探究煤矿机电设备控制中PLC技术的应用

2024.09.01

李世通

摘要：随着我国经济的腾飞与人民生活水平的日益提高，工业与民用能源的需求量增长巨大，国家能源单位面临严峻挑战。煤矿作为传统能源之一，其开采是我国非常重要的经济发展保障。而随着电气技术的发展，传统煤矿开采设备逐渐被自动化开采设备所取代，从而提高开采效率与安全性能。PLC技术作为一种广泛应用于自动化设备中的先进控制方法，在煤矿开采领域被重点讨论与研究。本文介绍了PLC技术发展的背景与工作原理。通过系统框图的形式给出了PLC控制器的核心部件。在此基础上，根据煤矿开采的实际经验总结了两点PLC技术应用的看法。

关键词：PLC；煤矿；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.073

0 引言

近年来，我国经济在飞速发展的情况下，带来了指数式增长的能源需求。2010年到2018年间，为满足国家工业生产与民用能源需求，各种煤矿旧厂扩建扩容，引进先进开采设备，提高开采效率。这样的行业发展需求也对煤矿开采行业提出了巨大的压力与挑战。如何在经济高速发展的现代化建设中，保证煤矿开采的安全稳定，给社会的发展助力，已经是目前煤矿行业的重要议题。自动化设备在煤矿行业的大量应用一定程度上提高了开采的效率与安全性。而可编程控制器（Programmable Logical Controller，PLC）作为自动化设备的核心部件，是目前学术研究的热点之一。

1 PLC的发展

PLC本质上讲是一种可编程的存储单元，最早由美国ABB公司研发生产，用于汽车装配与制造生产线上。随着科技进步与计算机技术的发展，PLC技术迅速得以在各行各业推广开来。由于其稳定性好、集成度高、易于维护与管理等一系列优点，在工业领域广受好评。目前应用最为广泛的是西门子S7系列PLC，其编程逻辑简单可靠，门槛低，适合初学者学习使用。根据国际相关标准，制定了如下所示的5种PLC编程语言：

（1）梯形图：这是一种类似于图形的编程方式，与传统继电器系统的系统框图类似。对于软件工程师而言，直观易懂。因此，在实际编程中，这样的编程方式又被称为电路。梯形图比较适合擅长设计传统继电器控制系统的工程师。

（2）指令表：这是一种将操作码和操作数结合在一起构成的编程语言。指令表采用的是助记符形式，因此该种编程语言书写简单。但是和梯形图相比，不够形象化，初学者难以掌握，比较适合长期从事逻辑程序编写的软件工程师。

（3）功能块图：这种编程语言类似于数字逻辑电路的表达关系，适合长期从事数字逻辑电路设计的人员编写。

（4）顺序功能图：这是一种组织程序的图形方法，位于其他编程语言之上的图形语言。其构成的主要元件有步、转换和动作，特别适用于顺序控制系统。该种方法在PLC程序设计中采用较多。

（5）结构文本：这种编程语言是目前PLC编程语言中最为高级的一种。和C语言类似，其结构紧凑简单，在进行复杂功能设计时使用较多。该语言编程可以实现庞大的数值逻辑运算，大型PLC系统编程中涉及较多。

2 PLC技术的工作原理

PLC基本系统大同小异，基本构成包括个人计算机、工业控制软件与PLC的CPU单元。其中为实现不同控制功能，会在系统中添加不同扩展模块与智能模块。另外为了实现交互功能，复杂系统中会包括人机界面与通信网络设备。右图所示为西门子S7-200系列PLC控制系统的基本框图。

其基本工作原理分为以下几个步骤：

（1）PLC的扩展测量模块通过传感器将非电物理量转换为一个电量，该电量经过测量模块的外围电路将其转化为量程范围内的电压或者频率信号，以便输入PLC控制器的CPU中。

（2）PLC控制器的核心单元CPU接收扩展模块的输入信息，并通过控制程序进行逻辑运算与处理，得出运行结果。

（3）PLC的CPU将处理结果传输给扩展接收模块执行相关命令，同时将相关处理信息传递至人机界面供使用者观察记录。

值得注意的是，PLC的控制过程的核心是CPU的执行程序，其正确性与稳定性决定了PLC控制系统的运行能力。

3 PLC控制在煤矿产业的应用

PLC技术应用于煤矿机电设备中能够一定程度上满足自动化设备生产的要求，提高产能，但也面临诸多问题与挑战。笔者在多年从事煤矿自动化生产过程中，总结了几点建设性建议：

（1）PLC控制器的安装需要辅助以较多的报警功能。与PLC技术应用于其他行业有所不同，煤矿开采的安全性能一直排在其他要求的首位。众所周知，我国的煤矿坍塌事件时有发生，由此造成的经济损失与社会损失巨大。因此，自动化生产过程必须辅助以完善的监控系统，实时监督开采工作的环境安全。比如，开采环境中需要安装烟雾与温度传感器，并与PLC控制器相连，一旦矿下烟雾浓度过高或者温度超过标准值，应立即开启地面与地下报警系统，尽快安排工作人员撤离。

（2）PLC控制器的应用需配以专业的软件工程师调试。在实际煤矿开采过程中会出现众多突发情况与实际需求，这些都是在每天的实际操作中不断变化的。完全固定的系統功能根本难以适应目前的应用要求。因此，当现场工作需要通过PLC控制器系统实现某个特殊功能时，软件工程师应及时在计算机端通过梯形图编程实现，确认无误后烧写至PLC的存储单元，并在系统测试无误后添加到目前的机电设备之中。

4 结束语

虽然目前我国的经济的快速发展给煤矿企业带来了空前的机会，但也面临了非常大的挑战。如何降低煤矿生产过程中的风险，满足市场经济与国民生活的需求，是目前相关部门的重要议题。本文针对煤矿生产这一议题，给出了PLC技术应用于机电设备的重要性，并详细介绍了PLC的工作原理。另外，根据自身生产工作的实际经验，简要分析了两条在实际PLC应用于煤矿机电设备中需要注意的问题，为煤矿生产单位的安全建设提供理论依据。

参考文献：