PLC技術在煤礦機電設備中的應用

張文波 山西華潤煤業有限公司

中國是世界第一產煤大國，也是煤炭消費大國。21世紀是信息化時代，隨著計算機信息技術及機械自動化技術的迅速發展，依托信息化技術進一步提高了我國煤礦開采質量，推動了煤炭工業現代化建設。信息化是煤炭產業升級的助推器，PLC技術的合理應用，大幅提升了我國煤礦機電設備自動化控制水平，取代了傳統人工煤礦作業方式，有效提高了煤礦開采作業效率，為煤礦安全生產運營管理提供了技術保障。

一、PLC技術的應用優勢

PLC是可編輯邏輯控制器的簡稱，是一種專用于工業控制的計算機。通過用戶輸入的指令，PLC技術可以對數據進行邏輯運算和機械定時，從而實時控制各類機電設備。將PLC技術用于煤礦機電設備，可有效提升機電設備控制的可靠性，其應用優勢如下：

（一）可靠性高

在煤礦資源開采中，因其特殊性，開采安全風險隱患大。因此，必須高度重視機電設備控制，嚴控設備故障，避免發生安全事故，造成嚴重損失。PLC技術具有可靠性高，抗干擾能力強等特點，平均無故障時間可以達到數萬小時以上，故障率極低，同時具備完善的自診斷和顯示功能，將其用于煤礦機電設備，可以很好地提高設備的安全性能。同時，還能實時監控設備運行狀態，為機電設備安全運行提供可靠保障。

（二）實用功能多

PLC功能強，具有很多實用功能，一臺小型PLC內就有幾千種，甚至更多可供用戶使用的編程元件，能夠滿足復雜控制需求。在煤礦機電控制中，能夠借助于PLC的強大運算數據功能，實現機電設備精確控制，做好機電設備故障檢測、溫度調控和位置監管等工作，并能夠強化機電設備控制效率，大大降低工作人員的勞動強度。

（三）節能效果好

“節能減排”是我國能源事業發展的基本國策，煤礦產業作為能耗較大的行業，如何建設綠色礦山成為近幾年關注的焦點。煤礦開采難度大，技術復雜，生產任務重，在生產過程中，機電設備能耗嚴重，若不緊跟時代步伐，積極采用先進的信息化技術，將會阻礙煤礦事業發展。相比傳統繼電器，PLC能耗極低，煤礦生產采用PLC技術正是響應了國家節能、減排的號召，是實現煤礦產業可持續發展的重要途徑。

二、案例分析

煤礦開采生產中，礦井提升機是各個工作點連接的關鍵節點。電控系統是提升機的核心組成部件，電控系統運轉是否正常將會對提升機的正常工作造成嚴重影響。一旦發生電控系統故障，將會給轉移井下機械、運轉煤炭、接送人員進出工作面等工作的開展帶來嚴重安全危害，為此，本文以PLC技術在煤礦提升機中的應用為例展開探討，希望能夠找出問題，積極完成改造，消除安全隱患，保障煤礦生產安全。

某礦井提升機投入使用時間較長，已基本達到設計使用年限，在運行時產生的噪音和高溫環境，將會對井下工作人員造成嚴重影響。此外，根據現場觀測可知，該提升機元件老化問題較為嚴重，穩定性不足，甚至發生過停車不穩、制動反應慢等情況，已無法滿足礦井安全生產要求。經匯總與分析，主要問題如下：

1.系統過于臃腫。該提升機電控系統采用的模擬調節方式，此類調節方式分立元件數量很多，在環境溫度長期影響下，很容易出現系統振蕩、短時間內內部功率迅速增長等現象，甚至會發生觸發熔斷器與提升機緊急制動等問題，一旦產生上述問題，將會嚴重影響生產效率。此外，在功率不斷變化過程中，電流和速度監測結果顯示異常，不能精確控制電控系統，將會對提升機運行安全造成嚴重影響。

2.設備損耗嚴重。據調查發現，在提升機減速停車環節，原電控系統會出現跳級切換電阻現象，從而影響系統內部電流情況，產生較大變化，促使觸發脈沖混亂，在此環節控制系統的電控元件極易被損壞，將會大大增加設備保養和維修費用。

3.控制可靠性下降。原電控系統PLC控制結構僅有1套，需依托開關位置的電信號工作，當受到高負荷沖擊時，很容易發生控制系統電路失效現象，或干擾電信號線路情況，由于沒有備用線路，很難合理控制設備運行速度，導致系統控制可靠性低。經設備維修資料顯示，原系統使用階段已發生多次錯位停車、超行程以及掉道事故，對井下安全生產影響甚大。

三、PLC技術改造方案與應用

控制柜、輔助柜、低壓柜、主整流柜、勵磁柜、高壓柜、平波電抗器、快速斷路器等為本次改造電控系統的主要部件，核心控制部位采用PLC，分別用于主控、輔控，主控下接操作臺、控制柜、輔助柜和高壓柜等，在老設備基礎上所選硬件設備均需更新，這樣將會大幅加快安裝和連接速度，避免嚴重影響生產正常運行狀態。

系統裝置內設有2臺PLC，分別用于主控、輔控，軟回路和硬回路共同存在，可滿足煤礦安全相關規定的安全回路數量需求。主控PLC功能主要在于2點，其一，啟動程序，產生提升機工作信號；其二，觸發停止，保證在緊急狀態下閉鎖。當輔控PLC與主控PLC共同作用時，則可達到以下功能：

第一，緊急制動。當一條線路出現故障，那么，另一臺PLC將成為主控設備，從而完成提升機緊急制動工作，保證運行安全。

第二，連續監測。PLC具有實時監測功能，可生成運行速度曲線，同時采集、分析與匯總系統內部電信號與其他信息，為故障判定提供準確、客觀、真實的數據。

第三，定點監測。在提升機即將停車時，通過電磁開關，可定點監測將要到達指定停車點的提升機速度，若速度超過規定值，便會觸發停車保護動作。

四、PLC技術改造效果分析

1. PLC、編碼器是組成數字行程監控器的主要成分，可以實時監控提升機速度，除了能夠滿足數字行程罐位顯示以外，還能同步校正編碼器。

2.改造后采用現場總線技術，可滿足提升機邏輯控制及保護功能等需求，保證系統安全，同時還能達到電控系統和計算機聯網，進一步提高控制的可靠性。

3.安全回路與其他正?；芈贩珠_，選用繼電器雙重保護回路，獨立運行，且互為安全冗余，能夠在監視器上實時監測電控系統的工作狀態，當出現異常情況時，便會觸發停車保護動作，有效避免嚴重安全事故發生。

4.PLC、安全繼電器、可調閘模塊是提升機制動控制系統的主要構成部分，一旦出現故障，安全回路將會斷開，利用PLC采集到的速度信號和油壓信號，可以對液壓站制動電液閥進行PID閉環控制，從而達到液壓站減速制動作用。

五、結束語

綜上所述，PLC技術在煤礦機電設備中的應用，可以有效提高煤礦生產的安全性，簡化機電系統結構，實時監測煤礦機電設備運行狀態和煤礦生產環境，具有較強的抗干擾能力，進一步提升了煤礦機電設備運行的整體效率。