浅论 PLC控制技术在煤矿提升机中的安全高效运用

浅论 PLC控制技术在煤矿提升机中的安全高效运用

王虎

淮北矿业集团杨柳煤业有限公司 安徽淮北 235119

摘要：从PLC控制技术在煤矿中的应用简况、PLC控制技术的工作原理、PLC控制系统在煤矿提升机上应用的特点和优势、PLC控制在煤矿提升机中应用的结构分析、PLC控制技术在煤矿提升系统中运用的设计、PLC控制技术在煤矿提升机中运用保护能力分析等，浅论PLC控制技术在煤矿提升机中应用的安全高效性。

关键词：煤矿提升机；PLC技术；应用；安全高效

引言：煤矿提升系统主要承担的是运输任务，在过程中通过电子计算机进行管理和控制，则能为提升运输的现代化提供保障。运用PLC控制技术与其提升系统结合起来，更能保障提升的安全性和高效性。过去的继电器控制方式，工效较差、可靠性非常低，且运行维修量还高，这是其系统存在的短板和缺陷。选用PLC作为电控系统后，提升机在设备运转过程中的可靠性能、安全系数都得到很大的提高，设备故障率得以大幅下降，进而有效避免重大事故的发生。

1 PLC控制技术在煤矿中的应用简况

PLC控制系统是上世纪后期在世界范围内发展起来的，每年20％～30％的增长率在扩展。伴随工业的迅猛发展与自动化程度的提高，其PLC的应用市场也在逐渐扩大。鉴于PLC具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用和抗干扰能力强等诸多优点，PLC控制技术已被应用于煤矿提升系统中，它为煤炭开采的精确性和安全性提供了保障。1）在提升系统中的综合应用。PLC控制系统多以FX2N-64MR作为主要控制器件，FX2N-4AD和FX2N-4DA数模转换模块也会应用在PLC控制系统中。该两种技术与PLC控制技术搭配应用，就能更好的处理系统程序，完善提升系统的保护功能。而PLC系统在进行变频信号驱动电机时，主要采用MICR0MASTER440式型号系统变频器，其为技术较为领先的控制器件，是提升系统应用的较好变频器件。2）在煤矿综合保护系统中的应用。因变频器具有超负荷特性和欠电压保护特性，因此在设计煤矿系统程序时，要对其进行保护，以确保安全。而将PLC控制技术应用于变频器中，则可确保安全，在应对一些突发事件时也能采取相关的应急措施。此外，PLC会分析控制系统中的各种类型输入和反馈信号，更能保证应用流程操作的顺利进行。

2 PLC控制技术的工作原理

PLC作为工业控制装置，它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入输出（I/O）单元、电源、外部接口和不同的功能模块所构成。通常采取循环扫描的工作方式，以满足任务要求。在PLC上电后，执行系统程序会按规定的任务要求工作，即反复对执行效果进行扫描，依据公共处理→执行用户程序→扫描周期计算→输入输出刷新→外接端口服务等多环节，以发挥其控制技术实效。

3 PLC控制系统在煤矿提升机上应用的特点和优势

1）应用特点。将PLC应用到提升机中，优势比较明显，具备很高的可靠性、较快的运行速度、较小的体积和较强的抗干扰能力等。除外，提升设备的灵活性也得到了发挥，可扩展性能又大幅攀升。变更程序，就可实现运行方式的调整，是继电器控制无法做到的。PLC应用具备的优点如下：①可根据提升机实际运转和工作模式需要，生成与罐笼运转对应的准S速度曲线。②能全数字监控罐笼位置和速度等指标，让罐笼按照准S形速度运转到达相应的指定位置，期间能半自动加减速，并在操作平台能模拟标示实时位置。③对提升机运转全程可实时监控，及时反馈运转过程中的故障信息，并产生相应的应对处理信息（设备报警、显示相应故障点、故障位置）。④搜集处理设备运转过程各环节的数据，同时还与上位机进行数据交换。2）应用优势。①PLC控制技术应用于提升机，能精确控制设备运转过程的加减速、行程及制动停车等，运行效率提高，又可降低操作人员劳动强度。②PLC控制技术能对整个提升系统工作状态进行监控。③PLC控制技术的运用，极大地提升了控制系统的故障判别能力和系统数据处理能力。④PLC控制技术的运用，可以实现监控对接点反馈错误故障。由于大多数故障都是因硬件上的误动作或不动作造成。运用PLC控制器对接点实施监控反馈，就能在第一时间预防可能出现的故障。⑤PLC控制技术的运用，能实现提升机提升全过程的实时速度监控。一旦罐笼或箕斗的实时速度超出额定速度，PLC立即给出自动报警信号或立即启动安全制动。这样就确保了整个提升系统的运行安全。

4 PLC控制在煤矿提升机中应用的结构分析

采用PLC控制器实现自动控制的提升机中，电控部分的基本结构如图1所示。其中高压主电路、PLC控制单元、行程检测显示单元、速度检测显示单元和提升信号单元，共同组成了电控系统的五大基本单元。其开车信号是经通讯回路向提升机传达指令的，然后制动手柄由操作者打开，主电机得电动作，制动闸松闸；打开主令控制器手柄，其高压换向器使PLC得电，高压信号送至主电机定子绕组，从而转子电阻接入启动，后再按顺序切除电阻，最终实现自动加速。

1）对主回路的设计和分析。其主回路的作用是为电机供电，并具备系统失压或过流保护，还能调控电机转向和转速。主回路由高压开关柜、换向器常开触头、转子电阻和电流表和电压表等组成。一般拖动系统多采用绕线式异步电机，经串电阻处理后，具备限制启动电流、提高启动转矩的功能，还能在一定范围内实现调速控制。2）对制动回路的设计和分析。它为可控硅动力制动和可调闸机械制动两种。提升机进行减速的运转中，速度控制在0～5％区间，系统启动可控硅动力制动进行减速；速度在5～10％区间，系统启动可调闸机械制动。此动力制动受到限制，Max制动功率保持，使总制动力矩增大；在提升速度超过10％后，超速继电器立即吸合，可调闸机械制动系统则实施制动减速。3）提升机应用PLC应注意的问题。①工作环境不好会电子干扰，要对中央处理器CPU、程序编辑器和电源变压器等实施信号屏蔽。选择PLC时，应关注电磁兼容性，以保障设备能正常运转。②可将安全度和可靠性较高的冗余结构形式，应用到安全、监控和制动等重要系统，以确保某环节出现故障后，提升机相关的后备设备能立即投入运行。

5 PLC控制技术在煤矿提升系统中运用的设计

1）PLC在提升系统硬件设计方面的运用。煤矿提升系统中安装的主要是PLC信号处理设备，在运行过程中所需的变频信号则由PLC变频器所提供。在变频调试硬件上，PLC能满足提升提供输入信号和信号及时反馈。根据提升系统要求，向系统中发送变频制定信号，满足信号正转、反转和启停命令等。在PLC的选型上，应选取主流的控制器件，如FX2N-64MR器件。而模数转换和数模转换模块也不可少，如FX2N-4AD和FX2N-4DA。这两个技术手段能满足对模拟量的有效处理。变频器可选择MICROMASTER440型，为变频信号驱动电机服务。PLC的运用，能使得硬件得到全方位优化，为提升系统的运行效率的提高做保障。2）PLC在提升机综合保护调绳程序和过卷切换上的运用。①调绳程序保护：提升系统中的调绳开关部件为X035外接，用在PLC控制技术调绳程序的操作切换上。正常运行状态下，调绳开关会被打到对应流程的中间位置，此时X035外接设备处于闭合状态，若要调绳操作，就需要将开关左旋45°，X035外接设备常闭触电断开，调绳回路安全位置执行接入操作，确保了PLC控制技术在其中的应用安全。②过卷切换操作：要了解掌握PLC控制技术在提升系统容量和形成小于负两米时，PLC控制系统要确保正常运行会在过卷助继电器M20线圈取电。PLC控制的常闭触点将会被断开。一旦PLC控制技术的井筒形成大于一定阀值，该技术通过提升系统能反向过卷辅助继电器线圈处取电，PLC控制中的常闭触点动作也会被终止。3）PLC在提升机综合保护中的运用。影响提升系统安全问题主要是故障方面，而PLC控制系统则能针对系统特性制动过压信号和实效程序。靠自身准确和逻辑运算能力强的特点，能判定故障属性和类型，找准故障成因后，并及时的处理。能满足瞬时故障检测功能。针对调频系统，PLC运用能准确获取与发送信号，并能得到信号的准确反馈，监控运行状态，对故障及时纠正过来。

6 PLC控制技术在煤矿提升机中运用保护能力分析

1）可靠地故障判断和处理能力。①运用PLC控制技术可增强系统对故障的判断和处理能力：鉴于PLC控制技术具有极强的记忆存储能力和逻辑运算能力，当提升系统出现故障时也能及时、准确地定位故障属性、类型、原因、位置和故障个数。另外，它对提升机的瞬时故障检测判断方面也具有极强的优势，则是传统机电系统所无法比拟的。②保护系统调频：在提升系统中，可利用PLC控制技术处理相关的变频信号，分析提升系统中的反馈信号，并根据信号发出的信息监控出现的故障。比如实现对提升机连续速度的全程监控，这从根本上解决即将出现的系统故障问题。提升系统中的主要装置—PLC信号处理设备，可采用FX2N-64MR器件作为主要控制器件，能系统地分析和处理正传信号和反转启用信号，从而可保证操作的安全性。2）综合保护中相关控制硬件的能力。①变频调试系统应用的流程操作。变频器一般都具有超负荷和欠电压保护特性等，因此在系统程序设计中应排除电动机符合状况和欠电压保护状况等问题。在综合控制系统中主要应用装置则是PLC信号处理设备，其中PLC控制技术中相应变频信号驱动电动机是由PLC变频器所提供的。具体工作流程：PLC会对控制系统中各种类型的系统输入信号和相关反馈信号进行分析，然后在向系统变频器发送指定速度信号、具体正转信号和反转启动信号及相应的停车命令信号等。②PLC控制技术在综合保护系统中型号和功能选择。普通的PLC控制系统，一般都是采用当前最为流行的FX2N-64MR器件来作为PLC控制系统中的主要控制器件。但是，还要配备FX2N-4AD系统模数转换和相关FX2N-4DA数模转换模块等。通过运用该技术手段，则可对模拟量进行积极有效的处理。而FX2N-64MR控制器件的显然有着非常高的重要性。PLC控制系统硬件构成中，主要采用MICROMASTER440式型号系统变频器，并以此为前提进行变频信号驱动电机提供工作。变频器则是由系统处理器加以控制调节的，其中会应用绝缘栅双击型晶体管IGBT式器件。该类元件则是当前技术较为领先的一种系统控制器件，而绝缘栅双击型晶体管IGBT式器件则具有较高的运行可靠性和对应系统控制功能多样性，以及完善系统保护功能特性等。可见其担当的任务重要。

3)PLC控制技术在提升机中的综合保护程序能力。一般提升系统程序主要包括变频器故障程序、急停程序、闸瓦程序和制动油过压信号产生程序，以及相应制动有过压信号消除程序等，同时失效程序和下放终端2m/s限速程序等也都是当前矿井提升系统综合程序中的主要核心内容。4）PLC控制技术在综合保护调绳和过卷切换程序能力。①PLC控制技术提升系统中综合保护调绳程序的操作。煤矿提升系统调绳转换开关部件则是X035外接件，而X035外接设备主要被应用在PLC控制的提升系统综合保护调绳程序切换操作方面。在正常运行过程中，相关调绳转换开关会被打到对应流程中间位置上，此时的X350状态处于闭合，之后会将调绳闭锁回路短接起来。在进行具体调绳操作过程中，调绳转换开关左旋45º。另外。当X035常闭触点断开时，提升系统会将调绳闭锁回路向较为安全的回路上实施接入操作，所以才能在一定程度上来保证PLC控制技术在提升系统综合保护调绳程序操作流程的安全。在调绳操作过程中，需要将离合器打开，要求司机进行报警开关解除，并使X020常开触点顺利完成闭合，同时还应将PLC控制技术在提升系统综合保护调绳安全连锁开关对应常开触点与综合保护调绳离合器开关，并与X032常开触点和X033常开触点实施串接操作。以使其能被安全串接在对应安全回路之中。②PLC控制技术在提升系统综合保护过卷操作中要点分析。PLC控制技术在提升容器操作控制中，对应矿井井筒行程值小于负两米时，PLC控制技术在提升系统中的程序会向过卷助继电器M20线圈处进行取电，PLC控制技术控制的提升系统程序常闭触点动作会被断开。但是，当PLC控制技术控制的提升容器在井筒中行程值大于全程2米时，PLC控制技术程序会反向过卷辅助继电器M21线圈处进行取电，此时PLC控制技术的提升系统程序常闭触点动作进程也会被终止掉。

结束语：综上所述，PLC凭借着可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，在煤矿提升系统控制中充当了重要的角色。在煤矿提升机的实际应用过程中，能保有效保障系统设备运行的稳定性和可靠性。运用PLC控制系统，可以替代继电器控制系统，不仅提升系统的控制性能得以大幅提升，提升系统的安全可靠性也得到显著增强，从而有效提高了煤矿的生产效率。但是，运用PLC控制技术在煤矿提升机中应用，应对其基本原理进行充分的了解和掌握，以保证系统在不同的环节和保护装置中应用的安全稳定性，满足矿井提升系统的安全运营要求，让PLC控制技术在提升环节应用发挥出更好的效果，为煤矿安全运行及向智能化方向发展奠定基础，最终促进煤矿可持续发展。

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