论文部分内容阅读
摘 要：PLC是一种可编程的控制系统，具有抗干扰能力强、性能稳定、可扩展性、能在线修改等多种优势，已经广泛应用于机械制造、企业生产等多个领域。矿山开采设备自动化水平越来越高，将PLC技术应用在矿山开采电气设备中，不仅能提高工作效率，降低能量损耗，还能提高设备运行的稳定性，延长设备的使用寿命，节约企业生产成本。本文对PLC的组成、原理、优势进行了介绍，然后以矿产开采为例，对PLC控制系统在提升机、胶带机、井下风门以及选矿工艺等方面的应用进行了详细分析。
关键词：PLC;矿山;电气设备;提升机;胶带机;应用
1 概述
随着科学技术的不断发展，矿山电气设备的技术含量越来越高，PLC控制技术由此得到快速发展。PLC是一种重要的自动化设备，具有抗干扰能力强、性能稳定、语言编程难度低、能在线修改等优点，已经在多个生产领域得到广泛应用。矿山开采需要的机电设备较多，将PLC控制技术应用到企业生产中，不仅能提高企业的生产效率，还能减少能源消耗，有利于企业经济效益的提升。
2 PLC控制技术介绍
2.1 PLC系统组成
PLC是一种操作数字运算电子系统，主要通过可编程控制器实现对各类生产设备的自动化控制。PLC能够取代原有的继电器，实现对机电设备的控制功能。PLC系统主要包括扩展接口、电源模块、中央处理器（CPU）以及输出和输入接口;各部分之间通过数据总线和电源线连接;PLC系统结构有模块式和固定式两种，模块式PLC系统包括电源、CPU、I/O模块和机架;而固定式PLC系统则由CPU板、内存块、显示面板和I/O板几部分配制而成。
2.2 PLC系统工作原理
PLC系统工作流程包括输入采样、执行阶段和输出刷新三个几段，其中输入采样是基本环节，也是影响PLC控制系统工作效率的关键环节。工作时，PLC控制系统对所需数据进行自动扫描，然后将所得数据输入至系统内部单元中，新输入的数据不会影响其他相关数据。系统完成数据采集工作后，进入到执行阶段，此时PLC系统利用梯形图的模式对用户的程序进行扫描，扫描顺序应包括左右和上下两种不同的顺序，然后将新的逻辑结果在计算机系统内进行刷新。执行阶段，系统控制命令与其指令是相对应的，因此一定要确保采集数据的大小和状态处于不变状况。PLC控制系统的最后一个环节是输出刷新，该系统利用显影数据对控制结果进行储存和输出处理，然后通过输出电流达到对电气设备高效控制的目的。
2.3 PLC控制系统的优势
PLC该技术具有良好的扩展性，可以根据实际生产需求进行系统扩展;若系统结构采用模块化设计，所有模块都能带电插拔，方便维护和更换;系统采用了不间断电源（UPS）供电模式，能保证内部数据参数的安全性，提高了系统的稳定性;系统具有在线编辑的功能，可根据工艺流程的变化对设备的启动顺序进行调整和优化。
3 PLC在矿山电气设备中的应用
3.1 PLC在提升机中的应用
PLC控制系统应用于提升机中，主要是与大功率晶闸管变流器组合，然后取代原有的继电器控制装置，以实现提升机的全载全自动功能。具体操作包括：
①原有的直流主电机和提升机械仍可保留，确保老旧提升机运行系统正常;去除原有的操作台，设立新操作台，调整电枢回路，增加转换刀闸。新旧系统转换刀阀联合作用控制新老系统的转换工作;新老系统切换控制由多路航空插头完成，进而完成提升机制动系统润滑油泵的控制工作;新系统在调试阶段性能稳定性较差，为确保生产的顺利进行，需要借助老系统进行必要的辅助;一定条件下，老系统可能需要永久留用。
②改造安装及调试工作可由未来的维护人员负责，通过全过程参与，实现安装质量的整体控制;安装过程要进行实时的电控监测，尤其要注意井筒位置开关、行程以及不同机械润滑制动系统的运行状态，确保工程质量的基础上，缩短新系统调试周期;传感器的监测和校准可通过在线送电的方式进测试，要保障各个测量参数与提升系统的实际相对应;对老系统提升时各个部分的运行过程进行检测，以实现一次性无误的切换。老系统和PLC控制系统可实现对装卸载系统的在线调试，而且能同时完成提升信号系统控制，减少了全面调试的工作量。确定系统的动态响应参数，根据参数完成系统空载和重载运行测试工作，确保动态试验传统回路中闭环系统的稳定性。
③矿井机电设备全部停机，进行全系统空载试运行，试运行时间一般为2天，确保系统空载运行稳定后进行装载试运行，最终完成老旧提升机的改造工作，实现全载、全自动方式的提升。
3.2 PLC技术在胶带机中的应用
胶带机是矿井生产运输系统中的重要设备之一，一般采用电机+耦合器的方式进行驱动，而引入智能变频器后，更是提高了设备的节能效果。但变频器的节能功效并没有发挥到最大，当胶带机运输物品只有掘进开采的煤矸时，几乎相当于空载，此时设备若仍维持全速运转的状态，就会造成大量的电力浪费。为减少电力能源的浪费，胶带机可增加PLC控制系统，利用控制网通信模块并入ControlNet环网，以实现对地面调度系统的全面信息化连接。以1756系列PLC控制系统为例，该系统具有可扩展性，增加功能模块后可控制变频器的输出功率，进而实现变频器的动态变频，节省了电力能源。具体操作步骤如下：
①系统设计。
通过ControlNet环网实现不同PLC控制器之间的通讯，可在本地PLC控制器上读取胶带机前级设备的相关信息;通过前级设备信息的读取，确定本地系统输出电流的大小，调节变频器的频率，从而改变本地胶带机的速度;利用监测设备对变频器的电流进行实时监测，确保多台胶带机电机功率的平衡。
②远程通讯的实现。
在系统中添加配套的通讯模块，以获取对方的地址和通讯路径。程序中添加的常见模块为远程的CNB通讯模块，利用该模块控制系可找到与本地系统在同一个机架上的另一个PLC控制系统;在程序中建立通讯专用的MSG指令;在本地PLC控制器中建立标签，将读取数据存在标签中。如果能给MSG指令添加一个分时指令，错开数据的发送和接收时间，可进一步提升数据的可靠性。 ③变频器的调节。
为控制变频器的频率，需要由PLC控制器提供4-20mA的电流信号。首先，在本地PLC控制器中添加模拟量输出模块，设置参数，使其输出电流信号为4-20mA，频率为0-50Hz;其次，改变变频器的设置，将“给定速度”更换为“Analog Input模拟量输入”模式，调节输入精度，利用屏蔽双绞线将PLC中的模块与变频器进行连接，即可实现在线校准的功能。连接双绞线时要做好接地工作，以消除变频器对传输信号的干扰。
④胶带机动态调速的实现。
将变频器的模式设置为轻载和重载两种，通过ControlNet通讯读取本地胶带机前级电机的电力大小，电机电流设置在50A-80A范围内，若前级电机电流在50A-60A范围内，并持续2min，系统则认为胶带机处于轻载状态，此时可将本地电机频率调整为25Hz，运行速度控制在2.4m/s;当前级电机电流超过60A时，并且维持时间超过5min，此时本系统就认为胶带机处于重载状态，PLC控制模拟量输出模块调整变频器的频率，变频器开始以1Hz/s的速度递增，直至达到50Hz，然后胶带机将以4.8m/s的速度运行。
3.3 其他应用
PLC控制系统还可应用在井下风门以及选矿工艺中。矿山井下风门两侧的空气压力不相等，两侧的压力差给风门的开启造成了很大障碍。为解决该类问题，研究人员利用气缸转动所产生的带动作用开启发风门，同时利用小风窗解决风门两侧压力差的问题。作业中选矿是不和缺少的一个环节，选矿工艺的好坏主要由磨矿分级作业决定。磨矿分级的自动化控制主要是通过功率变送器完成的，通过对磨机运行期间电流的检测，对其进行分级，然后调
整磨机的工作状态，这种工作方式不仅保证了系统自我诊断功能和校正功能的顺利实施，又为磨砂效率的检测提供了合理数据参考。
4 结语
我国矿产资源已经呈现出紧缺状态，而工业、农业的快速发展，更增加了对矿产资源的需求量，矿产生产企业面临的挑战越来越艰巨，如何实现矿产资源的合理开采和有效运用，提高矿产企业的市场竞争力，是企业发展过程中必须要解决的关键问题。矿产开采自动化设备的应用，为企业的生产提供了保障，而PLC控制系统在电气设备中的应用，更是提高了设备运行的质量和效率，有效降低了生产能耗，提高了企业的经济效益。
参考文献：
[1]李明子.矿山电气中PLC控制技术的应用[J].硅谷，2014，23：88+92.
[2]邵键洲.矿山电气中PLC控制技术的实际运用[J].技术与市场，2015，06：213-214.
[3]刘铁中.PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J].科技视界，2013，34：106.
[4]辛永业.PLC技术在矿山机电设备中的应用[J].神州，2012，21：234.
[5]黄俊亮.浅析矿山电气中PLC控制技术的实际运用[J].科技创新与应用，2015，29：150.
关键词：PLC;矿山;电气设备;提升机;胶带机;应用
1 概述
随着科学技术的不断发展，矿山电气设备的技术含量越来越高，PLC控制技术由此得到快速发展。PLC是一种重要的自动化设备，具有抗干扰能力强、性能稳定、语言编程难度低、能在线修改等优点，已经在多个生产领域得到广泛应用。矿山开采需要的机电设备较多，将PLC控制技术应用到企业生产中，不仅能提高企业的生产效率，还能减少能源消耗，有利于企业经济效益的提升。
2 PLC控制技术介绍
2.1 PLC系统组成
PLC是一种操作数字运算电子系统，主要通过可编程控制器实现对各类生产设备的自动化控制。PLC能够取代原有的继电器，实现对机电设备的控制功能。PLC系统主要包括扩展接口、电源模块、中央处理器（CPU）以及输出和输入接口;各部分之间通过数据总线和电源线连接;PLC系统结构有模块式和固定式两种，模块式PLC系统包括电源、CPU、I/O模块和机架;而固定式PLC系统则由CPU板、内存块、显示面板和I/O板几部分配制而成。
2.2 PLC系统工作原理
PLC系统工作流程包括输入采样、执行阶段和输出刷新三个几段，其中输入采样是基本环节，也是影响PLC控制系统工作效率的关键环节。工作时，PLC控制系统对所需数据进行自动扫描，然后将所得数据输入至系统内部单元中，新输入的数据不会影响其他相关数据。系统完成数据采集工作后，进入到执行阶段，此时PLC系统利用梯形图的模式对用户的程序进行扫描，扫描顺序应包括左右和上下两种不同的顺序，然后将新的逻辑结果在计算机系统内进行刷新。执行阶段，系统控制命令与其指令是相对应的，因此一定要确保采集数据的大小和状态处于不变状况。PLC控制系统的最后一个环节是输出刷新，该系统利用显影数据对控制结果进行储存和输出处理，然后通过输出电流达到对电气设备高效控制的目的。
2.3 PLC控制系统的优势
PLC该技术具有良好的扩展性，可以根据实际生产需求进行系统扩展;若系统结构采用模块化设计，所有模块都能带电插拔，方便维护和更换;系统采用了不间断电源（UPS）供电模式，能保证内部数据参数的安全性，提高了系统的稳定性;系统具有在线编辑的功能，可根据工艺流程的变化对设备的启动顺序进行调整和优化。
3 PLC在矿山电气设备中的应用
3.1 PLC在提升机中的应用
PLC控制系统应用于提升机中，主要是与大功率晶闸管变流器组合，然后取代原有的继电器控制装置，以实现提升机的全载全自动功能。具体操作包括：
①原有的直流主电机和提升机械仍可保留，确保老旧提升机运行系统正常;去除原有的操作台，设立新操作台，调整电枢回路，增加转换刀闸。新旧系统转换刀阀联合作用控制新老系统的转换工作;新老系统切换控制由多路航空插头完成，进而完成提升机制动系统润滑油泵的控制工作;新系统在调试阶段性能稳定性较差，为确保生产的顺利进行，需要借助老系统进行必要的辅助;一定条件下，老系统可能需要永久留用。
②改造安装及调试工作可由未来的维护人员负责，通过全过程参与，实现安装质量的整体控制;安装过程要进行实时的电控监测，尤其要注意井筒位置开关、行程以及不同机械润滑制动系统的运行状态，确保工程质量的基础上，缩短新系统调试周期;传感器的监测和校准可通过在线送电的方式进测试，要保障各个测量参数与提升系统的实际相对应;对老系统提升时各个部分的运行过程进行检测，以实现一次性无误的切换。老系统和PLC控制系统可实现对装卸载系统的在线调试，而且能同时完成提升信号系统控制，减少了全面调试的工作量。确定系统的动态响应参数，根据参数完成系统空载和重载运行测试工作，确保动态试验传统回路中闭环系统的稳定性。
③矿井机电设备全部停机，进行全系统空载试运行，试运行时间一般为2天，确保系统空载运行稳定后进行装载试运行，最终完成老旧提升机的改造工作，实现全载、全自动方式的提升。
3.2 PLC技术在胶带机中的应用
胶带机是矿井生产运输系统中的重要设备之一，一般采用电机+耦合器的方式进行驱动，而引入智能变频器后，更是提高了设备的节能效果。但变频器的节能功效并没有发挥到最大，当胶带机运输物品只有掘进开采的煤矸时，几乎相当于空载，此时设备若仍维持全速运转的状态，就会造成大量的电力浪费。为减少电力能源的浪费，胶带机可增加PLC控制系统，利用控制网通信模块并入ControlNet环网，以实现对地面调度系统的全面信息化连接。以1756系列PLC控制系统为例，该系统具有可扩展性，增加功能模块后可控制变频器的输出功率，进而实现变频器的动态变频，节省了电力能源。具体操作步骤如下：
①系统设计。
通过ControlNet环网实现不同PLC控制器之间的通讯，可在本地PLC控制器上读取胶带机前级设备的相关信息;通过前级设备信息的读取，确定本地系统输出电流的大小，调节变频器的频率，从而改变本地胶带机的速度;利用监测设备对变频器的电流进行实时监测，确保多台胶带机电机功率的平衡。
②远程通讯的实现。
在系统中添加配套的通讯模块，以获取对方的地址和通讯路径。程序中添加的常见模块为远程的CNB通讯模块，利用该模块控制系可找到与本地系统在同一个机架上的另一个PLC控制系统;在程序中建立通讯专用的MSG指令;在本地PLC控制器中建立标签，将读取数据存在标签中。如果能给MSG指令添加一个分时指令，错开数据的发送和接收时间，可进一步提升数据的可靠性。 ③变频器的调节。
为控制变频器的频率，需要由PLC控制器提供4-20mA的电流信号。首先，在本地PLC控制器中添加模拟量输出模块，设置参数，使其输出电流信号为4-20mA，频率为0-50Hz;其次，改变变频器的设置，将“给定速度”更换为“Analog Input模拟量输入”模式，调节输入精度，利用屏蔽双绞线将PLC中的模块与变频器进行连接，即可实现在线校准的功能。连接双绞线时要做好接地工作，以消除变频器对传输信号的干扰。
④胶带机动态调速的实现。
将变频器的模式设置为轻载和重载两种，通过ControlNet通讯读取本地胶带机前级电机的电力大小，电机电流设置在50A-80A范围内，若前级电机电流在50A-60A范围内，并持续2min，系统则认为胶带机处于轻载状态，此时可将本地电机频率调整为25Hz，运行速度控制在2.4m/s;当前级电机电流超过60A时，并且维持时间超过5min，此时本系统就认为胶带机处于重载状态，PLC控制模拟量输出模块调整变频器的频率，变频器开始以1Hz/s的速度递增，直至达到50Hz，然后胶带机将以4.8m/s的速度运行。
3.3 其他应用
PLC控制系统还可应用在井下风门以及选矿工艺中。矿山井下风门两侧的空气压力不相等，两侧的压力差给风门的开启造成了很大障碍。为解决该类问题，研究人员利用气缸转动所产生的带动作用开启发风门，同时利用小风窗解决风门两侧压力差的问题。作业中选矿是不和缺少的一个环节，选矿工艺的好坏主要由磨矿分级作业决定。磨矿分级的自动化控制主要是通过功率变送器完成的，通过对磨机运行期间电流的检测，对其进行分级，然后调
整磨机的工作状态，这种工作方式不仅保证了系统自我诊断功能和校正功能的顺利实施，又为磨砂效率的检测提供了合理数据参考。
4 结语
我国矿产资源已经呈现出紧缺状态，而工业、农业的快速发展，更增加了对矿产资源的需求量，矿产生产企业面临的挑战越来越艰巨，如何实现矿产资源的合理开采和有效运用，提高矿产企业的市场竞争力，是企业发展过程中必须要解决的关键问题。矿产开采自动化设备的应用，为企业的生产提供了保障，而PLC控制系统在电气设备中的应用，更是提高了设备运行的质量和效率，有效降低了生产能耗，提高了企业的经济效益。
参考文献：
[1]李明子.矿山电气中PLC控制技术的应用[J].硅谷，2014，23：88+92.
[2]邵键洲.矿山电气中PLC控制技术的实际运用[J].技术与市场，2015，06：213-214.
[3]刘铁中.PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J].科技视界，2013，34：106.
[4]辛永业.PLC技术在矿山机电设备中的应用[J].神州，2012，21：234.
[5]黄俊亮.浅析矿山电气中PLC控制技术的实际运用[J].科技创新与应用，2015，29：150.