浅论煤矿机电装备应用PLC控制的设计与安装技术

[摘 要]浅论PLC控制技术应用于煤矿旧设备改造一些相关的技术问题。就应用PLC控制方案的确定、合理选择运用PLC控制的I/0点数、合理选择被控设备存储容量和结构与安装形式及功能，以及PLC应用的程序设计及安装调试作了细致的分析叙述。

[关键词]煤矿机电设备；PLC控制技术；改造

中图分类号：TL62+9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0294-01

1 引言

煤炭企业许多机电装备的控制系统，近年来多采用了PLC控制，但是有些老旧杂设备仍然缺少这类控制，还有一些原先的PLC控制系统过于简单，不适应当前自动化控制的需要。缺少PLC控制的设备及PLC控制技术较落后的控制系统，不仅使设备运行效率低下，且消耗较多的能源及其辅助材料，此外占用人员也多。这种生产设备自动化程度低的局面，给生产成本增加了很大的负担，影响企业经济效益的提高。因此，对一些控制系统比较落后的机电装备很有必要运用PLC控制技术进行改造，以全面提升煤矿机电装备的自动化程度，为提高生产效率，保障煤矿安全生产，实现经济效益的可持续增长奠定基石。在此，根据煤矿现有的设备控制要求前提下，本着力求简单、节约，做到操作简便、维修维护方便、系统安全可靠的原则浅论实施改造。同时，在配置硬件时，还要考虑价格因素及未来的发展空间，并要留有一定的余量，以供新功能的扩展与进一步开发。

2 应用plc控制方案的确定

1）对应用方案的论证。对被控设备的PLC改造，首先要了解被改造设备的现有运行状况，以及它的影响情况，论证改造后所能带来的潜力和效益。在考虑自动化的基础上，重点是要论证安全情况和提升的经济效益价值，必须有所收益方可，也就是所谓的投资收益率。最后再决定是否改造可行。

2）被控设备的工艺特性。不论哪种煤矿机械的控制，运用PLC控制系统改造都是为了实现被控对象的工艺要求，甚至有较大的提升空间。具体来讲，就是要能够进一步提高生产效率、煤炭质量和生产安全效果。改造后还要能够最大限度地满足被控设备的基本要求，并应尽量要进行新功能开发或留有余量空间。

3）控制系统全过程功能完善。对被控设备，要详细分析控制的要求和控制电路的复杂程度；全面了解控制的全过程，保证所要完成的功作、自动工作循环的组成、各自动作的循环顺序、所做的安全保护和连锁条件，以及故障指示等功能。对全过程了解清晰后，才能确定PLC控制的基本方式。

3 合理选择运用PLC控制的I/0点数

根据设备特点与用途，选择恰当的PLC I/O点数。在满足控制要求的前提下，兼顾价格和备用余量，还要留一定的余量。I/0点数要根据控制对象输入输出信号的实际需要，考虑留有1O%～3O%的余量。一般每增加一个点，PLC机的价格就要增加100元左右。因此也要适当的考虑节约I/0点数，这可以采用改进接线和优化程序的方法适当节约I/O点数。参考选择条件：①分组输入：可以将几种工作方式分别使用的输入信号分成若干组，因为PLC机在运行时只能使用其中的一组信号，所以各组可共享输入点数，如此就减少了输入点数。②控制功能相同的操作开关，可以并联连接。③可以采用矩阵式的输入方式确定点数。

4 合理选择被控设备存储容量、结构和安装形式及功能

1）存储容量设计。存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储容量，其大小是由被控设备程序的大小决定的，因此要适当考虑留有一定的余量（20%～3O%），即计算公式为：M=开关量I/O点数×lO+模拟量通道数×l00，存储容量：M+M×（2O%～30%）。

2）选择合理的结构形式。整体式PLC机或模块式PLC机是选择的形式。而整体式的I/O点平均价格比模块式的低，体积也小、结构紧凑。它一般用于工艺过程比较固定的系统中，但功能不如模块式的灵活。模块式PLC机的各个部分都以模块的形式插入机架的底板上，组装在一个机架内，其输入输出部分也是模块式的，因此配置灵活、装配方便，也便于扩展。大、中型等比较复杂的PLC机则采用该结构，且又能适应恶劣的生产环境运行。

3）选择灵活适当的安装方式。根据被控煤矿机械的控制方式，集中式、远控程序或多网的分布式选择。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应也灵活，成本又低；大型复杂的系统可选择远程I/O式；多网式则适合于多台分别互相独立控制的设备，若某些设备需相互联系，则可以增加通信模块。

4）选择齐全的控制功能。PLC主要功能：逻辑运算、定时、计数、数据处理、人机对话、自检、记录、通讯等功能。以开关量为主的控制系统，可选择小型PLC机；比较复杂的具有PID运算、闭环控制、通信联网等功能的控制系统，可选择中高档的PLC机。

5）选择合理的I/O地址分配。对I/O点数选择，虽不多复杂，但要考虑周全，特别是要节约I/O点数时。在对I/O地址分配时，要有一个较好区分的规律，以方便程序设计。

5 PLC应用的程序设计及安装调试

程序设计上，可采用梯形图法或指令语句表法，在此基础上认真分析，让功能更加完善。实际控制中，除了过程控制系统外，大部分控制系统属于顺序控制系统，所以对新编制的PLC程序要反复调试。调试步骤如下：

1）对应用程序检查。将编好的程序输入编程器中，并仔细检查。改正语法和数据错误后存入PLC的存储器中即可。

2）模拟试运行。要模拟系统的实际输入信号，并在程序运行中适当的时刻搬动开关接通或断开输入信号，模拟各种机械动作，使检测组件的状态发生变化。观察PLC输出端状态指示灯的变化，确定程序执行情况，对照执行组件正确动作，确认程序是否有错误。如此过程往往反复多次才能试验成功。

3）被控系统的安装。①I/O的布线：a.动力线、控制线、PLC电源线和I/O线应分别配线。在隔离变压器与PLC的I/O线之间应采用双绞线连接。b.PLC要远离干扰电源，不能与高压电器安装在同一开关柜内。c.PLC的输入与输出应分开走线，开关量与模拟量也要分开。模拟量信号的传送应采用屏蔽线接地（一端或两端接地），接地电阻要小于屏蔽层电阻的lO%。d.为防外界信号干扰，基本单元与扩展单元及功能模块的连接电缆应单独设置。e.交流线与直流线不能用同一根电缆，输出线尽量远离高压线与动力线。②输入线长度控制及保护、防干扰。I/O端的接线输入线一般≯30m，尽量采用常开点的形式连接到输入端，使编制的梯形图与原理图一致。其输出组件应设有短路保护装置；使用感性负载，继电器要选择寿命长；为防止干扰，可采取一定控制措施。措施如下：a.外部安全电路：为防止异常和不安全状态的发生，要设置相应的保护电路（急停电路、互锁保护电路、电源过载保护电路、重入故障的报警及防护电路等）。b.PLC要可靠地接地：接地不好，就不能保证PLC可靠工作。为避免偶发电压冲击的危害，PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线面积≮2mm2，接地电阻

4）被控设备调试。可以利用现场实际的主令组件、检测组件和执行组件组成模拟控制系统，进一步检测组件的可靠性及PLC的实际负载能力，以便确定是否再修改程序。

5）现场环境调试。前述完成的情况下，系统安装完毕后可对一些具体的参数进一步的现场整定。经反复调试检查没有问题时，再把程序固化到EPROM中，然后投入试运行。

6 结束语

总之，在对煤矿旧设备进行PLC改造时，都要周全考虑其用途、环境、目标、工作量等，并c重新设计PLC系统核对，兼顾价格安全性。需要注意的问题较多，都应特别细致的设计、安装，并反复调试，确认无误、功能目标完善后才能投入正式运行。

参考文献

[1] 叶魏仪.对机电设备PLC技术安装改造方法探讨[J].科技资讯，2009，04：133.

[2] 李明哲.PLC控制系统在煤炭化工自动化中的应用探析[J].2015，03：97.