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摘要：详细分析了PLC在自动化系统中的应用,探讨了PLC在煤矿自动装车系统中的应用原理和软、硬件设计。PLC在自动化系统与煤矿自动装车系统中的应用,降低了煤矿装车成本,提高了控制精度,保证了系统的安全性与稳定性,具有广阔的应用前景。
关键词：自动装车系统；PLC；原理功能；应用设计
一、PLC概述
PLC的应用范围十分广泛，不论是煤矿生产，还是机械加工，都可以通过PLC构建自动化的控制系统，实现生产自动化。PLC又称为可编程逻辑控制器，通过编制逻辑程序，对硬件动作进行条件限制，进而实现生产控制自动化。PLC基于二进制运算，可以将脉冲信号转化为数字信号，通过运算软件对数字信号进行分析处理，再转化为脉冲信号实现输出。在某种程度上来说，PLC和计算机比较相似，都是由ＣＰＵ、输入、输出、储存器和电源这五个部分构成的。实现PLC自动控制，对于煤矿生产具有积极作用。首先，通过PLC自动控制系统可以实现煤矿生产作业自动化，减少人力投入，相应地就可以
减少人为因素对煤矿生产形成的影响，提升煤矿生产安全程度。其次，通过PLC自动控制系统可以提升煤矿生产各个环节的衔接度，实现煤矿生产各环节的高效衔接，提升煤矿生产效率。最后，通过PLC自动控制系统可以实现变频控制，根据实际工作需求自动调整机械运行状态，降低机械运行过程的能耗，有助于提升企业经济效益。虽然PLC自动控制系统的功能强大，并且在许多领域都有十分广泛的应用。但是，PLC系统相对来说也是比较脆弱的，容易受到各种内部因素和外部因素的干扰，进而导致程序执行出现错误，自动化功能受到阻碍。比如，温度因素会影响传感器的精确度和灵敏度，电磁因素会影响数据信号传输的稳定性和可靠性，煤矿井下的安全因素可能导致PLC系统硬件受到破坏。所以，在构建PLC自动控制系统时，应当充分考虑各种影响因素，做好相应的应对措施，将外界因素和内部因素的干扰降至最低，确保PLC系统能够发挥出根本效用。
二、煤矿自动装车系统的工作原理和要求
煤矿自动装车系统主要包括煤仓、自动给煤机、皮带传输设备、煤矿皮带秤，以及煤矿电子输送轨道等设备。煤矿自动装车系统的工作流程为：煤矿车按顺序进入煤矿车内，并依此停靠在煤矿电子输送轨道上这个时候煤矿自动装车系统会发出控制信号，自行启动煤仓内的给煤机给煤矿车转载煤矿此时煤仓内的煤矿皮带秤也会处于工作状态并随时显示煤矿车的装煤质量，当达到预设定的煤矿车的装载量时，系统发出控制信号改变溜煤槽的方向．装满煤矿车往前开动，下一辆煤矿车自动填补上一辆的位置。依此类推，当最后一辆煤矿车装载完煤矿后，系统自动关闭煤矿皮带秤的等设备．并处于待机状态，以等候下次煤矿的装车。
煤矿自动装车系统要求较高，主要有：煤矿自动装车系统需要随时监控煤仓、煤矿皮带秤，以及给煤机的运行状态和各种保证煤矿自动装车系统正常运行的系统参数煤矿自动装车系统的启动和停止、以及在煤矿自动装车系统出现问题的时候，整个系统都必须按照一定的顺序进行控制煤矿自动装车系统需要配有三种工作模式：自动控制方式、现场点动控制模式、以及手动控制模式。整个系统在工作的过程可以自动的生成一些重要的设备参数、带有自动报警和系统自动故障检测功能。
三、PLC自动装车系统的硬件组成和软件设计
3.1硬件组成
硬件组成是PLC自动装车系统构建的基本前提，一般来说可以分为三个环节，即PLC选型、I/O模块设计和外部接线。PLC选型就是根据自动装车系统的构建要求，选择适当的功能模块。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于自动装车系统主要是通过开关量控制实现控制任务，因此需要选择具有A/D转换输入模块和D/A转换输出模块的控制器，同时还需选择相对应的各型传感器，诸如压力传感器、温度传感器等。具体型号可以选择SMATICS7－300型的PLC，结构优良，坚固耐用，并且具有良好的通讯能力和扩展能力，非常适用于煤矿自动装车系统构建。
I/O模块设计需要着重考虑监控状态量，根据实际情况而言，主要应该监控以下状态量：一是对煤仓煤量利用料位进行监控；二是利用温度传感器对电机的转子、轴承、绕组等部件的温度进行监控；三是对主回路、控制电路的电压、电流等进行监控；四是对给煤机、绞车、皮带机等设备的运行状态进行监控；五是对集控中心的指令通过控制模块进行传输，实现自动化控制。外部接线应该根据实际情况进行，总的来说主要包括了以下几个方面：一是电源选用，通常使用200V的交流电源作为PLC电源，为了防止供电出现波动，可以设置隔离变压器，并且需要设置独立断路器；二是接地处理，对于PLC而言，基本上可以不进行接地处理，但是，如果接地条件存在，则应该尽量进行接地处理，确保PLC系统安全，提升其抗干扰能力；三是PLC可以和电流型设备连接，但不可与电压型设备连接。尤其是在设计I/O时，需要充分考虑设备兼容性以及电流、电压的影响；四是漏电流可能对PLC输出造成影响，可以并联旁路电阻到负载两端，以此削弱PLC受到的影响。
3.2控制系统的软件设计
系统的软件设计包括PLC软件设计和上位机软件设计。
(1)PLC软件设计
对于选定的S7-300型号PLC可采用STEP7进行编程。STEP7编程软件可以方便地使用梯形图和语言表进行离线编程，经过编译后直接载入PLC内存中，并可以通过调试运行，监测各输入、输出点的通断情况予以修改。给工作人员带来很大的方便。根据矿车自动装车的工艺流程，此程序采用模块化结构进行编程，由一个主程序和若干子程序组成，并采用梯形图和语言表相结合的方式。具体设计方案如下：（1）初始化程序：程序初始化是主程序的部分任务，主要是给出系统的控制变量，列车的车厢数目、长度，绞车的初始速度，装车方式等参数。（2）主程序：主程序主要是实现对初始化及各子程序的调用。定量仓漏斗放料、装车、称重及带式输送机的运转等过程通过子程序供主程序调用。料位计每隔3s向PLC反馈一次装煤量，以便调节绞车的速度。（3）启停程序：PLC程序中，设备具有上下级闭锁关系。即在保证下级设备能可靠启动，则发出的上级执行命令才是有效的；若出现故障则停止，并发出警报。
(2)上位机软件设计
本系统采用的是S7300系列的PLC及STEP7编程工具。因为WinCC本身存在S7300的驱动软件，所以PLC与上位机的连接就很容易实现。WinCC提供了SIMATICS7ProtocolSuite的通信驱动程序，此驱动程序支持多种网络协议和类型，可以通过它的通道单元建立与S7-300的通信。工作过程为：WinCC变量管理器运行WinCC变量，从中取出请求的变量值，此过程通过集成在WinCC项目中的通信驱动程序来实现。通信驱动程序利用其通道单元构成WinCC与过程处理之间的接口。WinCC通信驱动程序通过通信处理器来向PLC发送请求消息，通信处理器将回答相应消息请求的过程值发回WinCC，从而实现WinCC与PLC之间的通信。通信建立的步骤可概括为：①创建物理连接；②添加适当的通道驱动程序；③在适当通道单元下建立连接；④在连接下建立变量。
结语
本设计是根据生产需要，采用PLC与上位机的联合控制的方式实现矿车自动装车。在设计中对放料门的控制采用了模糊控制的理念，大大增加了装车的精度。另外，可编程控制器具有的计算和逻辑功能，程序简单、形象、修改性强等优点都大大提高了其操作性。此设计使矿山网络信息化管理得以实现，对煤矿的生产效率有很好地促进作用。
参考文献：
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论文作者:吴昊强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/30
标签：煤矿论文; 系统论文; 设备论文; 通信论文; 主程序论文; 因素论文; 软件论文; 《防护工程》2018年第19期论文;