ＰＬＣ控制技術在煤礦的應用研究

摘要：文章介紹了PLC可編程在煤礦生產領域的主要應用,研究如何使各自獨立的PLC控制技術組成分布式系統(tǒng)共同完成礦井生產系統(tǒng)的監(jiān)測、控制的方法,形成比較先進的整體控制方案。
一、PLC概述：
　　PLC即可編程控制器,是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)出來的,并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心,把自動化技術、計算機技術和通信技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。具有如下特點。
　　1.高可靠性、準確性
　　可以說,到目前為止沒有任何一種工業(yè)控制設備可以達到PLC的可靠性。例如三菱F1,F2系列平均無故障時間可達30萬小時,而A系列的可靠性又比之高幾個數量級。事實上,如果某種控制裝置可以連續(xù)運行20年以上不出問題,在當前技術更新瞬息萬變的世界上,則可認為是永遠不會壞的裝置了。三菱公司已宣布,在今后它生產的PLC不再標可靠性這一指標了,因為對于PLC,這一指標已經無意義了。
　　2.編程方便、操作簡單
　　PLC采用與實際電路接線圖非常接近的梯形圖,這種圖形編程方式易懂易編,就是普通的工人,也能在很短的時間內學會使用。
　　從硬件方面來說,無論是接線、配置都極其簡單,只用螺絲刀即可進行全部接線工作。通常經實驗室編程,模擬調試后,在現(xiàn)場很快就能安裝調試成功。
　　3.環(huán)境要求低
　　PLC抗粉塵、抗沖擊、抗干擾,適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。
二、 PLC技術應用：
　　1.PLC在礦井提升中的應用
　　煤礦礦井提升機是煤礦的重要設備之一,擔負著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設備的重要任務,是煤礦生產的咽喉。其電控系統(tǒng)的技術性能和可靠性直接影響煤礦的安全生產。以前我國礦用交流提升機大多為TKD型,其控制核心采用繼電器、接觸器等組成的有觸點控制系統(tǒng)。這種控制設備存在觸點多、接線復雜、可靠性不高、維護困難等無法解決的缺點。
　　PLC可編程用處理開關量,替代以前提升機控制系統(tǒng)中眾多的繼電器、接觸器、復雜的連線以及信號顯示系統(tǒng)。由于PLC具有可靠、準確、抗干擾能力強、易維護等優(yōu)點,很好的解決了TKD控制系統(tǒng)無法克服的弊病,從而保證煤礦安全生產并提高生產效率。
基于Windows操作系統(tǒng),在計算機屏幕上實時動態(tài)反映提升機系統(tǒng)的所有運行參數和運行狀態(tài),如顯示提升速度、提升高度、液壓制動系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面,能使司機對提升機的運行狀況一目了然。
2.PLC在膠帶運輸集控系統(tǒng)中的應用
　　煤礦膠帶機系統(tǒng)一般包括多條輸送膠帶機、轉載膠帶機、揀矸膠帶機、刮板機、儲煤及裝車系統(tǒng)等。
　　基于PLC的全礦井膠帶運輸機集中監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)聯(lián)鎖控制和單機控制等多種控制模式,可以供操作人員根據現(xiàn)場實際情況靈活選用,確保在系統(tǒng)正常運行時操作靈活、易于維護,在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或通訊中斷時可以現(xiàn)場控制確保皮帶設備的正常運行,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外,基于PLC膠帶運輸機集控系統(tǒng)可實現(xiàn)防止打滑、拉繩、跑偏、縱撕、堆煤等多種保護功能,以便膠帶運輸機運行出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)可以快速地作出反應。
　　3.PLC在井底車場調度系統(tǒng)中的應用
　　我國煤礦井下車場調度系統(tǒng)大多數采用安全型繼電器聯(lián)鎖控制來實現(xiàn)。該控制方式觸點多、接線復雜、可靠性不高、維護困難,當礦下巷道拓展,機車線路發(fā)生變化時,系統(tǒng)修改工程量巨大,且系統(tǒng)完成功能也受到繼電器控制的限制,有些功能不能盡人意。
　　采用PLC實現(xiàn)了井下道岔、信號燈、信號發(fā)送器等設備及信號集中控制,機車運行集中調度、聯(lián)鎖,并在模擬盤實時監(jiān)視運行狀態(tài),從而保證井下機車運輸安全,提高運輸效率,減輕勞動強度,降低能源消耗。
　　目前PLC控制技術除上述應用外,還在抽風機控制、壓風機控制、水泵控制及礦車自動清洗等多方面得到了應用。而如何將各自獨立的PLC控制組成分布式系統(tǒng)共同完成礦井生產系統(tǒng)的監(jiān)測、控制的方法,形成比較先進的整體控制方案,是一個值得探討的問題。
三、整體控制方案：
　　　利用PLC可編程控制器具有的模塊化、可擴展性和通信聯(lián)網功能,將礦井已采用的各自獨立的PLC控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網以及協(xié)議的轉化集成在同一個數據網絡中,構成三層網絡結構來實現(xiàn)整個礦井的監(jiān)測、控制。三層網絡包括:現(xiàn)場的設備層(DeviceNet)、監(jiān)控分站的控制層(ControINet)和調度中心的信息層(Ethernet/IP工業(yè)以太網)。這種集控模式已在神華礦井、山西柴溝煤礦得到了實現(xiàn)。下面簡要介紹一下其所采用的羅克韋爾自動化的集控系統(tǒng)。
　　將采用PLC可編程控制技術的各監(jiān)控分站,根據控制網絡按生產關系和物理位置連接為一個統(tǒng)一的控制層(ControINet)網絡。主干采用光纖傳導模式與調度中心通過62.5/125μm光纜連接,構成整個控制層網絡。ControINet網絡采用并行時間域多路存取( CTDMA)加隱性令牌技術來控制節(jié)點對總線的訪問,采用通用工業(yè)協(xié)議CIP保證它的上層協(xié)議通信。ControINet技術采取了一種新的生產者/客戶通信模式,不僅支持傳統(tǒng)的點對點通訊,而且允許同時向多個設備傳遞信息,從而提高了帶寬利用率。采用光纖和中繼器通訊距離可達幾十公里,節(jié)點數99個。監(jiān)控軟件平臺采用RSView32,通過SCADA Server實時采集各系統(tǒng)的數據,即可在調度中心實現(xiàn)操作控制。
　　調度中心是全礦安全生產的監(jiān)控指揮中心,所有的控制信息在這里匯總并由此發(fā)布。根據控制網結構,設置若干臺監(jiān)控主機,互為熱備,分別連接ControlNet與EtherNet網關中的接口模塊,而EtherNet接口模塊接入礦局域網交換機,兩種接口模塊間經由ControlLogix網關背板直接通訊,完成ControlNet和EtherNet的互聯(lián)互通。數據上傳礦信息網后,可實現(xiàn)在辦公終端監(jiān)視生產過程,供決策部門和管理部門掌握生產最新動態(tài)。
四、結語：
　　礦井生產包括開采、掘進、運輸、通風、安全、排水、供電、洗選等多個環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中,各種監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)繁多復雜,產品品牌多樣。各種品牌的產品通過工業(yè)以太網以及協(xié)議的轉化都能夠在同一個系統(tǒng)配合使用,共同組成自動化集控系統(tǒng)。這種集控技術的應用將推動我國煤炭行業(yè)更上一個臺階。

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