ＰＬＣ控制技术在煤矿的应用研究

作者：赵延民　刘俊杰　孟凡杰

　　【摘 要】文章介绍了plc在煤矿生产领域的主要应用,研究如何使各自独立的plc控制技术组成分布式系统共同完成矿井生产系统的监测、控制的方法,形成比较先进的整体控制方案。
　　【关键词】plc 煤矿 整体控制 应用研究
　　
　　一、plc概述
　　
　　plc即可编程控制器(programmable logic controller),是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。具有如下特点。
　　1.高可靠性、准确性
　　可以说,到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到plc的可靠性。例如三菱f1,f2系列平均无故障时间可达30万小时,而a系列的可靠性又比之高几个数量级。事实上,如果某种控制装置可以连续运行20年以上不出问题,在当前技术更新瞬息万变的世界上,则可认为是永远不会坏的装置了。三菱公司已宣布,在今后它生产的plc不再标可靠性这一指标了,因为对于plc,这一指标已经无意义了。
　　2.编程方便、操作简单
　　plc采用与实际电路接线图非常接近的梯形图,这种图形编程方式易懂易编,就是普通的工人,也能在很短的时间内学会使用。
　　从硬件方面来说,无论是接线、配置都极其简单,只用螺丝刀即可进行全部接线工作。通常经实验室编程,模拟调试后,在现场很快就能安装调试成功。
　　3.环境要求低
　　plc抗粉尘、抗冲击、抗干扰,适用于恶劣的工业环境。
　　
　　二、 plc技术应用
　　
　　在矿井提升中的应用
　　煤矿矿井提升机是煤矿的重要设备之一,担负着提升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的重要任务,是煤矿生产的咽喉。其电控系统的技术性能和可靠性直接影响煤矿的安全生产。以前我国矿用交流提升机大多为tkd型,其控制核心采用继电器、接触器等组成的有触点控制系统。这种控制设备存在触点多、接线复杂、可靠性不高、维护困难等无法解决的缺点。
　　plc用处理开关量,替代以前提升机控制系统中众多的继电器、接触器、复杂的连线以及信号显示系统。由于plc具有可靠、准确、抗干扰能力强、易维护等优点,很好的解决了tkd控制系统无法克服的弊病,从而保证煤矿安全生产并提高生产效率。
　　基于windows操作系统,在计算机屏幕上实时动态反映提升机系统的所有运行参数和运行状态,如显示提升速度、提升高度、液压制动系统、装卸载系统和故障信息等画面,能使司机对提升机的运行状况一目了然。

　　在胶带运输集控系统中的应用
　　煤矿胶带机系统一般包括多条输送胶带机、转载胶带机、拣矸胶带机、刮板机、储煤及装车系统等。
　　基于plc的全矿井胶带运输机集中监控系统可以实现联锁控制和单机控制等多种控制模式,可以供操作人员根据现场实际情况灵活选用,确保在系统正常运行时操作灵活、易于维护,在系统出现故障或通讯中断时可以现场控制确保皮带设备的正常运行,提高了系统的稳定性。此外,基于plc胶带运输机集控系统可实现防止打滑、拉绳、跑偏、纵撕、堆煤等多种保护功能,以便胶带运输机运行出现故障时,系统可以快速地作出反应。
　　在井底车场调度系统中的应用
　　我国煤矿井下车场调度系统大多数采用安全型继电器联锁控制来实现。该控制方式触点多、接线复杂、可靠性不高、维护困难,当矿下巷道拓展,机车线路发生变化时,系统修改工程量巨大,且系统完成功能也受到继电器控制的限制,有些功能不能尽人意。
　　采用plc实现了井下道岔、信号灯、信号发送器等设备及信号集中控制,机车运行集中调度、联锁,并在模拟盘实时监视运行状态,从而保证井下机车运输安全,提高运输效率,减轻劳动强度,降低能源消耗。
　　目前plc控制技术除上述应用外,还在抽风机控制、压风机控制、水泵控制及矿车自动清洗等多方面得到了应用。而如何将各自独立的plc控制组成分布式系统共同完成矿井生产系统的监测、控制的方法,形成比较先进的整体控制方案,是一个值得探讨的问题。
　　
　　三、整体控制方案
　　
　　利用plc控制器具有的模块化、可扩展性和通信联网功能,将矿井已采用的各自独立的plc控制系统通过工业以太网以及协议的转化集成在同一个数据网络中,构成三层网络结构来实现整个矿井的监测、控制。三层网络包括:现场的设备层(devicenet)、监控分站的控制层(controinet)和调度中心的信息层(ethernet/ip工业以太网)。这种集控模式已在神华矿井、山西柴沟煤矿得到了实现。下面简要介绍一下其所采用的罗克韦尔自动化的集控系统。
　　将采用plc控制技术的各监控分站,根据控制网络按生产关系和物理位置连接为一个统一的控制层(controinet)网络。主干采用光纤传导模式与调度中心通过62.5/125μm光缆连接,构成整个控制层网络。controinet网络采用并行时间域多路存取( ctdma)加隐性令牌技术来控制节点对总线的访问,采用通用工业协议cip保证它的上层协议通信。controinet技术采取了一种新的生产者/客户通信模式,不仅支持传统的点对点通讯,而且允许同时向多个设备传递信息,从而提高了带宽利用率。采用光纤和中继器通讯距离可达几十公里,节点数99个。监控软件平台采用rsview32,通过scada server实时采集各系统的数据,即可在调度中心实现操作控制。
　　调度中心是全矿安全生产的监控指挥中心,所有的控制信息在这里汇总并由此发布。根据控制网结构,设置若干台监控主机,互为热备,分别连接controlnet与ethernet网关中的接口模块,而ethernet接口模块接入矿局域网交换机,两种接口模块间经由controllogix网关背板直接通讯,完成controlnet和ethernet的互联互通。数据上传矿信息网后,可实现在办公终端监视生产过程,供决策部门和管理部门掌握生产最新动态。
　　
　　四、结语
　　
　　矿井生产包括开采、掘进、运输、通风、安全、排水、供电、洗选等多个环节。在这些环节中,各种监测、监控系统繁多复杂,产品品牌多样。各种品牌的产品通过工业以太网以及协议的转化都能够在同一个系统配合使用,共同组成自动化集控系统。这种集控技术的应用将推动我国煤炭行业更上一个台阶。
　　
　　参考文献:
　　[1]耿文学.可编程控制器原理、使用及应用实例[m].北京:电子工业出版社,1990.
　　[2]刘宗仁.可编程控制器应用系统设计及通讯网络技术[m].北京:人民邮电出版社,2003.