主頁 > 技術(shù)文章 > ＰＬＣ控制技術(shù)在煤礦的應(yīng)用研究 2024-10-20

ＰＬＣ控制技術(shù)在煤礦的應(yīng)用研究

摘要：文章介紹了PLC可編程在煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域的主要應(yīng)用,研究如何使各自獨(dú)立的PLC控制技術(shù)組成分布式系統(tǒng)共同完成礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)測、控制的方法,形成比較先進(jìn)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(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)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(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。具有如下特點(diǎn)。
　　1.高可靠性、準(zhǔn)確性
　　可以說,到目前為止沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以達(dá)到PLC的可靠性。例如三菱F1,F2系列平均無故障時(shí)間可達(dá)30萬小時(shí),而A系列的可靠性又比之高幾個(gè)數(shù)量級。事實(shí)上,如果某種控制裝置可以連續(xù)運(yùn)行20年以上不出問題,在當(dāng)前技術(shù)更新瞬息萬變的世界上,則可認(rèn)為是永遠(yuǎn)不會(huì)壞的裝置了。三菱公司已宣布,在今后它生產(chǎn)的PLC不再標(biāo)可靠性這一指標(biāo)了,因?yàn)閷τ赑LC,這一指標(biāo)已經(jīng)無意義了。
　　2.編程方便、操作簡單
　　PLC采用與實(shí)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(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)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(jìn)行全部接線工作。通常經(jīng)實(shí)驗(yàn)室編程,模擬調(diào)試后,在現(xiàn)場很快就能安裝調(diào)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(shù)應(yīng)用：
　　1.PLC在礦井提升中的應(yīng)用
　　煤礦礦井提升機(jī)是煤礦的重要設(shè)備之一,擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的重要任務(wù),是煤礦生產(chǎn)的咽喉。其電控系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。以前我國礦用交流提升機(jī)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(diǎn)控制系統(tǒng)。這種控制設(shè)備存在觸點(diǎn)多、接線復(fù)雜、可靠性不高、維護(hù)困難等無法解決的缺點(diǎn)。
　　PLC可編程用處理開關(guān)量,替代以前提升機(jī)控制系統(tǒng)中眾多的繼電器、接觸器、復(fù)雜的連線以及信號顯示系統(tǒng)。由于PLC具有可靠、準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),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(chǎn)并提高生產(chǎn)效率。
基于Windows操作系統(tǒng),在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映提升機(jī)系統(tǒng)的所有運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài),如顯示提升速度、提升高度、液壓制動(dòng)系統(tǒng)、裝卸載系統(tǒng)和故障信息等畫面,能使司機(jī)對提升機(jī)的運(yùn)行狀況一目了然。
2.PLC在膠帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　煤礦膠帶機(jī)系統(tǒng)一般包括多條輸送膠帶機(jī)、轉(zhuǎn)載膠帶機(jī)、揀矸膠帶機(jī)、刮板機(jī)、儲(chǔ)煤及裝車系統(tǒng)等。
　　基于PLC的全礦井膠帶運(yùn)輸機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制和單機(jī)控制等多種控制模式,可以供操作人員根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況靈活選用,確保在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)操作靈活、易于維護(hù),在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或通訊中斷時(shí)可以現(xiàn)場控制確保皮帶設(shè)備的正常運(yùn)行,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外,基于PLC膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)防止打滑、拉繩、跑偏、縱撕、堆煤等多種保護(hù)功能,以便膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)可以快速地作出反應(yīng)。
　　3.PLC在井底車場調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　我國煤礦井下車場調(diào)度系統(tǒng)大多數(shù)采用安全型繼電器聯(lián)鎖控制來實(shí)現(xiàn)。該控制方式觸點(diǎn)多、接線復(fù)雜、可靠性不高、維護(hù)困難,當(dāng)?shù)V下巷道拓展,機(jī)車線路發(fā)生變化時(shí),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(shí)現(xiàn)了井下道岔、信號燈、信號發(fā)送器等設(shè)備及信號集中控制,機(jī)車運(yùn)行集中調(diào)度、聯(lián)鎖,并在模擬盤實(shí)時(shí)監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài),從而保證井下機(jī)車運(yùn)輸安全,提高運(yùn)輸效率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,降低能源消耗。
　　目前PLC控制技術(shù)除上述應(yīng)用外,還在抽風(fēng)機(jī)控制、壓風(fēng)機(jī)控制、水泵控制及礦車自動(dòng)清洗等多方面得到了應(yīng)用。而如何將各自獨(dú)立的PLC控制組成分布式系統(tǒng)共同完成礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)測、控制的方法,形成比較先進(jìn)的整體控制方案,是一個(gè)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(kuò)展性和通信聯(lián)網(wǎng)功能,將礦井已采用的各自獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)以及協(xié)議的轉(zhuǎn)化集成在同一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中,構(gòu)成三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦井的監(jiān)測、控制。三層網(wǎng)絡(luò)包括:現(xiàn)場的設(shè)備層(DeviceNet)、監(jiān)控分站的控制層(ControINet)和調(diào)度中心的信息層(Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng))。這種集控模式已在神華礦井、山西柴溝煤礦得到了實(shí)現(xiàn)。下面簡要介紹一下其所采用的羅克韋爾自動(dòng)化的集控系統(tǒng)。
　　將采用PLC可編程控制技術(shù)的各監(jiān)控分站,根據(jù)控制網(wǎng)絡(luò)按生產(chǎn)關(guān)系和物理位置連接為一個(gè)統(tǒng)一的控制層(ControINet)網(wǎng)絡(luò)。主干采用光纖傳導(dǎo)模式與調(diào)度中心通過62.5/125μm光纜連接,構(gòu)成整個(gè)控制層網(wǎng)絡(luò)。ControINet網(wǎng)絡(luò)采用并行時(shí)間域多路存取( CTDMA)加隱性令牌技術(shù)來控制節(jié)點(diǎn)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(shù)采取了一種新的生產(chǎn)者/客戶通信模式,不僅支持傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)通訊,而且允許同時(shí)向多個(gè)設(shè)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(dá)幾十公里,節(jié)點(diǎn)數(shù)99個(gè)。監(jiān)控軟件平臺采用RSView32,通過SCADA Server實(shí)時(shí)采集各系統(tǒng)的數(shù)據(jù),即可在調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)操作控制。
　　調(diào)度中心是全礦安全生產(chǎn)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(jù)控制網(wǎng)結(jié)構(gòu),設(shè)置若干臺監(jiān)控主機(jī),互為熱備,分別連接ControlNet與EtherNet網(wǎng)關(guān)中的接口模塊,而EtherNet接口模塊接入礦局域網(wǎng)交換機(jī),兩種接口模塊間經(jīng)由ControlLogix網(wǎng)關(guān)背板直接通訊,完成ControlNet和EtherNet的互聯(lián)互通。數(shù)據(jù)上傳礦信息網(wǎng)后,可實(shí)現(xiàn)在辦公終端監(jiān)視生產(chǎn)過程,供決策部門和管理部門掌握生產(chǎn)最新動(dòng)態(tài)。
四、結(jié)語：
　　礦井生產(chǎn)包括開采、掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、安全、排水、供電、洗選等多個(gè)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(fù)雜,產(chǎn)品品牌多樣。各種品牌的產(chǎn)品通過工業(yè)以太網(wǎng)以及協(xié)議的轉(zhuǎn)化都能夠在同一個(gè)系統(tǒng)配合使用,共同組成自動(dòng)化集控系統(tǒng)。這種集控技術(shù)的應(yīng)用將推動(dòng)我國煤炭行業(yè)更上一個(gè)臺階。

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