PLC 控制技术在煤矿电气控制中的应用研究

张艳军

（中国平煤神马集团四矿机电科，河南 平顶山 467000）

0 引言

在煤矿开采的电气控制中加入PLC 控制技术，能够有效提升采矿设备的工作性能，降低设备故障率，提升采矿工序的运转效率，提高设备的运行稳定性，提升煤矿开采效率，降低开采成本，是全面提升煤矿企业生产效益的重要手段。同时依托于PLC 控制技术的远程控制能力和自动化能力较高，抗干扰性较强，因此可以有效保障设备在煤矿的恶劣环境中的顺利运转，从而减少安全事故的发生概率，让操作人员的人身安全更有保障，是保障煤矿生产安全、提高综合效益的有效方法。因此，进一步加强PLC 控制技术在煤矿电气控制中的应用研究，对优化煤矿开采技术、提高煤矿开采效益、保障煤矿开采安全都有着重要的推动意义。

1 PLC 控制技术

1.1 概念

PLC 控制技术主要用于工业设备控制，是使用数字运算控制设备操作的电子控制技术。PLC 控制技术主要使用可编程存储器进行逻辑运算，根据存储器中设定的操作顺序、定时、计数等程序对设备进行精确、自动控制，从而实现对工业设备的有效控制。PLC 控制技术主要与工业控制系统相嵌和组成统一整体，将PLC 控制系统与电气设备相连接，通过控制系统对电气设备的操作和运转进行控制，既可以实现自动化的精确操控，极大的提高设备的运转效率，也能够实现远程监测和控制，让设备控制人员远离生产现场，在更安全的位置进行设备操作，从而有效保障人员的生产安全。随着技术的不断发展，研究人员将PLC 控制系统和不间断供电装置进行了有效复合，不但解决了PLC 控制系统的断电问题，还能够精确记录设备运行和系统操作中的全部数据和参数，实现了对设备参数的自动调节，让工业设备在重新开启时不用再进行大量的人工调节工作，极大的提升了设备使用效率和便捷性，保障了整体工业系统的有效运转[1]。

1.2 原理和功能

PLC 控制技术是对传统的继电器逻辑控制的升级优化，是一种相对完善的数字运算操作系统，其运行原理是从外部收集环境数据，然后对收集到的数据类型和数值进行计算和分析，再根据设定好的电子程序发出指令并下达给设备的执行元件使其依照执行，完成电气控制的全部过程。在PLC 控制技术的应用中，PLC控制系统相当于外嵌的控制系统，只是将原本的人工控制替代为了计算机控制，不会对电气设备的原有功能造成影响，反而能够实现自动化、实时化的设备自动控制、设备保护、故障报警等功能[2]。与传统的继电器控制相比，PLC 控制技术有着抗干扰能力强、使用简单、效率高、扩展性强、自动化程度高等等优势特点。PLC控制技术是专为工业生产所研发的技术，被大量应用于煤矿、发电站、工厂等大型工程中，实现对电气设备的自动化控制。

2 应用PLC 控制技术在煤矿电气控制中的重要意义

2.1 提升煤矿开采安全性

煤矿生产环境非常恶劣，矿洞中的氮氧化合物、二氧化硫、醛类气体等有毒有害气体、矿洞塌方、采空区陷落等危险因素严重影响者煤矿的开采安全，如果设备操作人员、维修人员长期处于危险环境中进行操作和维修工作，会极大的提升安全隐患，造成安全事故的概率会大大增加。因此，利用PLC 控制技术对煤矿设备进行电气控制，可以依靠PLC 控制系统的远程控制、自动化控制等特点，在场外进行电气设备的操控和故障检测诊断，能够极大的提升安全生产质量，保障生产人员的人身安全。同时，PLC 控制技术的抗干扰性能强和操作简便等特点也能够充分保证设备的使用效率，提升设备运转的稳定性，让设备不易损坏故障，同样提高了煤矿开采的安全性。

2.2 提升煤矿开采效率和总体收益

PLC 控制技术能够在煤矿开采电气控制中得到深入的应用，最重要的原因是其可以有效降低人力资源投入，降低设备养护和维修成本，提升煤矿开采效率，实现总体效益的长效增长。PLC 控制技术能够自动控制设备运转，并且拥有自动化检测程序，能够在设备故障的第一时间停止设备运行，发出故障警报，并为后续的设备维修工作提供损害位置和原因提供指引，进而制定对应的维修解决方案，能够极大的降低因设备故障所造成的维修成本，提高维修效率，从而提高煤矿开采效率；也能够通过对设备参数的自动记录功能，在重新运行设备时立即实现设备的安全、顺利运转，不必重新调整参数，有效的提升了煤矿开采效率；还可以延长设备的有效使用寿命，从而降低维修成本，提升综合开采效益。同时，PLC 控制技术的具有强大的扩展性，可以更加便捷的实现控制系统的后续扩大规模，可以随着煤矿的深入开采不断扩容，而且操作程序相对简单，系统维护难度低；PLC 控制系统中的外接端口数量多、功能多，可以实现快速拆卸插拔，即使在运转状态中，技术人员也能够实现不同部件的热插拔，极大的提升了设备使用效率；PLC 控制系统的供电模式相对稳定，主要使用UPS 供电系统进行供电，有效解决了由于突然断电可能导致的数据丢失问题，极大降低了维修成本，保证了设备参数的安全存储和使用，保障了煤矿开采的总体效益。

3 煤矿电气控制中PLC 控制技术的应用

3.1 PLC 控制技术应用于带式输送机

当前的煤矿开采和管理工作中基本实现了一体化信息控制，将PLC 控制技术应用于带式输送机，是进一步保障一体化控制效率的重要环节。当带式输送机输送矿石时，如果设备长期全速运行，会造成大量的电力浪费，使用PLC 控制系统对带式输送机的频率进行自动调节，可以实现带式输送机的精确控制，减少功率浪费，最大程度地降低能耗，实现成本的有效降低。PLC控制系统还能够根据既定程序的时间准确地发出操作指令，保障带式输送机的启停过程稳定、准确，还可以实时收集和锁定作业现场的各项参数，并且以此提升带式输送机的运行效率。带式输送机的PLC 控制系统，主要包括两个重要的组成部分，即信号采集系统和信号处理系统[3]。其中，信号采集系统主要实现对工作信号的采集、分析和计算，然后根据既定程序对设备发出控制指令，实现对电气设备的操作控制，包括了工控机和人机交互界面。由于煤矿开采工作面的环境相对恶劣，地下磁场对电气设备的运行状态有着严重影响，而PLC 控制技术的抗干扰性能极强，可以有效克服电磁场对设备产生的干扰，保证信号的稳定收集和指令传输，实现远程、自动化的带式输送机控制。信号处理系统主要包括工控机、输入模块和PLC 控制模块，主要实现人机交互、程序顺序控制等功能，保障带式输送机能够依据程序设定和指令输入实现高效、稳定的设备控制[4]。

如果带式输送机在运转过程中出现故障，PLC 控制系统能够实现设备的自主停机，有效防止故障程度的进一步加深，既能够有效降低维修难度和成本，也可以防止由于设备故障所导致的安全事故的产生。同时，PLC 控制系统对带式输送机的设备参数的全面记录功能，可以有效提高操作人员对带式输送机工作的深入认识，有助于帮助操作人员调整带式输送机的工作参数，从而提高带式输送机的工作效率，降低故障概率，延长设备使用寿命，对进一步提升煤矿开采的整体效益有着重要影响，这也是将PLC 控制技术应用于煤矿电气控制中的重要目的。

3.2 PLC 控制技术应用于提升机

PLC 控制系统的应用，可以让提升机的控制更加自动化、标准化，既可以有效提高提升机的作业效率，还可以实现提升机的控制精确度，降低提升机发生故障的概率，消除安全隐患，让煤矿开采更加便捷且效率。在提升机中安装PLC 控制系统，是对原有继电器控制系统的替代，因此不需要对提升机内部的直流电机进行拆卸更换，只需要将原本的继电器控制系统元件替换为PLC 控制系统的电流器组合，即可发挥PLC 控制效果。在此过程中，需要注意将原本的控制台进行拆除，并在新的控制台安装后进行电路检查和参数设置，尤其要对控制台的电路枢纽进行优化调整，保障转换刀闸的合理放置，防止控制系统不匹配导致运转故障发生[5]。将PLC 控制系统应用于提升机，需要在提升机内部的安装传感器并进行优化调试，保障传感器的各项参数准确无误且信息收集全面，为控制系统的操作提供数据保障。在进行传感器的调试时，通常使用在线输电校对操作，根据传感器的实时数据反馈对传感器的安装参数进行优化调整，以此提高传感器精度。将PLC 控制系统安装于提升机中，还要注意在更换提升机内部系统时，要使用多个线路插头进行更换，并检查润滑油情况，保障提升机内部的油泵系统可以顺利稳定运转。PLC 控制系统安装完成后，要进行试运行检测，防止产生系统不兼容性问题导致提升机出现运行故障。技术人员需要对设备运行参数和系统稳定性进行全面调试和调整，保障其实际应用效果符合标准。调试工作结束后，需要停止作业，对提升机进行试运行，如果试运行过程中提升机的工作状态符合相关标准，即可确定PLC 控制系统安装成功，提升机可以进行实际生产。当然，如果原本的控制系统的相关工作状态和参数符合生产需求，可以保留原本的控制系统，实现双系统并行，防止PLC 控制系统出现故障影响生产，一旦一个控制系统出现故障，可以立即启用另一套备用系统保障提升机的顺利运行，保障煤矿生产。

3.3 PLC 控制技术应用于井下风门

当井下风门正常运转时，井下风门两侧会由于风压不同产生压力差，开启风门的压力较大，难以顺利打开风门，而风门关闭时，也会由于压力差的存在导致难以顺利关闭。因此，加装带有气缸传送带的井下风门成为提高风门运转效率的重要方法。利用气缸传动的方式对风门进行压力控制，能够极大的提升开门动力，防止由于封门两侧压力差过大导致风门无法打开的问题。该方法利用多个小风窗对风门进行控制带动，改善风门打开的压力条件，保障风门顺利运转，能够极大地降低打开风门所需的运转动力。将PLC 控制技术应用于井下风门，就是利用控制系统对气缸传送带进行精确控制，根据传感器检测到的环境和压力数据进行气缸控制，进一步降低井下风门的控制难度，提升控制效率。首先，由传感器对井下风门的状态进行感应实现数据收集，传送到PLC 控制系统，系统根据程序计算并发出相应的控制指令信号，由气缸的电磁阀接收信号，控制气缸进行活塞运动，进而实现对风门的传动控制。当感应器检测到风门角度为90°时，PLC 控制系统会发出指令，让电磁阀立即停止工作；当需要闭合井下风门时，控制系统会向电磁阀发出反向运转指令。从而关闭风门。各个小风窗的操作原理与风门一致，只是小风窗的操作是用于改善风门压力条件，提升控制效率。

3.4 PLC 控制技术应用于设备集中控制

PLC 控制技术应用于设备集中控制好系统中，主要包括煤矿综采工作面设备集中控制系统和煤炭地面筛分系统两方面。煤矿综采工作面的设备主要有采煤机、转载机、破碎机、刮板输送机、泵站等设备。根据综采工作面的生产流程，使用PLC 控制系统对上述设备进行集中控制，能够实现综采工作面设备的开停集中控制、设备运行参数的集中调整、设备运转状态的集中监测等功能，可以极大地提升设备的整体使用效率，从而提高煤矿生产效率，降低生产成本，提高安全生产质量。将PLC 控制系统应用于煤炭地面筛分系统中，需要建立PLC 集中控制系统主站和多个PLC 系统分站，PLC 主站与各分站保持全面连接、控制，通过控制系统对顺煤流停车和逆煤流起车进行精确控制，防止运煤车辆堵塞，提升煤矿生产效率。

4 结语

将PLC 控制技术全面应用于煤矿电气控制中，利用其高效便捷、结构简单、使用方便、抗干扰性强、性能优越等优势特点，可以有效提升采矿设备的工作性能，降低设备故障率，提升采矿工序的运转效率，提高设备的运行稳定性，提升煤矿开采效率，降低开采成本，是全面提升煤矿企业生产效益的重要手段，也是减少安全事故的发生概率，保障煤矿生产安全、提高综合效益的有效方法。