试论PLC技术在矿井提升中的应用

[摘 要]随着科学技术的不断发展，PLC技术的功能也得到了不断提高和完善，其几乎可以完成工业控制领域里的所有工作任务。本文基于此，首先从PLC的结构形式出发，对PLC技术进行了简要分析，再就PLC技术在矿井提升机系统中的实际应用作了详细论述，并对其在矿业生产中的应用前景作出了一定的展望。

[关键词]PLC技术；工作原理；具体应用；发展前景

中图分类号：TD633 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0392-02

1.前言

现阶段，矿井提升机在我国矿业生产中有着越来越重要的作用。其作为矿业生产机械设备中的重要组成部分，矿井提升机一直依靠其稳定的系统控制技术保障矿业生产的安全。近几年来，矿井提升机控制系统技术得到了有效的提高和发展，这离不开各项辅技术在矿井提升系统中的运用。长期的实践证明，PLC作为矿井提升系统中运用较广泛的一项辅技术，在提升矿井提升机的运行稳定性和准确性等方面均彰显出重要意义。

2.PLC技术相关理论概述

2.1 PLC技术简介

Programmable Logic Controller，简称PLC技术，中文含义是“可编程序控制器”。PLC技术实际上是一种基于数字运算操作的电子系统，通过采用可编程存储器，在需要进行逻辑运算、数据分析、顺序控制等一系列操作的具体工业环境中，以数字形式或模拟形式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程，从而给相关的技术人员带来帮助。根据结构形式，PLC可分为整体式和模块式两大类。其中，整体式PLC是将电源、I/O借口和核心处理器等相关部件以集成的形式装在一个机箱中，这种形式的PLC往往由于体积较小，结构紧凑且成本较低，在小型工业生产环境中具有广泛的应用。另一种结构形式为模块式PLC技术，其是将PLC的不同组成成分划分为不同的单独模块，例如处理器模块、电源模块、算法模块等等，在基于各种模块的组成的基础上的，利用框架或基板相连接。

2.2 工作原理概述

现阶段，PLC技术多通过采用微型计算机的运行方式，借助全数字调速系统命令，实现主令操作控制的软接线网络和各水平操作台之间的信息传递，以及通过数字式及直线式动态来显示控制设备的具体运行位置。如果PLC模块与上位机相连，PLC技术还能对来自不同环节的信息进行处理或传递。在实际生产环节中，PLC的工作可以分为以下三个阶段。

首先是输入采样阶段。在此阶段，PLC将扫描所得的输入状态和相关数据以内存的形式存入I/O映像区的内存单元之中，为后续阶段的进行提供必要准备。其次是用户程序执行阶段，这也是PLC技术工作的核心阶段，在这一阶段中，PLC依靠顺序逻辑，自上而下扫描梯形图。扫描过程中，PLC处理器对于梯形图中的控制电路将会遵循先左后右、先上后下的逻辑以进行逻辑运算和数据分析，在得出相应结果的基础上，刷新其该结果在I/O 映象区中对应位的存储状态或在系统RAM 存储区中对应位的状态，并判断其是否要执行用户程序中规定的特殊指令。该阶段完成后，将进入最后一个阶段――输出刷新阶段，在此阶段中，PLC的处理器将照I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再通过经输出电路驱动相应的外设加以工作。

3.PLC 控制技术在矿井提升中的具体应用

随着我国煤矿产业的不断发展，煤矿中的矿井提升机的工作也由传统的提升煤炭、材料下放延伸为了升降人员、下放设备等等，因此，整个PLC控制技术的可靠性对于整个煤矿的安全生产具有重要的意义。传统的矿井提升机多采用TKD控制系统，需要众多继电器、接触器等设备保证整个控制系统的运行，但随着PLC控制系统的发展，PLC已逐渐克服了TKD控制系统存在的一些弊端。矿井提升中，PLC控制系统的具体应用领域如图2所示。

以矿井提升机的加速提升为例，当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号时，相关的操作人员只需将制动手柄向前推离紧闸位置，即可使主电动机的电磁铁通电，主电动机松闸。操作人员需将主令控制器的操作手柄推向正向或反向极端位置，PLC控制系统就会通过控制高压换向器得到高压信号，经过信号电路处理分析后，这一高压信号会被送入可编程控制器中的电动机定子绕组，引起电动机在接入全部转子电阻的情况下启动，从而实现整个矿井提升机的自动加速并确保整个矿井提升机能够在自然机械特性的基础上继续稳定运行。同样，整个PLC控制系统也可对矿井提升机提升行程和提升速度进行定量计算。以提升速度的计算为例，当矿井提升机在交流电压的作用下自动运行时，PLC控制系统中的旋转编码器会跟随主电动机做定向摆动，并在主控PLC 的高速计数器hsc0 的a/b 相脉冲输入端输出两列a/b 相脉冲。主控PLC控制系统接受到此脉冲信号时，可以结合程序中事先输入的hsc0 的加、减计数方式，对旋转编码器输出的a 相脉冲，主控PLC 进行加计数计算，最终计算得出恒定间隔时间内，矿井提升机提升行程和提升速度，并通过电子显示屏显示。

值得一提的是，当矿井的实际生产过程中出现由多个可编程序控制器系统组成一个大系统时，考虑到可编程序控制器控制系统关键的“急停”措施需要先切除执行机构的电源后方能送入可编程序控制器，主令控制器的关键命令除了需要通过可编程序控制器自身的网络通信进行信息传送以外，还需要通过I/O点做成的硬件联锁设备进行二次传输，从而有效保障矿井生产的安全。

4.PLC 技术在矿业生产中的应用前景展望

考虑到矿井提升系统在我国的普遍性，PLC技术势必会在我国的矿业生产中有更为广阔的应用，笔者认为，PLC技术在我国矿业生产中主要会有以下几个发展方向，首先是对现有电控系统进行功能扩充，摒弃传统TKD控制系统所需的大量继电器等装置，采取网络通信等方式对现有的提升电控系统进一步加以完善。其次是探究先进的控制技术及策略与现有电控系统相结合的可能性，从而借助具体的集成化电路，实现局部回路的智能控制、模糊控制等等，最终完成矿业生产电控系统的国际化。下文对几个发展方向进行简要概述。

4.1 网络通信

网络通信的核心步骤是整个通信环境的建立，这也是PLC实现起来较为简单的一个步骤。未来的PLC控制系统可借助其整个控制系统本身自带的专用通信模块，通过与上下位机控制系统组成整体，实现数据传输或参数统一设置。考虑到网络通信是现代控制系统中的重要发展方向，我们有理由相信，PLC技术将会对网络通信进一步完善。

4.2 PLC 标准化

PLC作为新兴产物，相关的参数设置和生产标准还未得到完全的统一，给PLC控制技术的发展带来一定的阻碍。因此，未来发展过程中，PLC标准化同样将会是PLC技术的重要发展方向，PLC将会采取标准化的设计标准，将统一规范的总线、结构、编程方式、语言规则在行业内推行，从而做到用户接口标准化、网络协议标准化、编程接口标准化、编程语言标准化。

4.3 智能控制

考虑到矿业生产的复杂性，系统精确的控制模型以现有的科学技术难以建立，因此，短时间内实现借助PLC控制系统实现整个矿业生产的全智能化控制暂时还难以达成，但随着硬件技术的不断发展和先进控制策略的不断引入，矿井提升机中电控系统的部分回路将有望实现智能化控制，整个控制系统的精确度也将会因此达到新的高度。

5.结束语

PLC 控制技术在TKD控制系统的基础上，不仅省去了继电器、接触器、调速电阻等一系列设备，减少了故障发生率和开发成本，同时在节能方面也取得了优秀的成果。因此，在煤矿产业的生产过程中，进一步推广PLC控制系统，对于保障我国经济的可持续发展具有重要意义。

参考文献

[1] 郑琨.浅谈PLC技术在矿井提升机系统中的应用[J].中国高新技术.2008，7（20）：177-180.

[2] 陈林海.矿井交流提升系统中PLC 电控系统的应用与研究[J].河南电力学院院报.2009，1（11）：107-108.

[3] 乔金龙.矿井交流提升机全数字交交变频低频拖动电控系统方案及其应用[J].煤矿自动化.2008，7（29）：18-20.