PLC在煤矿机电控制领域中的应用

刘 维

（阳泉煤业（集团）有限责任公司二矿，山西阳泉 045000）

0 引言

煤矿生产中，煤矿机电系统可确保整体生产系统合理运行，科学的控制可确保操作有序，生产技术先进，提高煤炭开发生产整体效率[1]。PLC技术应用广泛，在煤矿产业也有推广应用。管理者应用PLC技术提高管理效率及质量，打破原有生产管理效率低下状况；在技术发展中，深入分析生产技术，认识到生产技术的弊端和优势，将现代化的优秀技术融入到生产中去，适应时代发展需求。

1 PLC技术

PLC为可编程存储器，在生产管理中，PLC执行复杂逻辑运算、控制生产、定时操作。PLC可实现数字化操作及自动输入内容，对生产环节各项内容监控。PLC控制系统编辑以梯形图为主，操作简单，控制效果好，在煤矿机电领域有较广阔的应用前景，符合我国煤矿工业生产机电控制技术要求，提高管理效益。

2 煤矿机电控制中PLC技术应用原理

应用PLC技术可对生产中各项信息充分收集，和煤矿机电控制相互对接，按照煤矿管理步骤，将PLC技术应用原理分为3个板块[2]。

（1）PLC技术信息输入。将需要的信息得输入到系统中去，实现信息采集。信息采集也是PLC技术应用的基础条件。同时，信息传输到煤矿机电控制系统中，为后期调试设备做铺垫。

（2）PLC技术和煤矿生产相互对接，在信息采集阶段大量信息已经输入到机电系统中，此时PLC主要通过既定模式将扫描到的生产逻辑信息进行处理；将系统化的指令转化为简单易懂的操作指令，执行活动控制指令，将信息调整到输入状态[3]。

（3）PLC技术在输出结果上有充分应用，PLC技术将上阶段处理结果呈现出来，方便控制煤矿机电设备设施。

至此，煤矿机电控制中PLC技术得到充分应用，运用处理结束。

3 PLC技术应用中的问题

煤矿生产工作中，机电控制的效率及质量直接影响生产质量。因此，需重视先进生产技术在煤矿机电控制中的投入，应积极发掘新技术，在应用过程中不断发现新问题，解决新问题，促进煤矿生产科学发展[4]。

PLC技术应用初期，发现该技术在执行信息输出中受时效性影响较大，无法将结果及时传递到生产管理方面，导致技术检测结果精准度不高[5]。此外，在我国煤矿生产中，多采用传统机电控制方式，随着时间的发展，煤矿企业对机电系统升级，可能导致一些技术发展和系统脱节，影响PLC技术升级，无法发挥PLC技术真正价值[6]。但是，随着行业技术不断成熟，现存问题逐渐被攻克，煤矿机电控制中PLC技术应用前景得到肯定。

4 PLC技术应用要点

4.1 实现井下风门自动化

煤矿井下风门可及时将瓦斯疏通出去，将可燃性气体排出，换进健康空气，保障生产安全。当下，我国煤矿生产多采用人工方式控制井下风门，耗费大量人力，控制效果不理想。例如，人员受负压影响，控制风门有所不便，且若力量过大，将破坏风门，造成损坏。

考虑到上述问题，提出在风门控制上应用PLC技术，通过PLC系统和红外线感应器，检测是否有车辆通过，若有车辆通过，红外线感应后发送信号到PLC系统，风门开启[7]。通过此方式，落实风门自动化控制，解放人工生产力，节省人力资源。

图1 井下风门自动化设计

4.2 对井下风门状态科学监测

井下风门疏散危险气体，是煤矿开采中的重中之重，若风门状态异常，将威胁到生产人员生命安全。采用PLC技术，以红外线感应器检测车辆是否通过，若车辆通过，CPU发出信号，风门受到打开信号，自动开启，否则风门关闭。

4.3 提高电机控制系统效率

PLC技术可及时刷新生产数据，在此过程中，其对机电控制系统的运行效率有较大影响。要提高实际运行效率，需适当减少对设备造成的冲击，尽可能提高设备实际运行效率，设置加速效率，以加速单元对系统整理，实现“再生”。稳定PLC运行效果，需注重其在刷新生产数据中提高速度[8]。正常刷新数据需要0.5 s，采取措施将全部数据实际转换时间缩短，可提高绞车运行效率，提高整体煤矿生产效率。

4.4 运输机中PLC技术的实际应用

煤矿生产多采用胶带运输机。胶带运输机要停车操作，需工作人员手动操作，制动对液压系统油压进行科学调整，液压系统调整完成，闸瓦和制动盘接触，产生摩擦阻力，实现制动。但是，这种传统制动方式闸瓦和制动盘接触，产生摩擦的同时也生成大量热量，容易发生危险事故。将PLC技术引入后，PLC可自动控制闸瓦和制动盘接触时间，让两者间歇性接触，尽可能减少热量产生，降低温度，保障生产控制安全合理。

4.5 提升机中PLC技术的实际应用

在提升机中可充分应用PLC技术的自动控制优势，实现微处理。主要对收集的各项信息信号传输到逻辑区域，综合分析之后，传输到对应的元件执行操作。PLC技术在提升机中工作，可显示提升机深度、提升次数，发生故障后及时停止设备，发出警报。PLC技术运用到提升机中，相较于传统的继电器控制有明显优势，其控制准确度较高，在矿井及电机中投入PLC传感器，可实时监测提升机运行状态，若发现提升机故障，可第一时间发出警报，停止设备运行，将故障信号传递到控制中心，便于及时做出有效应对措施，提高系统安全性及可靠性，减少维护工作力度及难度。

图2 提升机中PLC技术的实际应用

5 PLC技术在煤矿机电控制系统中的实践

5.1 方案设计

电控系统是煤矿机电控制系统的核心，也是应用PLC技术的关键所在。而在电控系统中，变频调速系统及核心处理器是核心中的核新。下文以S7-300PLC处理器为例进行分析，其系统设备结构包括操作台触摸屏、低压配电柜、制动电阻柜、变频电阻柜、PLC控制器等。

5.2 硬件设计

PLC实际应用需包含配电系统硬件、变频调速、通信、接口、CPU、PLC控制系统等。

（1）在硬件电路设计上，选择西门子S7-300硬件模块支持，以此构建电源模块、编程设备，实现通信等。在CPU中，主要硬件为储存器、微处理器，主要采集电机实时状态，执行电控命令，将电控中的数据及程序储存到储存器中。故障点可实现智能监控，接口模块主要负责数据交互。通信中，主要完成I/O接口、上位机、PLC之间信息传递。对PLC编程，编程设备选择STEP7，在该设备中可实现对各文本的高效编辑。电源模块对设备提供稳定供电，将原本220 V电压转变为PLC运行所需的5 V、24 V。

（2）在软件设计上，系统在WINCC和STEP7完成，程序分为多个子程序，子程序单独编写。

辅助启动：机电控制系统中，动力、油泵、电机具有联锁关系，工作前辅助系统需启动联锁关系，控制系统动力制动装置。

系统启动：准备程序完成，判定系统是否启动，若符合条件，联动手柄，调整到启动位置，系统启动。

安全回路：安全回路设计，针对现有系统软件落实安全保护，若发现提升机故障，则启动硬件保护，闭锁报警。

6 结束语

综上所述，经上述系统设计之后，对PLC技术应用效果检验，以硬件及软件为基础，对系统运行测试，就测试结果分析，发现机电控制系统运行平稳，系统启动及使用总冲击电流小，克服传统机电控制模式弊端，井下瓦斯、煤尘等对生产影响大大减小，煤矿机电控制效率及质量大大提高，生产稳定、安全。此外，PLC系统中有大量子系统，便于系统及时升级，增加功能，满足煤矿长久发展需求。