煤矿井下生产系统中的PLC应用.pdf

煤矿井下生产 系统中的 P L C应用 高冲 晋煤集团 金鼎 煤机 金沁公司 摘要 P L C控制技术是一种 广泛应用于工业生 产各个领域 的控 制 方法， 它具 有结 构简 单、 性 能可靠、 抗 干扰性强 、 使用规范 、 编程 方 便 等众多优 点， 而正是 由于这些优点使得 P L C控制技术得 到越来越 多的认可 ， 目前我 国的煤矿相关设备 ， 随着 不断发展进步 ， 朝着 大型 化 、 自动化、 智 能化 方向发展。 本 文结 合 自己工作和考察 ， 对一些井下 设 备中涉及到 的 P L C控制技术和相 关控制原理 的认识 ，对 P L C控 制 技术在煤矿 井下生产 系统 中应用 的发展前景展望。 关键词 P L C控制技术 自动化智能化 0 引言 我 国是 一个 以煤 为 主要 能 源 的国 家 ， 目前 煤炭在 能源 消 费 结构 中 占 7 0 ％ 以上 ， 在今 后 相 当长 的一 段 时期 内 ， 煤 炭 仍 将 是 我 国 能源 的支柱 产业 ，这 是 由我 国 的 国情 决 定 的。所 以近年 来 我 国实行 煤炭 行 业 的整 改 ， 随着 整 改 以及 行 业 的发展 ， 煤矿 设备 也 逐渐 朝着 自动化 、 大型 化、 智 能化 等 方面 发展 。 P L C控 制 技术在 煤矿 设 备控 制 中扮演 着举 足 轻重的作 用。 传统 的煤矿设备控制多使用继 电器 一接触器 来进行相关设备 的控制 ， 而这种控制 方法可靠性差 ， 故障 率高 ， 并且使用环境受限严重 而近年来 不断发展的 P L C 控 制 技术 具 有结 构简 单 、 可 靠性 高 、 抗 干 扰 能力 强 、 使用 方 便 等 众 多优 点⋯ ， 也 正 是 由于 P L C控 制 技 术 的众 多优 点 使 得 该种 控 制技 术在 煤矿 井下 生产 中 的应用 越来 越广 泛。 1 P L C概 述 1 ． 1 P L C控制技 术 的定 义 P L C P r o g r a mma b l e L o g i c C o n t r o l l e r 也就是 可编程逻 辑控制器 ， 它采用一 类可编程 的 存储 器 ， 用于 其 内部相 关控 制程序 的存 储 ， 并执 行相 关 的逻 辑运算， 顺序控制 ， 定时， 计数与算数操作等面 向用户 的指 令 ， 并且通 过数字或者模 拟式 的输 入以及输 出变量控制 各种 类型 的机械或者生 产过程12 1 。而实际上 P L C是一种 用于 生产 设备控制的计算机 ， 有电源、 中央处理单元、 存储器、 输入输 出接口电路、 功能模块、 通信模块等几个基本部分组成。 通过 各个模块之 间的协调 工作 ， 按 照用户 已经 写入 的控制 程序来 执 行相关 的指令 ， 并 达到想要 的控制 目的。 1 。 2 P L C控 制 技术 的工作 原 理 P L C控制 技 术 的实现 首 先依 赖于 P L C中 的硬 件基 础 ，首 先是 存储 用 户 程序 的 E E P R 0M 存 储 器 ， CMOS静 态 R AM 或 者 E P R 0M 存 储 器 ，此存储器 可 以使 用 紫外线 擦 出或者 电改写 方式修 改用 户程序。用户程序是可以修改的， 同时也是 P L C控制技术 能够 实现相应 功 能的基础 ， 用户根 据 实际工作 要 求 ， 使 用计 算机语言 编 写的程序 ，这部 分程 序可 以根据 用户 要 求进 行 创建、 修 改、 编辑、 编译等操作。另外在 P L C中还有另外一 种程 序 系统程 序 ， 这列 程序 是 不能改 动 的 ， 一般存 放在 E P R 0M 或 者 P R 0M 中 ， 用户 不能访 问 ， 也不 能修 改同 。 1 ． 3 P L C控 制技 术 的特点 q 使用 方便 ， 程序 简 单。在 矿业 中使用 P L C控制技术中， 大多使用梯形图 ， 逻辑图等 图形符号 ， 这种表达 方式和传统控制继 电器控制 电路非常 接 近 ，所 以对于 工 程技 术人 员来 说 是 非常 容 易接 受 的 ， 并 且 P L C的生 产 研 发周 期相 应 的也 会缩 短 。编 程 语言 也 是 非常 简单 的 ， 非 常容 易学 习掌握 ， 另 外在 控制 过 程 中 ， 多数 功 能 实现 自动 化 ，并 且 设备 的设 计本 身就 非 常人 性化 ， 控 制 操作 简单 方 便易懂 。 环 保 。这个 方面可 以有 三个 小 的 方面 来体 现 首 先是 P L C控制 器 体积 比较 小 ， 这 对于 煤矿 井下狭 小 的 空间来 说 是 非常 关键 的 ， 能够 节省 空 间便 于控 制 ； 其 次 是 P L C控 制 器 比较 轻 便 ， 重量 小 的 能够 在 1 O O g 以下 ， 能 够在 矿 井下 移 动 方便 ； 另 外 就是 P L C控制 器 实 现 控 制 的能耗 较低 ， 能够节 约 能源 ， 响应 绿色 生产 的号 召。 、 灵敏度高 ， 性能可靠。这方面的特点是由 P L C控制器本身 的设 计 制造 决 定 的 ， P L C 内部 电路 多采 用抗 干扰 技 术 ， 并 且 生 产 的要 求 非常 严格 ，使得 P L C本 身 的工作 性 能 非 常 可 靠 ， 抗 干 扰 能 力 也 非常 强 ， 另 外 结 合不 同 的故 障 自我 诊 断保护 ， 使得 系统 的可靠 性进 一步增 强I I 。 2 P L C控制技术在矿井中的应用 2 ． 1 P L C控制 技 术在 煤矿 矿 井提 升机 中 的应用 矿 井 的提升 机是 矿 山重 要 的设 备 ， 肩负 着煤 矿 ， 人 员 ， 相 关 设备 的运输责任 1 。采用 P L C控制技术控制的矿井提升机系统 主 要有 主 控 系统 ， 调速 系统 ， 监控 系统 以及辅 助控 制 系统 等 几部 分组 成旧 如 图 1 。 图 1 对于 P L C控 制 技 术在 提升 机 中的具 体 应用 可 以从 提 升机各个组成系统来说。 首 先是 主控 系统 ， 通 过 人 为 编 写控 制 程 序 ， 能够 通 过 P L C 对矿 井 提升 机 进 行 手动 ， 自动 以及 常 规 控制 ， 并 且 还 能够 与保护 系统和 调速 系统 结合 ， 使 得在 提升 机运 行 过程 中 的减 速 ， 刹 车 ， 启 动 ， 运 行 以及 过 卷 等 情 况 进 行 合 理 控 制 。并 且在 此过 程 中多使 用脉 冲 编码 器 ， 能够 实现 信 息 的 数 字控 制 ， 使得 对提 升机 的控制 更加 精 ； 隹， 快捷。另外 在 这 个系统 中由于一方面需要计算机系统来进行控制 ， 另一方 面 ， 为 了和 矿 井整 体控 制 系统相 融 合还 设 置 了与矿 井 其他 控 制部 分 的接 口。其 次是 监控 系统 ， 这部 分 有 P L C和 编码 器 组 成 ， 通 过 传 感器 等设 备 采 集提 升 机 的 深度 ， 速 度 等信 息， 将这部分信息作 为 P L C控制程序执行的辅助条件 ， 一 方面 使得 P L C对提 升 机 的速 度 ， 深 度 等控 制 更加 精； 隹； 另 一 方面也 会输 出其他 操作 信号 或 者保护 信号 。 最 后是 安 全 保护 系统 ，保 护 系统 是 由两 部 分 P L C组成 的 ，能够 实 现 P L C的相互 冗 余 。这部 分通 过 P L C控 制 实现 对 提升 机 工 作 系统 中 出现 的提 升 过卷 、 低压 电源 断 电或者 故 障 、 通讯 故障、深度显示故障、 P L C编码器失效等多种故障进行相 应 的保护 ， 确 保 提升 机 系统正 常工作 。 1 8 矿用三牙轮钻头改进的研究 纪文胜 郭红雨 江少辉 高景俊 鞍钢集团 矿业 公司 摘要 矿用三牙轮钻头是矿 山牙轮钻机用穿孔工具 ， 鞍钢矿山牙 轮钻机 的空气压缩机逐渐由滑片式空气压缩机转变成螺杆 式空气压 缩机 ， 导致钻头使用寿命 降低 ， 需要研 制新 产品 以适应。文中介绍新 产 品 K X 8 3 2 2 5 0型风 冷轴承压气排 渣三 牙轮钻头 非密封 的研 制 涪B 分替代原 品种 K X 8 3 2 5 0 ， 提高穿孔米道。 关键词 钻 头研制米道提高 1问题 的提出及原因分析 1 ． 1 问题 的提 出 矿 用 三 牙轮钻 头 是矿 山露 天开 采 穿孔 的 重要工 具 ， 不 同矿 山矿 、 岩 石 的特性 应 用 不 同型 号 的钻 头 ， 目前 主要 有 K X 5 4 软 、 K X 6 4 中 、 K X 7 4 硬 、 K X 8 4 极 硬 四种 类 型。 近年 来 ， 鞍钢 矿业 公 司各矿 山牙 轮钻 机 的空气 压缩 机 逐渐 由滑片式 空气压 缩机 转 变成 螺杆式 空 气压缩 机。由于 空 气压 缩 机 方 式 的改 变 对 牙轮 钻头 使 用 寿 命造 成 了很 大 影响， 牙轮钻头使用寿命降低 2 5 ． 9 ％一 5 8 ． 2 ％不等。 1 ． 2 使 用原 品 种 K X 8 3 2 5 0钻 头 2 0 0 9年 与 2 0 0 8 年穿孔米道数对比 2 0 0 8年 全年 穿 孔 1 9 1 8 1 0 7 ． 2米 ， 使 用钻 头 4 8 2 9支 ， 单支平均 3 9 7 ． 2米 ／ 支 ； 2 0 0 9年全年穿孔 1 8 8 1 2 2 7米 ， 使 用钻 头 5 1 3 1支 ， 单 支平 均 3 6 6 ． 6米 ／ 支 。 同 比 2 0 0 9年较 2 0 0 8年 钻 头单 支平 均米 数下 降 3 0 ． 6米 。2 0 1 0年 1 2月 份 穿 孔 3 1 0 2 4 7米 ， 使用 钻 头 8 7 1支 ， 单 支平 均 3 4 8 ． 2米 ／ 支 同比 2 0 0 9年钻头单支平均米数下降 1 8 ． 4米。 1 ． 3 原 因分析 1 ． 3 ． 1滑片式空气压缩机排气压力为 0 ． 2 8 MP a 、 螺杆 空气 压缩 机 排 气压 力 为 0 ． 4 5 MP a ， 排 风量 增加 了 6 2 ． 2 ％ ； 滑片式空气压缩机排风量为 2 8 m3 ／ mi n和 3 7 m3 ／ mi n ， 螺杆 空气 压缩 机 排 风量 为 4 O m3 ／ m n ， 机排 风 量 增加 了 3 0 ％ 和 7 ． 5 ％ 排 气压 力和 排风 量 的增 加 对钻 头 轴承 系统 及外 部 ； 中 刷 、 磨损 影 响较 大 ， 减少 了钻头 轴 承及 爪背 等综合 寿命 。 1 ． 3 ． 2 排气压 力增 大 了， 孔 底岩 渣较 净 ， 避免矿 岩 重复 破碎、 提高了穿孔效率 ， 但加剧 了钻头泵吸 ， 岩渣加速吸入 轴承 ， 同 时增 加 了矿 岩 对钻 头 的冲 击 及磨 损 ， 对 切 削结 构 及轴承 系统 影 响较 大。 1 ． 3 ． 3 滑 片式空 气压 缩机 需注油 器 强制 润滑 ，润 滑油 量 2 0 0克每 小时 ， 部 分 润滑油 能进 入钻 头 轴承 系统 润 滑冷 却钻头轴承 ， 提高钻头轴承 系统寿命。而螺杆空气压缩机 油气分离 ， 润滑油 重复循环利用 ， 无润滑油进入钻头轴承 系统 。综 合 以上原 因 牙轮钻 头 使 用寿 命 降低 2 5 ． 9 ％ - 5 8 ． 2 ％不 等。 2解决方案 研 发 K X 8 - 3 2 - 2 5 0型矿用 牙轮钻 头 。 在钻头的轴承系统、 切削结构等设计和新材料应用等 上 接 第 1 O 8页 2 ． 2 P L C控 制 技术 在煤 矿 通风 系统 中 的应 用 通 风 系 统的主要特点是工作环境复杂 ，需要采集的信息参数多， 需 要 系统 整体 协调 工 作 等。 采 用 P L C控 制技 术 对通 风 系 统 进行 控 制首 先是通 过 P L C作 为 测控 终 端 ，通过 相 应 的 传感器 测出通风系统 的通风机工作 分量、 转速 、 工作压 强 通风 进 出 口的 温度 、 湿度 、 压 强 以及 电机 的相 关参 数 ， 将 这 些信 号 转化 为模 拟 或者 数 字信号 ， 作 为控 制 程序 的参 考 对 程序输 出进行相应修正 ， 使得系统输 出合适的数据 ， 确 保 通 风系统 正 常工作 ， 使 得整 个矿 井通风 良好。 2 ． 3 P L C控制 技 术在 煤矿 井 下排 水 系统 的应 用由于 P L C控制技 术的可靠性和稳定性 ， 使得其在现代 矿井中 的排 水 系统 中的应用越来越广泛。 P L C控制 的排水 系统工作 首先 是 对矿 井排 水相 关信 息的采集 ， 如 水位 、 水压、 水泵流速 、 排 水量 、 排水 管路状 况等信 息 ， 然后 当所需信号 满足排水要 求 ， 系统控制相 关排 水泵进行工作 ， 并 且控制排水 管路上 的相 关 阀体进行排水管路的疏通以及信号检测。 在系统进行监控的 过程中如果出现系统故障， 可以根据选择系统控制备用泵的 选用 ， 确保 系统 正常工作 ， 及时进行井下排水作 业。 另 外在 煤矿 井下 的采 煤机 ， 巷道 的掘 进 设备 以及 井 下 的 通信 系统 ，安 全监 控 系 统 等众 多 系统 都 应 用到 了 P L C 控 制 技术 ， 同时 ， P L C控 制技 术工 作 的稳定 性 、 可 靠性 也确 保 了井下 各个 系统 的 正常运行 。 3 结语 从 目前国内计算机水平 的发展来看， P L C硬件以及可 1 0 9 编程技术朝着运算速度加快 ， 容量增加 ， 智能化进 一步提 高 方 向发展 ，这就 使 得 P L C控 制技 术 的应 用性 进 一 步增 强。并且 P L C控制系统依然保持着工作性能稳定可靠的 特 点 ， 而 对于 目前 煤 矿行 业安 全性 要 求越 来越 严格 的形式 来说 ，无 疑应 用 P L C进行 煤 矿 大型 设 备 的控制 进 行 安全 生产 是非 常合 适 的选 择 。 未来 ， P L C控 制 技术 的稳 定性 和 可靠性会进一步增强 ， 在煤矿设备控制应用中会进一步增 强 ， 使 得煤 矿 设 备 的操 作 更加 便 捷 人性 化 ， 工作 更加 智 能 化 ， 系统工 作稳定 可靠。另一 方面 P L C控制 技术 的发展 还 推动着 煤 矿整 体生 产 系统 的计 算机 网络化 ， 大 量 可编程 器 的加入 使 得煤矿 各 个系统 相 容性增 强 ， 便 于 系统 化。总之 ， P L C控 制技 术 在 煤矿 井 下 生 产 系统 中的应 用 会 越来 越 广 泛 ， 也会 发挥着 越来 越 重要 的作 用。 参考文献 l 1 】 林 小 峰 可编 程控制 器原理 及应 用【 M】 ． 北 京 高 等教育 出版 社 ． 1 9 9 4 【 2 】 田瑞庭． 可编程控 制器应用 技术【 M】 ． 北京 机械工 业 出版社 ， 1 994 [3 】 冠英． P比在矿井提升信号系统中的应用【 J 】 _ 煤炭技术， 2 0 0 4 1 ． 【 4 】 莫卫东 V i s u a l B a s ic 6 0高级 编程技巧 窗 口、 菜单 篇[ M】 西安 西安交通大学出版社 ， 1 9 9 9 【 5 】 石 磊 P L C在 T K D A系列矿 井提升 机 电控 系统 改造 中的应 用【 J 】 ． 煤矿机械 ， 2 0 0 9 【6 1 梁南 丁， 矿井提升机 电控 系统 的技术改造 【J 】 矿 山机械 ， 2 0 0 6 1 1 7 5 7 7 ．