浅谈PLC技术在矿山机电控制中的应用

芦世波

摘 要：随着煤矿现代化的发展，国家对矿山设备运行的安全性要求越来越高，建设本质安全性矿山已成为煤矿生产建设的核心。然而目前矿山企业的现状是矿山技术人员匮乏，工人技术素质极低，设备科技含量差等诸多弊端极大的制约着矿山企业的发展。因此，应用高新技术去改造矿山设备是走出企业窘境的一条有效途径。我矿于2004年开始，相继进行了多次重大的技术革新。将PLC控制技术应用于矿山的主提、主运、主采设备，通过应用我们深刻的感受到新技术的优势。

关键词：矿山提升；自动控制；安全

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A

能源是社会不断发展的基础，能源工业是我国市场经济建设的基础工业。目前，世界一次能源结构中煤炭比例有所下降，但我国的能源生产结构一直维持在70%～80%的高比重水平，因此煤炭企业的高效、稳定生产一直是国家发展的基础。然而，虽然我国的煤炭资源丰富，但煤矿企业的生产技术却一直处于国内其他工矿企业的技术水平之下。煤炭生产离不开科学技术、科学技术成果又促进煤炭工业发展，因此应用高新技术改造传统煤炭工业生产工艺，一直是被国家所倡导的改革方针。

矿井运输和提升的任务，就是把煤炭及矸石从采掘工作面运到地面，把材料及设备运送到井下各工作地点，并且担负着井上下往返人员的输送。运输和提升是矿井生产的一个重要环节，运输和提升设备能否安全、稳定、高效的运转，将直接影响到矿井的生产能力和经济效益。矿山系统的运输和提升设备均为大型的综合系统，无论是操作还是系统维护方面都极其复杂。同时，由于煤矿企业的生产安全性问题，很多高校毕业生以及优秀人才都不愿意到煤矿企业来工作。它们认为煤矿的工作危险性极高而工资待遇又与其危险性不相匹配。这就造成了现在煤矿企业技术人员匮乏、维护人员技术水平低、操作人员素质差等诸多问题。随着企业的发展、产量的提高，这些问题已经成为了制约企业发展的瓶颈。面对诸多问题，唯一能够解决的途径就是通过引进先进的科技技术，使提升、运输等大型设备的操作、维护更加简单，由智能化的系统来代替人的操作。因此，选择先进、高效的控制系统对于提高矿井生产效率、减轻劳动强度、降低生产成本，都有很大的意义。

电气控制技术是随着科学技术的发展以及生产工艺不断提出新的要求而不断发展的。从手动到自动，简单到复杂，从有触点的接线到以计算机为中心的存储控制，控制系统也在逐渐的演变、进化。

随着大规模集成电路和微型处理器的发展，一种高效的可编过程控制器被成功研制问世，它以软件手段来实现各种控制功能、以微型处理器为核心。它结合了计算机功能完备，灵活性、通用性好和继电接触器控制系统操作方便、价格低、简单易懂等优点，成为了一种适应工业环境的通用控制装置。它独特地采用了以继电器梯形图为基础的编程语言和模块化的软件结构，是程序编程及扩展更加简单易懂。现在可编过程控制系统已成为工业设备自动化控制的首选方案。

矿山企业的主提绞车是担负着人员、物料、煤炭提升的主运设备，它的运行稳定、安全与否是直接影响着企业的发展与效益。我矿主提绞车以前采用老式的tkd控制系统，它主要由继电器逻辑电路以及大型空气接触器组成。该系统是我国60年代比较成熟的大型设备电控系统，但其缺陷也很明显，它的电路接线复杂，电气接点、联线过多、可靠性不高、维护困难等无法解决的缺点。

显而易见接点越多故障点越多，由于电气事故经常造成绞车中途停车或无法运行，给企业的发展及人员的安全造成极大的威胁。近年来，PLC控制技术在矿山设备上的应用日渐成熟，越来越多的控制系统都采用PLC控制器，并很好的解决了矿山设备操作人员素质低的问题。

2004年、2005年我矿先后对主井、副井的电控系统进行改造，采用了PLC控制技术，取代了原继电器、接触器等组成的有触点控制系统。

改造后，PLC控制系统的优点立竿见影：

1 操作方便

绞车的运行可根据设定进行加速、爬行、減速、停车，对司机的技术水平要求低。

2 系统运行的稳定性高、抗电磁干扰能力强

继电接触器控制系统虽然抗干扰能力强，但是其使用大量的机械类触头。而且其设备连线众多，运行时间久了器件的老化、接线焊点的开焊、触头接面由于电弧的损伤都降低了系统运行的稳定性。PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。

3 控制系统的结构简单、通用灵活

PLC产品均成系列化产品，模块品种众多。可将组件自由组合，形成满足不同现场要求的控制系统。当系统应用时，只需在输入、输出点接上信号线即可。但需要变更控制系统的功能时，可以根据需要修改程序。即使控制对象改变，依然可以使用同一个PLC系统，只是输入、输出组件及软件不同而已。

4 编程方便，易于使用

PLC系统编程采用了梯形图以及简单的控制指令形式，模式上与继电器控制的原理图相类似，简单易懂。

5 功能完善，扩展能力强

PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软组件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般继电器控制无法实现的。PLC内部具有许多控制功能，能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能，它不仅可以控制一台单机，还可以控制一个机群。

6 PLC具有很强的通讯功能它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制，并能够实现程序与数据交换和上位机监控。

7 PLC控制系统设计、安装、调试方便

PLC中相当于继电接触器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等软组件数量巨大，软硬件齐全，且为模块化积木式结构，可按性能、容量（输入、输出点数、内存大小）等选用组装。又由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小。

8 检修、维护方便，易于更换

PLC系统具有自我诊断功能模块及故障的存储、监视功能，出现故障时可及时发出警报信息。当系统发生运行故障及工作异常时，其系统自带的存储功能会记录其故障信息，方便维护检修人员进行查看分析，有助于迅速发现故障点并及时排除。

基于上述优点，我矿也在近几年的其他技术革新中引用了PLC控制技术，先后在西区两米绞车、西区大倾角皮带、采煤机、综掘机等一系列设备上采用PLC控制。副上下操车系统采用三菱FX2N系列PLC，为整体式PLC结构紧凑、体积小、成本低并且安装方便。适合输入、输出点少，规模小的控制系统。

2009年12月新安装的西区两米绞车为我矿首台采用变频调速技术的PLC电控绞车。该系统以三菱PLC为控制中心，以唐山开诚变频器为控制单元，对提升机的启动、加速、等速运行、制动减速、爬行、停车及换向进行控制，并具有《规程》规定提升机必有的电气保护与连锁装置。各外设控制开关或传感器作为输入信号，分别采集各采集点信号，对信号集中处理。这些信号的工作状态被PLC软件调用，经逻辑、时序、比较、微分、积分等手段处理后，PLC软件的输出继电器动作，控制变频器动作，完成提升机的加速、等速、减速、爬行、制动等工作过程。该系统的变频器采用交-直-交电压型主回路，整流器与逆变器结构相同，功能器件采用IPM模块，散热器采用高效的热管散热器，因而使整个变频器结构紧凑，体积小。采用全数字无速度传感器矢量控制，使系统调速范围宽，精度高，变频器在低频运行时也保证有100%额定转矩输出。变频调速器的调速范围非常宽，可以从0～50Hz，而且调频精度高，可以真正实现电机的软启动和平滑调速。

2008年我矿由原来的炮采工艺改为机械化综放采煤工艺，在采煤机、综掘机等小型控制系统中也均采用了PLC控制技术，同时还增加了先进的抗干扰技术和广电隔离，具有很高的可靠性。通过近几年的实际应用，它的平均无故障运行时间远远高于继电器电路。

通過近几年的生产应用，PLC控制系统凭借其可靠、准确、抗干扰能力强、易维护等优点，很好的解决了我矿原来继电器控制系统无法克服的弊病，进一步保证了我矿的安全生产并大大提高了生产效率。

工欲善其事，必先利其器，要想使煤炭矿山有更大的发展，必须将现有先进的科学技术应用到煤矿设备中去，使现有煤矿企业的自动化程度有一个质的飞跃，在矿山企业中掀起一股科技改革的浪潮。

参考文献

[1]许谬，王淑英.电器控制与PLC控制技术[M].北京：机械工业出版社，2012.