煤矿提升机控制系统中PLC技术的应用

杨勇

摘 要：文章介绍了传统的煤矿提升机控制系统中存在的问题和弊端，采用西门子公司生产的PLC控制器可以有效克服其问题和弊端；给出了PLC控制系统的硬件配置和软件控制流程，对硬件模块和软件模块做了详细介绍；并且深入讨论了该控制器的测速原理和计算方法，为PLC控制器在煤矿机械中的应用提供了参考。

关键词：煤矿提升机；模块；控制指令；模拟量；数字量

前言

煤矿提升机作为矿山机械中的一员，对矿山的安全高效生产和运营起着非常重要的作用，尤其是提升机的操作保护系统。早期的操作保护系统存在诸多缺点：像可靠性较低、稳定性较差、出现故障次数多和电路相对较复杂等。经过专家的研究，在煤矿提升机的保护系统中采用PLC，可以有效地克服上述缺点，还可以实现硬件功能的软件化，因此得到普遍应用。

煤矿提升机的操作保护系统主要完成两方面的任务：一个是逻辑操作控制，另一个是故障安全保护。当煤矿提升系统的操作保护系统中获得相关信号时，操作系统会作出相应的行为，操作保护系统在一方面会对输入的相关信号进行一系列的逻辑运算和判断，做出相应的行为，该行为主要有施压行为、制动行为和报警行为，其中施压行为有立即施压和提升终了施压，制动行为主要是电气制动，报警行为是故障在显示屏显示并控制报警系统进行报警；操作保护系统在另一方面还会对输入的信号进行一系列的逻辑运算和闭锁，然后产生控制指令，像高压磁场的合闸指令，过卷指令、安全复位控制指令和运行的方向指令等。

1 PLC操作保护系统的硬件配置

PLC是西门子公司的产品，现在在提升机操作保护系统中，应用得到最广泛的就是西门子公司的产品PLC，由于它的很多方面的性能都明显的优于传统的操作保护系统。下面是各个硬件模块的功能介绍：

（1）电源模块：将220V的交流输入电压转换成24V的直流输出电压，以供其它模块使用。

（2）CPU模块：控制总线上模块与模块之间的数据传递，并执行用户输入的程序。

（3）32路输入模块：该输入模块一共有3块，它的作用是将PLC外部的信号转换成PLC内部的可进行处理的信号。

（4）16路输出模块：该输出模块一共有2块，它的作用是将PLC内部可处理的信号转换成能够控制提升机系统的外部信号，来控制提升机系统进行工作。

（5）转换模块：此模块分为两类模块：一类是是A/D模数，它的作用是将连续信号转换成数字信号，便于PLC系统进行识别和处理；另一类是D/A模块，它的作用与A/D模块的作用恰恰相反，它是将PLC内部可处理的数字信号转换成连续信号。

（6）通信模块：它的作用是：确保各模块与各模块之间的通道流畅，再就是确保模块与上位机之间的通道流畅，保证信号从各模块传送给上位机时，可以使上位机做出相应的响应。

（7）计数模块：该模块主要有2块，这两块计数模块的作用都是计数，两块模块分别是对主滚动筒上的和导向轮上的编码器进行计数。

2 PLC操作保护系统的软件设计

PLC是西门子公司的产品，它不需要用户自主进行编程，能够好好地满足用户的需要，下面是它的软件模块，软件模块的主要作用就是存放程序，它的软件模块有下列几种：

（1）组织模块（OB）：它的作用是保证接口通道流畅，保证CPU操作系统和用户程序之间的通道流畅。对用户程序的循环处理工作主要是由OB1模块来完成的，剩余的OB模块用来对特定事件做出响应和中断。

（2）功能模块（FB）：它是可多次调用的逻辑功能模块，它在执行时必须带有即时数据模块，并且每次用户程序对FB进行调用时可提供新的参数。

（3）功能模块（FC）：它也是可多次调用的逻辑功能模块，但是它在执行时不需要带有即时数据模块，这也是它与FB模块的最大区别，并且每次用户程序对FC进行调用时可提供新的参数。

（4）数据模块（DB）：数据模块用来存放各种不同类型的数据，它在PLC存储器开辟另一个存储区。

根据用户的要求和本身系统的结构要求，用户程序可以自行选择软件模块的构成形式，其中软件模块有以下几种，各个软件模块的功能和作用如下。

FC0、FC1两个软件模块的作用是用来进行计数，主要是用来计算计数模块中的脉冲个数；DB1和DB2两个软件模块的作用是存放FC0、FC1两个软件模块计算出的计数模块的脉冲个数，以此来实现计数模块将数据和信号流畅而准确的传送到CPU模块之中；FC91软件模块的作用是用来处理输入到PLC中的模拟量，模拟量有：电机电压和电流、电机转速、轴承压力、提升速度和载荷等；FC93软件模块的作用是制动，主要是对电气施闸类故障进行制动处理；FC114软件模块的作用是用来处理PLC内部信号，并产生控制信号，像回路的安全和保障、故障的报警和液压器件的制动等等；FC5软件模块的作用是进行逻辑运算和闭锁，主要是对输入到PLC内部的信号进行运算并产生控制指令来控制提升系统的各个部分；FC92软件模块的作用是处理施闸类故障，这类故障主要是立即施闸类故障；FC94软件模块的作用也是对施闸类故障进行处理，这类施闸类故障主要是提升终了施闸类故障；FC95软件模块的作用是处理报警类故障，当报警系统出现故障时，主要是由该模块进行处理；PLC的启动组织模块是OB100软件模块，在系统启动后该组织模块只可运行一次，以后的循环程序就不会再运行了，在该组织模块中有关参数和程序可随着用户的需要进行更改；OB1软件模块是用户程序主要组成部分，用来存放用户主程序，它也是组织模块中唯一可以循环运行的软件模块，在FC功能模块中编制成的可以实现特定功能和作用的程序可以在OB1软件模块中进行循环调用，采用这样的程序设计可以使我们的程序设计更加简单，调试更加方便；OB35软件模块是组织模块中唯一可以实现定时中断的组织模块，采用M/T法可以计算出提升机的提升速度。

3 结束语

煤矿提升机作为矿山设备中的重要一员，近些年来煤矿提升机操作保护系统主要是由PLC组成，而且具有以下优点。

用同一台PLC就可以控制不同的机器进行工作，用户只需改变软件模块中的程序就能满足用同一台PLC进行控制不同机器的要求，大大节省了人力和物力，所以，它具有较好的通用性和经济性。PLC具有较强的逻辑运算能力和数字运算能力；所以它的功能还是比较强大的，此外，PLC能够实现自我诊断功能，当出现错误时，它会自行检出错误和故障，并作出相应的行为。由于PLC的开关动作主要是通过半导体电路来完成的，它的技术中还采用了微电子技术；因此，它的可靠性很高。PLC中采取了屏蔽、滤波、隔离等抗干扰措施，能适应恶劣的工作环境；所以，它的抗干扰能力比较强。

参考文献

[1]董秋杰.PLC可编程序控制器作为测试设备的研究应用[J].科学创新导报，2008（6）：16-23.

[2]张文.PLC技术在煤矿提升机变频控制系统中的实践应用[J].煤炭技术，2012（10）：3-4.