PLC在煤矿电气自动化过程中的应用探讨

王海民

摘 要：在现代科学技术的快速发展下，自动化技术与各个行业领域生产实践的融合关系更为密切，对于煤矿生产而言，自动化技术的应用有助于提高生产效率与安全性水平。文章重点探讨PLC技术在煤矿电气自动化过程中的应用，望引起业内人士的重视。

关键词：PLC；煤矿；电气自动化

在促进煤矿开采、生产与自动化技术的融合过程中，其中，以对PLC技术的应用最为关键。文章围绕PLC在煤矿电气自动化控制中的应用这一中心问题展开分析与探讨。

1 PLC在煤矿井下排水系统中的应用

煤矿井下排水设备的运行直接与整个工作面的安全生产密切相关，同时井下排水设备也是煤炭生产中能耗最为集中的设备。传统意义上的排水系统自动化水平低，缺乏应急响应机制，无法与工作面安全生产的需求相契合。为此，相关研究中开始提出通过应用PLC技术的方式，结合变频控制技术，实现矿井工作面排水的自动化。

针对当前煤矿生产实践中常见的一水平、二水平组成的井下排水系统而言，通常建议在二水平区域设置主排水泵房，满足该水平面的排水需求。工作面涌水通过轨道、皮带下山水沟混合至水仓内部，水泵引导矿井水实现排放，一水平区域进行排水，提升至工作面循环做生活用水或工作用水。

根据这一思路，在引入PLC技术的背景之下，所形成的整个排水控制系统结构示意图如下图所示（见图1）。

图1 排水控制系统结构示意图

结合图1，排水控制系统当中，监测区域实现对排水系统水仓液位参数、流量参数的检测与控制，同时还可获取一水平区、二水平区相应的水泵状态参数，以上参数经过集中处理后传输至PLC控制器当中，实现对整个排水系统的全面控制。在此基础之上，借助于井上控制室PLC控制柜实现与地面上位机的交互式通信，满足监控的远程性需求。

通过对PLC技术的应用，使得整个系统能够通过三种不同的控制方式，与排水系统现场不同的运行工况相契合，确保控制质量：第一类控制模式为现场手动控制或半自动控制：本控制模式下，以外部电路为主体进行控制，主要是在井下自动控制系统出现运行故障时，现场操作人员及时开启水泵，或根据实际情况选择水泵开启的台数，并由PLC实现对水泵启动、运行的自动化控制。第二类控制模式为自动控制，即水泵可在PLC所采集水位数据的作用下完成PID调速，实现水泵投入情况的决策，确保排水系统处于恒水位工作状态；第三类控制模式为远程控制，即在PLC支持下，显示系统相关运行参数，并通过远程读写的方式设置对应的换泵、PID参数，保障控制效果。

2 PLC在煤矿通风机监控系统中的应用

在整个矿井作业过程当中，通风机需要及时对井下开采工作面产生的各种恶性气体进行抽取，同时灌入工作面以上新鲜空气，对于改善井下工作面环境，确保工作面作业人员人身安全意义重大。在当前，PLC支持下的通风机监控系统受到信号引入众多的因素影响，可能在故障作用下致使单个PLC出现死机、停运的问题，产生不可逆的负面影响。为此，需要在PLC技术支持下，通过软冗余策略，对通风机监控系统进行合理改善。建议如下：

在当前技术条件支持下，综合工业以太网模块、PLC自动控制系统模块、以及上位机组态软件模块的应用，构建通风机监控系统结构如下图所示（见图2）。

图2 通风机监控系统结构示意图

结合图2，本控制系统可实现对井下工作面2*通风机+4*风门的自动控制。通过对PLC技术的引入可实现的优势是：系统采取一主一备的基本运行模式，可支持在故障状态下主用、备用系统的灵活切换。同时，还可通过倒机运行的方式，支持对工作面瓦斯浓度的独立控制，平稳过渡风量，提高控制动作响应可靠性水平。

与此同时，改进的重点还体现在PLC软冗余技术方面。在该系统处于正常运行状态的情况下，如下图（见图3）所示的A#、B#PLC控制系统分别处于独立运行状态，此时整个通风机监控系统是依赖于主站PLC实现控制的，除备用站需要完成的非冗余程序以外，其他相关冗余程序均交由主站PLC完成。若指定图3中A#为主站，B#为备站，两者实现对控制信息的交互。A#面向B#发送询问信息，B#将状态信息复制至A#，A#对接收信息进行分析，并实现对冗余备份数据的复制。

图3 PLC软冗余工作原理示意图

3 PLC在煤矿胶带机集中控制系统中的应用

井上胶带机集中控制系统同样是煤矿电气自动化系统中的重要组成部分之一。本系统的运行质量直接与工作面装卸工作质量相关。常见的井上胶带机集中控制系统组成部分包括两个方面：其一为筛分车间系统，其二为储煤与装车操作系统。从集中控制系统设计的角度上来说，要求系统可支持包括集中式、就地式在内的两种控制模式。可根据现场操作人员的实际需求，结合工作面运行工况，灵活选取控制模式。同时，在集中控制出现运行故障的情况下，本地控制系统可自动、及时进行切换，确保工作面皮带设备运行的稳定，保障控制功能的有效实现。

按照这一基本思路，在将PLC技术引入煤矿胶带机集中控制系统的过程当中，整个系统主要可划分为两个模块，模块一为集中控制管理层，模块二为就地控制管理层。其中，前者主要由2*上位机+1*交换机构成。其中，2台上位机相互保持冗余对应关系，支持与工作面现场电气设备的连接，确保监督控制的可靠。同时，对于后者而言，主要由1*交换机+1*胶带保护+1*PLC构成。考虑到在工作面的正常运行过程当中，筛分车间系统与储煤装车系统之间呈现出闭锁性关系，故而两者可以构成一个DP形态的操作网络，该网络结构示意图如下图所示（见图4）。

如图4所示，PLC技术作用之下，在组网过程当中，将筛分车间系统设置主站，将储煤装车系统设置为备战，同时可在PLC控制柜当中增设以太网控制模块，交换机与工作面现场设备在上位机的支持下实现交互式连接，确保集中控制功能的可靠实现。

4 结束语

本文分别从煤矿井下排水系统、煤矿通风机监控系统、煤矿胶带机集中控制系统这三个方面入手，在系统自动化运行控制中实现了对PLC技术的应用，论证了PLC在应用于煤矿电气自动化过程中的优势，值得各方人员进一步加大对该问题的研究，推动PLC技术在煤矿生产领域中的全面发展。

參考文献

[1]刘丽.煤矿电气自动化控制系统的优化设计[J].煤炭技术，2013，32（8）：93-95.

[2]谢青海，黄亮.基于PLC的煤矿带式输送机的电气节能技术研究[J].煤炭技术，2012，31（1）：40-42.

[3]邹国清.电气与PLC控制技术在煤矿安装的应用[C].//第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集.2011：462-464.