（神华准能有限公司选煤厂 内蒙古鄂尔多斯 010300）
摘要：随着煤矿企业对生产安全和效率的不断重视，PLC技术逐步应用于煤矿机电控制系统，发挥了其显著地作用。通过对PLC工作原理及在煤矿机电系统中的应用分析，得出该技术能够快速收集信息，通过逻辑计算，及时反映执行命令。文章介绍了PLC技术在绞车、提升机、皮带运输机等子系统中的显著作用，总结了PLC技术在煤矿机电系统中优势及缺陷。PLC技术的应用提高了生产效率，降低了能耗，大大的降低了事故发生的概率。
关键词：煤矿机电系统；PLC技术；控制
1前言
PLC应用的是数字化运算系统，具有较强的逻辑性以及自动化水平。与以往所应用的机电设备安全控制系统对比而言，PLC的应用，能够确保机电设备控制过程更为可靠、便捷，从而提升机电设备的运行效率，确保开采作业的安全性，增加煤矿企业的经济效益。
2PLC的基本概念
可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
3PLC集中控制系统构成
3.1中央处理器单元（CPU）
中央处理器单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
3.2存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
3.3电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
3.4输入输出接口电路
（1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
（2）现场输出接口电路由输出数据寄存器，选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
4PLC软件程序要求
软件程序主要由系统控制部分和保护系统部分组成。系统控制主要实现给煤机、振动筛、带式输送机的顺序控制；保护系统主要实现输送带的打滑、撕裂、跑偏、堵料、拉绳等特殊情况的报警。
系统控制部分：
系统设有自动/手动两种控制方式。设备的启动分为正常启动和有煤启动2种启动方式。当输送带上没有煤的时候先启动1号输送带，然后延时启动给煤机，当一号输送带的煤运送到2号输送带的时候，2号输送带启动，这样可以减少2号输送带的空转时间。此种启动方法为顺煤流启动。当输送带上有煤块的时候，先启动2号输送带，再启动1号输送带，最后启动给煤机。此方法为逆煤流启动。
保护系统部分：
（1）跑偏保护：皮带输送机跑偏的根本原因是输送带在运行过程中，横向受力不平衡。
（2）打滑保护：皮带打滑的主要原因是张紧力下降，皮带对驱动滚筒的包覆摩擦力不够，造成皮带打滑。通常使用速度传感器，当带式输送机运行时，在驱动滚筒与输送带之间接触部分产生相对位移并持续时间2S以上时，实现保护后延时停机。
（3）堵料保护：当卸载点煤发生堆积或溜槽堵塞使煤超出预定位置并持续一定时间，实现保护后延时停机。传感器采用两种方式：其一，煤位开关型，当煤位上升时，使传感器倾斜到一定角度时，内部行程开关动作实现保护；其二，当采用电极式煤位探头与煤堆之间的煤电阻变化，实现保护。
5PLC选型
PLC机型选择的原则：一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从一下几个方面来考虑：
5.1对输入/输出点的选择要先弄清楚控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的15到20%留出备用量(为系统的改造等留有余地)后确定所需PLC的点数。PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
5.2对存储容量的选择，对用户存储容量只能作粗略的估算；在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘10字/点+输出总点数乘5字/点来估算；计数器/定时器按钮（3到5）字/个估算；有运算处理时按（5到10）字/量估算；在有模拟量输入/输出的系统中，可以按每输入（或输出）一路模拟量约需（80到100）字左右的存储容量来估算：有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算。最后，一般按估算容量的50-100%留有余量。对缺乏经验的人，选择容量时留有余量要大些。
5.3对I/O响应时间的选择PLC的I/O响应时间包括输入电路延时、输出电路延时和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在2到3个扫描周期）等。对开关量的控制的系统，PLC的I/O响应时间都满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环控制系统就要考虑这个问题。
5.4根据输出负载的特点选型，不同的负载对PLC的输出方式有响应的要求。例如：频繁通断的感性负载，应该选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电保护输出型的。但继电器输出型的PLC有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬间过电压和过电流的能力，其负载电压灵活且电压等级范围等所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出的PLC。
5.5对在线和离线编程的选择，离线编程是指主机和编程器公用一个CPU，通过编程器的方式选择开关来选择PLC的编程、监控和运行工作状态。在线编程是指主机和编程器各有一个CPU，主机的CPU完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。对产品定型、工艺过程不变动的系统可以选择离线编程，以降低设备的投资费用。
5.6根据是否联网通信选型，若PLC控制的系统需要联入工厂自动化网络，则PLC需要有通信联网功能，即要求PLC应具有连接其他PLC、上位计算机及CRT等的接口。大、中型机都有通信功能，目前部分小型机也具有通信功能。
5.7对PLC结构形式的选择，在相同功能和相同I/O点数的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便，容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。
6系统构成及控制过程
皮带运输机控制系统由两级系统构成：一级基础自动化系统，二级完成监控和操作的人机界面系统。
基础自动化系统采用Logix5000系列PLC，由完成控制功能的PLC、完成系统监控和操作的人机界面操作员站、现场执行机构和传感器组成；上位机监控系统采用亚控的组态王软件进行设计。
一级基础自动化控制主要控制出现异常情况时进行报警和紧急停车，二级主要用来进行参数设定、启动和人工紧急停止。
7系统设计
皮带运输机系统是以PLC为核心、对皮带运输机的运行情况进行实时在线控制和监督的自动化系统，通过PLC和组态王。该系统可以实现对所有现场在线设的程序控制管理、完全联锁控制等功能，并显示各种操作画面和模拟现场，对事故信号进行报警以及打印报表等。
该系统主要特点：
1、开放式的机构，具有极大地灵活性、可扩展性；
2、便利的维护手段，可在线维护；
3、先进的硬件控制设备，具有高抗干扰能力、高可靠性；
4、高可靠性的检测仪表；
5、集中操作，分散控制的思想；
6、通用的软件开发平台，智能的设备管理和监控软件。
该系统主要具备有检测皮带机打滑、温度、撕裂、跑偏、拉绳、堵料、等功能。当出现异常情况时，PLC控制电机紧急停止，同时报警并把信息传到上位机，由操作人员进行分析检修，完成后重新启动。
8数字量模块
数字量输出模块DI：将外部采集到得信号输入到PLC，例如保护PLC的DI将皮带撕裂、打滑、跑偏、拉绳、堵料、温度等信号采集进来；以完成监视保护功能。
数字量输出模块DO：将PLC内部运算结果输出，例如保护PLC的DO将正常启动，自动 控制、手动控制、综合故障等输出；操作PLC的DO输出来控制继电器，以完成监视、控制和保护功能。
模拟量输入模块AI：将外部的模拟量采集进来送给PLC，如皮带的打滑和温度，以完成监视保护功能。
模拟量输出模块AO:模拟量输出模块AO：将PLC计算好的数字量，如皮带的速度等转换成模拟量输出到上位机上，以完成监视功能。
9系统软件
该系统中，PLC程序执行变频器的启动/停止控制和皮带机的行程和打滑监控任务，变频器根据给定的信号和反馈的信号控制皮带机的速度；PLC通过传感器通过传感器得到信号来控制皮带机是否停止、报警器是否报警。为了更加安全可靠运行，我们还设置了自动手动切换。
10PLC与上位机之间的通信
在现场环境恶劣的条件下，采用上位机监控措施可直接将故障显示出来，从而提高整个系统故障的诊断效率，减少故障的维修时间，提高整个电控系统的可靠性。本系统利用CAN总线与上位机进行通信，可将各种信息传输到上位机，从而实现对系统的实时监控。部分子程序和中断程序分别。
11带式输送机
在煤矿电器控制中，PLC控制技术在运带式输送机中得到了应用，对其进行应用可以让煤矿企业生产效率的提高具有作用。利用制动盘和闸瓦的摩擦，可以让制动力矩产生，利用液压站，可以对两者之间制动力进行调节。通常情况下，在运行过程中，设备的正压力是0，此时系统油压能够到达峰值，制动闸处于没有打开的状态，闸瓦和制动盘的间隔距离大约为1.3mm，设备制动时，依照工作人员的操作可以让电液控制系统发出控制指令，在控制命令下达之后，设备会按照命令来减少油压，进而控制设备的制动。如果环境中温度是40℃，那么盘式可控制动装置的频率是一小时10次，在设计过程中，液压控制系统在系统内部结构是完全对称的，对于运带式输送机的工作要求可以达到完全满足，利用传感器，可以完成采集中各项信息传输显示器中，以供工作人员进行观察和分析。如在我国某煤矿企业中，就结合了PLC技术进行电器控制管理，其系统主要设备选择了三菱FX2N-48MT-001型可编程控制器和KJD18胶带综合保护装置。
12结束语
随着时代的发展以及社会的进步，我国的社会生产、生活对于煤炭资源的需求量进一步提升。在这样的背景之下，为了进一步促进各方效益的取得，需要加强对于PLC集中控制系统的运用。随着相关措施的落实到位，我国的煤矿输煤设备必将获得长足的发展，并由此促进更高的经济和社会效益。
参考文献
[1]肖明耀.PLC 原理与应用。中国劳动社会保障出版社[M].2006；
[2]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京：化学工业出版社，2003
[3]孙振强.可编程控制器原理及应用教程[M].北京：清华大学出版社
[4]沈树国.孙益.井下带式输送机综合保护控制装置[M].2002
[5]李品.胶带输送机打滑故障分析[M].陕西煤炭.2005
论文作者:杨金刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/8
标签：系统论文; 输送带论文; 皮带论文; 程序论文; 煤矿论文; 上位论文; 控制系统论文; 《电力设备》2017年第35期论文;