PLC技术在煤矿机电设备中的应用

张文波 山西华润煤业有限公司

中国是世界第一产煤大国，也是煤炭消费大国。21世纪是信息化时代，随着计算机信息技术及机械自动化技术的迅速发展，依托信息化技术进一步提高了我国煤矿开采质量，推动了煤炭工业现代化建设。信息化是煤炭产业升级的助推器，PLC技术的合理应用，大幅提升了我国煤矿机电设备自动化控制水平，取代了传统人工煤矿作业方式，有效提高了煤矿开采作业效率，为煤矿安全生产运营管理提供了技术保障。

一、PLC技术的应用优势

PLC是可编辑逻辑控制器的简称，是一种专用于工业控制的计算机。通过用户输入的指令，PLC技术可以对数据进行逻辑运算和机械定时，从而实时控制各类机电设备。将PLC技术用于煤矿机电设备，可有效提升机电设备控制的可靠性，其应用优势如下：

（一）可靠性高

在煤矿资源开采中，因其特殊性，开采安全风险隐患大。因此，必须高度重视机电设备控制，严控设备故障，避免发生安全事故，造成严重损失。PLC技术具有可靠性高，抗干扰能力强等特点，平均无故障时间可以达到数万小时以上，故障率极低，同时具备完善的自诊断和显示功能，将其用于煤矿机电设备，可以很好地提高设备的安全性能。同时，还能实时监控设备运行状态，为机电设备安全运行提供可靠保障。

（二）实用功能多

PLC功能强，具有很多实用功能，一台小型PLC内就有几千种，甚至更多可供用户使用的编程元件，能够满足复杂控制需求。在煤矿机电控制中，能够借助于PLC的强大运算数据功能，实现机电设备精确控制，做好机电设备故障检测、温度调控和位置监管等工作，并能够强化机电设备控制效率，大大降低工作人员的劳动强度。

（三）节能效果好

“节能减排”是我国能源事业发展的基本国策，煤矿产业作为能耗较大的行业，如何建设绿色矿山成为近几年关注的焦点。煤矿开采难度大，技术复杂，生产任务重，在生产过程中，机电设备能耗严重，若不紧跟时代步伐，积极采用先进的信息化技术，将会阻碍煤矿事业发展。相比传统继电器，PLC能耗极低，煤矿生产采用PLC技术正是响应了国家节能、减排的号召，是实现煤矿产业可持续发展的重要途径。

二、案例分析

煤矿开采生产中，矿井提升机是各个工作点连接的关键节点。电控系统是提升机的核心组成部件，电控系统运转是否正常将会对提升机的正常工作造成严重影响。一旦发生电控系统故障，将会给转移井下机械、运转煤炭、接送人员进出工作面等工作的开展带来严重安全危害，为此，本文以PLC技术在煤矿提升机中的应用为例展开探讨，希望能够找出问题，积极完成改造，消除安全隐患，保障煤矿生产安全。

某矿井提升机投入使用时间较长，已基本达到设计使用年限，在运行时产生的噪音和高温环境，将会对井下工作人员造成严重影响。此外，根据现场观测可知，该提升机元件老化问题较为严重，稳定性不足，甚至发生过停车不稳、制动反应慢等情况，已无法满足矿井安全生产要求。经汇总与分析，主要问题如下：

1.系统过于臃肿。该提升机电控系统采用的模拟调节方式，此类调节方式分立元件数量很多，在环境温度长期影响下，很容易出现系统振荡、短时间内内部功率迅速增长等现象，甚至会发生触发熔断器与提升机紧急制动等问题，一旦产生上述问题，将会严重影响生产效率。此外，在功率不断变化过程中，电流和速度监测结果显示异常，不能精确控制电控系统，将会对提升机运行安全造成严重影响。

2.设备损耗严重。据调查发现，在提升机减速停车环节，原电控系统会出现跳级切换电阻现象，从而影响系统内部电流情况，产生较大变化，促使触发脉冲混乱，在此环节控制系统的电控元件极易被损坏，将会大大增加设备保养和维修费用。

3.控制可靠性下降。原电控系统PLC控制结构仅有1套，需依托开关位置的电信号工作，当受到高负荷冲击时，很容易发生控制系统电路失效现象，或干扰电信号线路情况，由于没有备用线路，很难合理控制设备运行速度，导致系统控制可靠性低。经设备维修资料显示，原系统使用阶段已发生多次错位停车、超行程以及掉道事故，对井下安全生产影响甚大。

三、PLC技术改造方案与应用

控制柜、辅助柜、低压柜、主整流柜、励磁柜、高压柜、平波电抗器、快速断路器等为本次改造电控系统的主要部件，核心控制部位采用PLC，分别用于主控、辅控，主控下接操作台、控制柜、辅助柜和高压柜等，在老设备基础上所选硬件设备均需更新，这样将会大幅加快安装和连接速度，避免严重影响生产正常运行状态。

系统装置内设有2台PLC，分别用于主控、辅控，软回路和硬回路共同存在，可满足煤矿安全相关规定的安全回路数量需求。主控PLC功能主要在于2点，其一，启动程序，产生提升机工作信号；其二，触发停止，保证在紧急状态下闭锁。当辅控PLC与主控PLC共同作用时，则可达到以下功能：

第一，紧急制动。当一条线路出现故障，那么，另一台PLC将成为主控设备，从而完成提升机紧急制动工作，保证运行安全。

第二，连续监测。PLC具有实时监测功能，可生成运行速度曲线，同时采集、分析与汇总系统内部电信号与其他信息，为故障判定提供准确、客观、真实的数据。

第三，定点监测。在提升机即将停车时，通过电磁开关，可定点监测将要到达指定停车点的提升机速度，若速度超过规定值，便会触发停车保护动作。

四、PLC技术改造效果分析

1. PLC、编码器是组成数字行程监控器的主要成分，可以实时监控提升机速度，除了能够满足数字行程罐位显示以外，还能同步校正编码器。

2.改造后采用现场总线技术，可满足提升机逻辑控制及保护功能等需求，保证系统安全，同时还能达到电控系统和计算机联网，进一步提高控制的可靠性。

3.安全回路与其他正常回路分开，选用继电器双重保护回路，独立运行，且互为安全冗余，能够在监视器上实时监测电控系统的工作状态，当出现异常情况时，便会触发停车保护动作，有效避免严重安全事故发生。

4.PLC、安全继电器、可调闸模块是提升机制动控制系统的主要构成部分，一旦出现故障，安全回路将会断开，利用PLC采集到的速度信号和油压信号，可以对液压站制动电液阀进行PID闭环控制，从而达到液压站减速制动作用。

五、结束语

综上所述，PLC技术在煤矿机电设备中的应用，可以有效提高煤矿生产的安全性，简化机电系统结构，实时监测煤矿机电设备运行状态和煤矿生产环境，具有较强的抗干扰能力，进一步提升了煤矿机电设备运行的整体效率。