浅谈ＰＬＣ技术在矿山机电控制中的应用

    夏克桥

    摘要：在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。随着煤矿现代化的发展，矿山对矿山设备的要求越来越高,建设本质安全性矿山已成为煤矿生产建设的核心。近年来，可编程控制器的日渐成熟，越来越多设备的控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制，并取得了很好的经济效益。本文简要介绍一下矿用PLC技术。

    关键词：矿山设备；继电器；PLC

    1 继电器存在的缺点

    今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。

    2 PLC简介

    2.1 PLC的定义

    PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

    PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

    2.2 PLC的构成

    从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

    2.3 PLC故障处理

    如果PLC停止在某些输出被激励的地方，一般是处于中间状态，则查找引起下一步操作发生的信号（输入，定时器，线川，鼓轮控制器等）。 编程器会显示那个信号的ON/OFF状态。

    如果输入信号，将编程器显示的状态与输入模块的LED指示作比较，结果不一致，则更换输入模块。入发现在扩展框架上有多个模块要更换， 那么，在您更换模块之前，应先检查I/O扩展电缆和它的连接情况。

    如果输入状态与输入模块的LED指示指示一致，就要比较一下发光二极管与输入装置（按钮、限位开关等）的状态。入二者不同，测量一下输入 模块，如发现有问题，需要更换I/O装置，现场接线或电源；否则，要更换输入模块。

    如信号是线川，没有输出或输出与线川的状态不同，就得用编程器检查输出的驱动逻辑，并检查程序清单。检查应按从有到左进行， 找出第一个不接通的触点，如没有通的那个是输入，就按第二和第三步检查该输入点，如是线川，就按第四步和第五步检查。要确认使主控继电器步影响逻辑操作。

    信号是定时器，而且停在小于999.9的非零值上，则要更换CPU模块。

    如果该信号控制一个计数器，首先检查控制复位的逻辑，然后是计数器信号。按上述2到5部进行。

    3 煤矿绞车以PLC取代继电器实例分析

    3.1 工艺简介

    某是煤矿使用的绞车。工艺要求如下：①5秒内如果信号工按一次信号开关，绞车下放，按两次信号开关，绞车提升，要求两信号能互锁。②绞车电机转速为960r/min，要求能够测出电机转速，并显示出来。当电机转速超过预定值960r/min时，能输出一报警信号。

    3.2 配置方案

    这套设备要用PLC完成控制。工艺要求测出绞车电机的速度，显示出来，超速能报警。这种工况对测速要求不高，用一个接近开关测电机轴引出的一个感应板即可。绞车电机额定转速960转/分，计算出接近开关两次感应之间的周期为67ms，这周期与PLC循环扫描周期相比还是比较大的，不必用高数计数功能，用普通的输入点即可。显示部分使用文体显示器。它有与PLC可通讯，连接方便，编程灵活，价格合理等优点。选用PLC+文本显示器来完成这套设备的控制和显示。PLC选用了北京凯迪恩公司的国产高品质的KDN-K3系列PLC（CPU306）。因为凯迪恩公司自己完全独立开发PLC，技术实力很强大，技术服务很好，已经有不少应用。KDN-K3系列PLC编程软件Easyprog采用的是IEC61131-3标准，好学易上手。文本显示器选用国产天津罗升TP220文本显示器。

    3.3 通讯实现

    通讯协议选择。KDN-K3系列PLC通讯协议是Modbus RTU协议，各种文本显示器都支持这个协议。KDN-K3系列PLC新推出不久，文本显示器编辑软件还没有列出这个PLC。编辑文本显示器选用PLC时，选用支持Modbus RTU协议的PLC即可。TP220编程软件中支持此协议的是Schneider NEZA系列PLC，选此PLC，波特率19200，无校验，8位数据位，1位停止位。

    寄存器的对应关系。需要注意的是，TD220中的Modbus RTU协议不能实现对PLC中所有寄存器的访问，只允许访问中间继电器区和中间保持寄存器区。对于KDN-K3系列PLC而言，TD220可以访问M区和V区。

    3．4 控制实现

    首先分配I/O点：I0.0 轴上计数接近开关，I0.1 启动按钮信号开关，I0.2 急停开关，I0.3 停止按钮开关，Q0.0 绞车上升线圈，Q0.1 绞车下降线圈，Q0.2报警指示灯。

    其次技术点分析：

    ① 测速：半秒种刷新一次速度能满足工艺要求，用一个记数器C52计录半秒内I0.0的有效次数，存放在VW90寄存器中，因为速度还要转换成每分钟多少转，所以VW90x120算出的数存到VW100中，VW100中存的数就是绞车电机的转速。

    ② 绞车上下行走：绞车启动按钮按下后，保持一个状态M0.0五秒内有效，用两个记数器C50（预置值设为2），C51（预置值设为1）都来计I0.0有效次数，5秒过后如果C50为1，说明5秒内按了两次启动按钮，用C50抑制C51，绞车上升接触器吸合，绞车上升；如果5秒过后C50为仍为0，说明5秒内按了一次启动按钮，只有C50有效，C51无效，绞车下降接触器吸合，绞车下降。5秒结束后，保持状态、记数器都要复位。

    ③ 超速报警：VW100中存放着绞车的实际速度，让它与960相比较，如果大于960，发出报警信号，报警指示灯亮，并在文本显示器上显示报警内容。

    3．5现实意义

    这类矿山设备用量很大，有很多还是用继电器控制。用PLC改造有很大的市场，也有很大的意义。

    参考文献

    [1]《KDN-K3系列PLC 矿山设备控制》

    [2]林小峰.《可编程控制器原理及应用》.北京：高等教育出版社，2000.