PLC控制技術(shù)在礦山電氣設(shè)備中的應(yīng)用范文
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1概述
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山電氣設(shè)備的技術(shù)含量越來越高，plc控制技術(shù)由此得到快速發(fā)展。PLC是一種重要的自動化設(shè)備，具有抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、語言編程難度低、能在線修改等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。礦山開采需要的機(jī)電設(shè)備較多，將PLC控制技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)中，不僅能提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，還能減少能源消耗，有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。
2PLC控制技術(shù)介紹
2.1PLC系統(tǒng)組成PLC是一種操作數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，主要通過可編程控制器實(shí)現(xiàn)對各類生產(chǎn)設(shè)備的自動化控制。PLC能夠取代原有的繼電器，實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備的控制功能。PLC系統(tǒng)主要包括擴(kuò)展接口、電源模塊、中央處理器（CPU）以及輸出和輸入接口；各部分之間通過數(shù)據(jù)總線和電源線連接；PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有模塊式和固定式兩種，模塊式PLC系統(tǒng)包括電源、CPU、I/O模塊和機(jī)架；而固定式PLC系統(tǒng)則由CPU板、內(nèi)存塊、顯示面板和I/O板幾部分配制而成。
2.2PLC系統(tǒng)工作原理PLC系統(tǒng)工作流程包括輸入采樣、執(zhí)行階段和輸出刷新三個(gè)幾段，其中輸入采樣是基本環(huán)節(jié)，也是影響PLC控制系統(tǒng)工作效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。工作時(shí)，PLC控制系統(tǒng)對所需數(shù)據(jù)進(jìn)行自動掃描，然后將所得數(shù)據(jù)輸入至系統(tǒng)內(nèi)部單元中，新輸入的數(shù)據(jù)不會影響其他相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集工作后，進(jìn)入到執(zhí)行階段，此時(shí)PLC系統(tǒng)利用梯形圖的模式對用戶的程序進(jìn)行掃描，掃描順序應(yīng)包括左右和上下兩種不同的順序，然后將新的邏輯結(jié)果在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行刷新。執(zhí)行階段，系統(tǒng)控制命令與其指令是相對應(yīng)的，因此一定要確保采集數(shù)據(jù)的大小和狀態(tài)處于不變狀況。PLC控制系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)是輸出刷新，該系統(tǒng)利用顯影數(shù)據(jù)對控制結(jié)果進(jìn)行儲存和輸出處理，然后通過輸出電流達(dá)到對電氣設(shè)備高效控制的目的。
2.3PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢PLC該技術(shù)具有良好的擴(kuò)展性，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展；若系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，所有模塊都能帶電插拔，方便維護(hù)和更換；系統(tǒng)采用了不間斷電源（UPS）供電模式，能保證內(nèi)部數(shù)據(jù)參數(shù)的安全性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；系統(tǒng)具有在線編輯的功能，可根據(jù)工藝流程的變化對設(shè)備的啟動順序進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。
3.1PLC在提升機(jī)中的應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于提升機(jī)中，主要是與大功率晶閘管變流器組合，然后取代原有的繼電器控制裝置，以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的全載全自動功能。具體操作包括：①原有的直流主電機(jī)和提升機(jī)械仍可保留，確保老舊提升機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)正常；去除原有的操作臺，設(shè)立新操作臺，調(diào)整電樞回路，增加轉(zhuǎn)換刀閘。新舊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換刀閥聯(lián)合作用控制新老系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換工作；新老系統(tǒng)切換控制由多路航空插頭完成，進(jìn)而完成提升機(jī)制動系統(tǒng)潤滑油泵的控制工作；新系統(tǒng)在調(diào)試階段性能穩(wěn)定性較差，為確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行，需要借助老系統(tǒng)進(jìn)行必要的輔助；一定條件下，老系統(tǒng)可能需要永久留用。②改造安裝及調(diào)試工作可由未來的維護(hù)人員負(fù)責(zé)，通過全過程參與，實(shí)現(xiàn)安裝質(zhì)量的整體控制；安裝過程要進(jìn)行實(shí)時(shí)的電控監(jiān)測，尤其要注意井筒位置開關(guān)、行程以及不同機(jī)械潤滑制動系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短新系統(tǒng)調(diào)試周期；傳感器的監(jiān)測和校準(zhǔn)可通過在線送電的方式進(jìn)測試，要保障各個(gè)測量參數(shù)與提升系統(tǒng)的實(shí)際相對應(yīng)；對老系統(tǒng)提升時(shí)各個(gè)部分的運(yùn)行過程進(jìn)行檢測，以實(shí)現(xiàn)一次性無誤的切換。老系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對裝卸載系統(tǒng)的在線調(diào)試，而且能同時(shí)完成提升信號系統(tǒng)控制，減少了全面調(diào)試的工作量。確定系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)完成系統(tǒng)空載和重載運(yùn)行測試工作，確保動態(tài)試驗(yàn)傳統(tǒng)回路中閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③礦井機(jī)電設(shè)備全部停機(jī)，進(jìn)行全系統(tǒng)空載試運(yùn)行，試運(yùn)行時(shí)間一般為2天，確保系統(tǒng)空載運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行裝載試運(yùn)行，最終完成老舊提升機(jī)的改造工作，實(shí)現(xiàn)全載、全自動方式的提升。
3.2PLC技術(shù)在膠帶機(jī)中的應(yīng)用膠帶機(jī)是礦井生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，一般采用電機(jī)+耦合器的方式進(jìn)行驅(qū)動，而引入智能變頻器后，更是提高了設(shè)備的節(jié)能效果。但變頻器的節(jié)能功效并沒有發(fā)揮到最大，當(dāng)膠帶機(jī)運(yùn)輸物品只有掘進(jìn)開采的煤矸時(shí)，幾乎相當(dāng)于空載，此時(shí)設(shè)備若仍維持全速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，就會造成大量的電力浪費(fèi)。為減少電力能源的浪費(fèi)，膠帶機(jī)可增加PLC控制系統(tǒng)，利用控制網(wǎng)通信模塊并入ControlNet環(huán)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)對地面調(diào)度系統(tǒng)的全面信息化連接。以1756系列PLC控制系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，增加功能模塊后可控制變頻器的輸出功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變頻器的動態(tài)變頻，節(jié)省了電力能源。具體操作步驟如下：①系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過ControlNet環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)不同PLC控制器之間的通訊，可在本地PLC控制器上讀取膠帶機(jī)前級設(shè)備的相關(guān)信息；通過前級設(shè)備信息的讀取，確定本地系統(tǒng)輸出電流的大小，調(diào)節(jié)變頻器的頻率，從而改變本地膠帶機(jī)的速度；利用監(jiān)測設(shè)備對變頻器的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保多臺膠帶機(jī)電機(jī)功率的平衡。②遠(yuǎn)程通訊的實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)中添加配套的通訊模塊，以獲取對方的地址和通訊路徑。程序中添加的常見模塊為遠(yuǎn)程的CNB通訊模塊，利用該模塊控制系可找到與本地系統(tǒng)在同一個(gè)機(jī)架上的另一個(gè)PLC控制系統(tǒng)；在程序中建立通訊專用的MSG指令；在本地PLC控制器中建立標(biāo)簽，將讀取數(shù)據(jù)存在標(biāo)簽中。如果能給MSG指令添加一個(gè)分時(shí)指令，錯開數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收時(shí)間，可進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)的可靠性。③變頻器的調(diào)節(jié)。為控制變頻器的頻率，需要由PLC控制器提供4-20mA的電流信號。首先，在本地PLC控制器中添加模擬量輸出模塊，設(shè)置參數(shù)，使其輸出電流信號為4-20mA，頻率為0-50Hz；其次，改變變頻器的設(shè)置，將“給定速度”更換為“AnalogInput模擬量輸入”模式，調(diào)節(jié)輸入精度，利用屏蔽雙絞線將PLC中的模塊與變頻器進(jìn)行連接，即可實(shí)現(xiàn)在線校準(zhǔn)的功能。連接雙絞線時(shí)要做好接地工作，以消除變頻器對傳輸信號的干擾。④膠帶機(jī)動態(tài)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)。將變頻器的模式設(shè)置為輕載和重載兩種，通過ControlNet通訊讀取本地膠帶機(jī)前級電機(jī)的電力大小，電機(jī)電流設(shè)置在50A-80A范圍內(nèi)，若前級電機(jī)電流在50A-60A范圍內(nèi)，并持續(xù)2min，系統(tǒng)則認(rèn)為膠帶機(jī)處于輕載狀態(tài)，此時(shí)可將本地電機(jī)頻率調(diào)整為25Hz，運(yùn)行速度控制在2.4m/s；當(dāng)前級電機(jī)電流超過60A時(shí)，并且維持時(shí)間超過5min，此時(shí)本系統(tǒng)就認(rèn)為膠帶機(jī)處于重載狀態(tài)，PLC控制模擬量輸出模塊調(diào)整變頻器的頻率，變頻器開始以1Hz/s的速度遞增，直至達(dá)到50Hz，然后膠帶機(jī)將以4.8m/s的速度運(yùn)行。
3.3其他應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)還可應(yīng)用在井下風(fēng)門以及選礦工藝中。礦山井下風(fēng)門兩側(cè)的空氣壓力不相等，兩側(cè)的壓力差給風(fēng)門的開啟造成了很大障礙。為解決該類問題，研究人員利用氣缸轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的帶動作用開啟發(fā)風(fēng)門，同時(shí)利用小風(fēng)窗解決風(fēng)門兩側(cè)壓力差的問題。作業(yè)中選礦是不和缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，選礦工藝的好壞主要由磨礦分級作業(yè)決定。磨礦分級的自動化控制主要是通過功率變送器完成的，通過對磨機(jī)運(yùn)行期間電流的檢測，對其進(jìn)行分級，然后調(diào)整磨機(jī)的工作狀態(tài)，這種工作方式不僅保證了系統(tǒng)自我診斷功能和校正功能的順利實(shí)施，又為磨砂效率的檢測提供了合理數(shù)據(jù)參考。
4結(jié)語
我國礦產(chǎn)資源已經(jīng)呈現(xiàn)出緊缺狀態(tài)，而工業(yè)、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，更增加了對礦產(chǎn)資源的需求量，礦產(chǎn)生產(chǎn)企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)越來越艱巨，如何實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的合理開采和有效運(yùn)用，提高礦產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力，是企業(yè)發(fā)展過程中必須要解決的關(guān)鍵問題。礦產(chǎn)開采自動化設(shè)備的應(yīng)用，為企業(yè)的生產(chǎn)提供了保障，而PLC控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用，更是提高了設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量和效率，有效降低了生產(chǎn)能耗，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
作者：杜娟 單位：三門峽黃金工業(yè)學(xué)校