗，實(shí)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(shí)間準(zhǔn)確地發(fā)出操作指令，保障帶式輸送機(jī)的啟停過(guò)程穩(wěn)定、準(zhǔn)確，還可以實(shí)時(shí)收集和鎖定作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，并且以此提升帶式輸送機(jī)的運(yùn)行效率。帶式輸送機(jī)的PLC 控制系統(tǒng)，主要包括兩個(gè)重要的組成部分，即信號(hào)采集系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)[3]。其中，信號(hào)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)工作信號(hào)的采集、分析和計(jì)算，然后根據(jù)既定程序?qū)υO(shè)備發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的操作控制，包括了工控機(jī)和人機(jī)交互界面。由于煤礦開(kāi)采工作面的環(huán)境相對(duì)惡劣，地下磁場(chǎng)對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)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(qiáng)，可以有效克服電磁場(chǎng)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的干擾，保證信號(hào)的穩(wěn)定收集和指令傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、自動(dòng)化的帶式輸送機(jī)控制。信號(hào)處理系統(tǒng)主要包括工控機(jī)、輸入模塊和PLC 控制模塊，主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、程序順序控制等功能，保障帶式輸送機(jī)能夠依據(jù)程序設(shè)定和指令輸入實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的設(shè)備控制[4]。

如果帶式輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)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(jī)，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(shí)，PLC 控制系統(tǒng)對(duì)帶式輸送機(jī)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(duì)帶式輸送機(jī)工作的深入認(rèn)識(shí)，有助于幫助操作人員調(diào)整帶式輸送機(jī)的工作參數(shù)，從而提高帶式輸送機(jī)的工作效率，降低故障概率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，對(duì)進(jìn)一步提升煤礦開(kāi)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(jī)

PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以讓提升機(jī)的控制更加自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，既可以有效提高提升機(jī)的作業(yè)效率，還可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的控制精確度，降低提升機(jī)發(fā)生故障的概率，消除安全隱患，讓煤礦開(kāi)采更加便捷且效率。在提升機(jī)中安裝PLC 控制系統(tǒng)，是對(duì)原有繼電器控制系統(tǒng)的替代，因此不需要對(duì)提升機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)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(guò)程中，需要注意將原本的控制臺(tái)進(jìn)行拆除，并在新的控制臺(tái)安裝后進(jìn)行電路檢查和參數(shù)設(shè)置，尤其要對(duì)控制臺(tái)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(yùn)轉(zhuǎn)故障發(fā)生[5]。將PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)用于提升機(jī)，需要在提升機(jī)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(xiàng)參數(shù)準(zhǔn)確無(wú)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(shí)，通常使用在線輸電校對(duì)操作，根據(jù)傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋對(duì)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(jī)中，還要注意在更換提升機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)，要使用多個(gè)線路插頭進(jìn)行更換，并檢查潤(rùn)滑油情況，保障提升機(jī)內(nèi)部的油泵系統(tǒng)可以順利穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC 控制系統(tǒng)安裝完成后，要進(jìn)行試運(yùn)行檢測(cè)，防止產(chǎn)生系統(tǒng)不兼容性問(wèn)題導(dǎo)致提升機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行故障。技術(shù)人員需要對(duì)設(shè)備運(yùn)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(shí)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(duì)提升機(jī)進(jìn)行試運(yùn)行，如果試運(yùn)行過(guò)程中提升機(jī)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(jī)可以進(jìn)行實(shí)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(shí)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(gè)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(jī)的順利運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，井下風(fēng)門兩側(cè)會(huì)由于風(fēng)壓不同產(chǎn)生壓力差，開(kāi)啟風(fēng)門的壓力較大，難以順利打開(kāi)風(fēng)門，而風(fēng)門關(guān)閉時(shí)，也會(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)效率的重要方法。利用氣缸傳動(dòng)的方式對(duì)風(fēng)門進(jìn)行壓力控制，能夠極大的提升開(kāi)門動(dòng)力，防止由于封門兩側(cè)壓力差過(guò)大導(dǎo)致風(fēng)門無(wú)法打開(kāi)的問(wèn)題。該方法利用多個(gè)小風(fēng)窗對(duì)風(fēng)門進(jìn)行控制帶動(dòng)，改善風(fēng)門打開(kāi)的壓力條件，保障風(fēng)門順利運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠極大地降低打開(kāi)風(fēng)門所需的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)氣缸傳送帶進(jìn)行精確控制，根據(jù)傳感器檢測(cè)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(duì)井下風(fēng)門的狀態(tài)進(jìn)行感應(yīng)實(shí)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(jì)算并發(fā)出相應(yīng)的控制指令信號(hào)，由氣缸的電磁閥接收信號(hào)，控制氣缸進(jìn)行活塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)門的傳動(dòng)控制。當(dāng)感應(yīng)器檢測(cè)到風(fēng)門角度為90°時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)會(huì)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(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)向電磁閥發(fā)出反向運(yùn)轉(zhuǎn)指令。從而關(guān)閉風(fēng)門。各個(gè)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(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、刮板輸送機(jī)、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(duì)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(kāi)停集中控制、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的集中調(diào)整、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的集中監(jiān)測(cè)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(gè)PLC 系統(tǒng)分站，PLC 主站與各分站保持全面連接、控制，通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)順煤流停車和逆煤流起車進(jìn)行精確控制，防止運(yùn)煤車輛堵塞，提升煤礦生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

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(jiǎn)單、使用方便、抗干擾性強(qiáng)、性能優(yōu)越等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，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(yùn)轉(zhuǎn)效率，提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，提升煤礦開(kāi)采效率，降低開(kāi)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。