PLC在煤矿设备自动控制系统中的应用.pdf

引言 随着国家生产力的不断进步，煤矿机械的自动 化程度不断提高， 煤炭开采效率也逐渐升高， 这一切 都与电气自动化控制系统的引入密不可分[1-2]。在煤 矿井下的生产工程中，比如综采三机的集中控制， 瓦 斯含量的监测， 风机与水泵等的控制都已经达到了较 高的自动化程度， 尤其是 PLC 控制器的应用， 极大地 简化了煤矿开采工作的流程， 在提高工作效率的同时 还增加了控制的精确度， 提高了一定的安全性[3-4]。 1PLC 在主排水泵系统中的应用 PLC 是一种可编程控制器，具有数字运算的操 作系统， 普遍应用于各个工程控制领域， 系统设有手 动、 半自动与自动三种控制方式， 人工控制技术逐渐 被 PLC 自动控制所替代[5-6]。相对于继电器控制， 具 有体积小、 可靠性高、 计算处理能力强、 抗干扰等优 势，因此 PLC 控制系统在煤矿中的应用广泛， PLC 在主水泵控制系统中的控制对象是水位的高低， 系 统通过检测水位变化以及压力的变化，来控制水泵 的轮换工作， 当水位超过预定值时， 系统发出报警信 号， 从而实现自动监控的功能， 保证井下工作安全。 水泵的控制原理图如图 1 所示。 控制主要系统由 CPU 模块、数字量与模拟量输 入输出模块和触摸屏等组成，与上位机之间采用工 业以太网的方式实现通信。控制系统实现了主水泵 的四个功能， 包括控制功能、 显示功能、 报警功能与 信息存储功能。控制功能是指水泵在无人看守的情 况下， 系统通过对井下水位与水压的检测， 来实现对 水位安全有效的调控，并且上位机可通过以太网的 方式实现指令的输入， 完成对系统的操作。显示功能 是指系统通过触摸屏将井下的水位、 压力值、 温度与 泵机工作情况显示出来，工作人员结合井下实际情 况通过触摸屏输入指令， 实现系统控制。报警功能是 指当井下水位或者其他工作参数超过系统限定值时， 系统会向操作台及井上的上位机发出报警信号， 保证 工作人员及时处理维修。 信息存储功能是指系统可记 录泵机的工作运行记录， 以及工人的操作过程。 在控制系统软件程序编辑方面采用西门子公司 生产的 STEP7 软件， 具有人性化的操作界面， 可采用 梯形图进行程序编写， 具有简单直观的优点[7-8]。 软件 带有自检测功能，避免了人为操作失误导致对机器 的破坏。 2PLC 在带式输送机上的应用 相对于传统继电器技术， PLC 技术应用于带式 输送机， 具有体积小、 速度快、 稳定性强等优点， 并具 备了很高的扩展性， 工作方式灵活， 因此 PLC 技术已 经成为了皮带机控制系统的关键技术之一。PLC 控 制系统需要迎合带式输送机工作方式的转换，对皮 带机的运行状况进行检测， 并控制驱动电机的启动、 停止和运行速度的改变。PLC 对皮带机实时监控， 当 皮带机发生故障时， 系统根据判断出的监控类型， 发 出故障警报， 做紧急处理。PLC 控制器通过网络通信 端口可与控制中心实现信息与指令的快速传输， 方 便对煤矿生产工作面的统一调度。 皮带机控制系统的结构如下页图 2 所示，主要 由 PLC 编程控制器、 变频器、 电机等仪器组成， 采用 单电机驱动的方式， 通过减速器进行减速增矩， 带动 PLC 在煤矿设备自动控制系统中的应用 张黎明 （山西煤炭运销集团太原有限公司， 山西太原030000） 摘要 分别通过主排水泵、 皮带输送机与矿井提升机三个方面对 PLC 技术在煤矿生产过程中的作用与应用效 果进行研究。阐述了 PLC 技术相较于传统控制技术的优点， 以及 PLC 技术的发展对煤矿自动化生产进程带来 的促进作用。 关键词 PLC排水泵皮带机提升机 中图分类号 TP273文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0191-02 收稿日期 2020-03-21 作者简介 张黎明 （1967） ， 男， 本科， 毕业于中国矿业大学 （北 京） 机械工程及其自动化专业， 工程师， 研究方向为煤矿机电。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.082 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 图 1水泵控制原理图 声光报警 数学量输出模块 以太网通信模块CPU 模块触摸屏 模拟量输入模块数学量输入模块 超 声 波 水 位 检 测 电 机 轴 温 度 检 测 出 水 口 压 力 检 测 管 道 水 流 量 检 测 自动化技术与设计 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 驱动滚筒转动。 设备在运行时， PLC 控制器通过以太 网实现与上位机之间的网络通信，工作人员向系统 输入一个皮带机运行速度的值，传感器将实际运行 速度与设定速度比较，系统计算得到电机的输出转 速， 通过控制变频器的输出频率改变电机的转速， 从 而实现闭环控制， 减小系统误差。 系统工作时主程序流程图如图 3 所示，系统在 运行前， 要利用软件对设备进行检验， 当设备无故障 后， 系统启动运行。主程序主要由软件自检子程序、 变频驱动子程序、 故障预警子程序等组成。 皮带机装 有张紧装置与防撕裂装置，在变频驱动子程序运行 前， 应对皮带机进行动作保护处理。 系统设有各个传 感器组， 包括速度传感器、 温度传感器、 跑偏传感器 等， 故障预警子程序负责检测设备运行状况， 当某一 状态量超过阙值时， 报警装置启动。 控制系统与上位 机之间采用以太网的方式进行通讯，调度室可通过 组态画面直观地了解设备运行状态，保障生产设备 统一调度的协调性。 3PLC 在提升机上的应用 矿用提升机是煤矿生产过程中十分重要的设 备， 主要由驱动器、 传动结构、 卷绕器与制动装置等 结构组成，其中影响煤矿提升机安全性的主要因素 之一是控制系统的稳定性。PLC 作为一种专门应用 于工业现场控制的计算机技术， 具有可靠性高、 编程 简单等优点， 将 PLC 技术应用于提升机， 将提高设 备运行的安全性， 降低维护成本， 减小运行功耗， 提 高生产率。随着 PLC 技术的发展， 控制器扩展模块 不断增加，系统功能不断丰富，增设了网络通信端 口， 实现了数据的快速稳定传输， 更加满足了提升机 在工作中的监控需求。 基于 PLC 技术的提升机变频调速控制原理图 如图 4 所示， 系统由 PLC 控制器、 变频器、 操作台、 触摸屏与编码器等传感器组成。控制系统作为提升 机的核心之一， 通过操作台发送各种指令， 可以设定 提升机的工作方式， 实现提升机的启动与停止、 上升 与下降、 加速与减速等的状态切换。 编码器是系统传 感器组的组成之一， 负责检测电机的输出转速， 通过 减速器的传动比换算，系统可得到提升机的运行速 度， PLC 通过变频器改变电机输入频率， 最终控制提 升机的运行速度达到设定值。触摸屏作为设备与工 作人员之间的桥梁，负责将系统监测到的工作参数 通过组态画面的形式呈现出来。 4结语 提升机工作的特殊性对设备的安全性提出了更 高的要求，传统的控制技术无法做到对提升机的实 时监控， 存在较大的安全隐患。基于 PLC 技术的监 控系统可对系统电机的运行状况、油泵中的油温与 油压进行监测，对设备故障的发生有一定的预警作 用， 对提升机的控制方面也具有良好的动态性能， 调 节时间更短， 精度更加准确。 参考文献 [1]王荣华， 张燕斌.PLC 技术在矿山机电控制中应用研究[J].现代 商贸工业， 2011 （6） 246-247. 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[5]祁雄华.矿用带式输送机防撕裂保护装置的应用分析[J].机械 管理开发， 2019， 34 （11） 85-86.（编辑 贾娟） 图 2智能控制模块设计 Design of Intelligent Monitoring and Protection System for Belt Conveyor Belt Fault Song Kangkang （Dayu Coal Industry Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046000） Abstract In order to improve the applicability of conveyor beltfault monitoring technology, according to the requirements of fault monitoring system, the fault monitoring s and positioning principles of running deviation, skid, tear and emergency stop are analyzed, and the resistance network positioning based on PLC is put forward. It has been proved by practice that when the conveyor belt fails, the system can alarm and display the fault type and position, realize the real-time protection of the conveyor belt, improve the maintenance efficiency of the belt conveyor, avoid the occurrence of heavy losses, and have great significance for the high yield and high efficiency of the mine. Key words conveyor belt fault; location; intelligent monitoring; signal processing BCD 拨码 开关模块 声光报警 模块 电源模块 采集器 模块 RS-485 通信模块 控制器 模块 继电器 模块 信号处理 模块 LCD 显示 模块 [4]叶予光， 梁南丁.基于 PLC 技术的矿井提升机电控系统[J].机 电一体化， 2004， 10 （6） 69-70. [5]王宇超.PLC 技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析 [J].中国设备工程， 2017， 48 （1） 130-131. [6]李安平.电气设备自动化控制中 PLC 技术研究与发展[J].电子 测试， 2017 （10） 28-29. [7]柏正果.PLC 技术在矿山机电控制中应用分析[J].科协论坛 （下 半月） ， 2013 （7） 43-44. [8]石宝德， 张士伟.PLC 技术在机械电气控制装置中的应用[J].时 代农机， 2011， 38 （11） 80.（编辑 贾娟） Research and Design of Coal Mine Electrical Automation Control System Zhang Liming （Shanxi Coal Transportation and Marketing Group Taiyuan Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030000） Abstract By three aspects main drainage pump, belt conveyor and mine hoist, the function and application effect of PLC technology in coal mine production are studied. This paper expounds the advantages of PLC technology compared with traditional control technology, and the promotion effect of the development of PLC technology on coal mine automation production process. Key words PLC; drainage pump; belt conveyor; hoist （上接第 192 页） 宋康康 带式输送机输送带故障智能监测保护系统的设计 195