1、可编程控制器在煤矿应用的安全性研究摘 要：由于煤矿行业生产环境的恶劣性及复杂性，可编程控制器在煤矿生产实际应用中仍然存在诸多安全性不可靠问题，鉴于煤矿生产安全性要求，本文主要从可编程控制器工作过程，可编程控制器本身的软硬件故障方面，提出增强可编程控制器在煤矿应用安全性的措施。 关键词：可编程控制器；输入输出干扰；保护完善；故障保持；冗余控制 中图分类号： TD82 文献标识码： A 文章编号： 一、前言 随着工业化程度的提高，可编程控制器（简称 PLC）在我国工业控制中应用的广度和深度飞速提高，在煤矿生产中的应用同样如此。但由于煤矿行业生产环境的恶劣性及复杂性，可编程控制器在煤矿应用中存在输入
2、输出干扰大、保护程序不完善等安全稳定性不可靠问题，给设备或安全生产带来隐患，因此研究提高可编程控制器在煤矿应用的安全性具有十分重要的意义。 二、常见 PLC 外部故障及应对措施 从 PLC 的工作过程看，在输入采样阶段给 PLC 的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，输出刷新阶段 PLC 输出口控制的执行机构没有按要求动作，或者是用户程序执行中程序保护不完善，这些都可能使控制过程出错，对设备造成损坏或造成安全事故，带来无法挽回的损失。 1、影响 PLC 控制系统常见外部故障原因有 （1）恶劣的现场工况环境造成的对 PLC 电源、输入输出线的干扰，剧烈的冲击、振动以及各种电磁感应、静电感
3、应、辐射干扰等，都可能影响 PLC 控制系统的正常工作，甚至引起 PLC 控制失灵、紊乱、误动。 （2）输入输出信号线短路或断路，现场信号无法及时传送给 PLC 或PLC 无法对负载驱动，造成控制出错，这是实际应用中 PLC 常见故障之一。（3）机械触点的误动作，或者动作时的抖动都有可能给 PLC 造成误判，我矿主井刚投运时出现过因井筒开关误动作造成的绞车中途减速现象。 （4）现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，输出控制的继电器、接触器或负载本身的故障造成不能可靠动作，造成的控制系统失灵。 2、解决上述问题的主要应对措施 （1）选用稳定
4、可靠的 PLC 电源，可采用远离动力线路的独立的供电回路；在 PLC 交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器等；或者采用直流电源（ups 电源等）给 PLC 供电。 （2）减少外部干扰可采取对 PLC 系统控制柜单独合理接地，在 PLC所在地面设置防静电导电地板等措施。 （3）选用可靠性较高的开关、变送器等，对重要的输入输出信号，在 PLC 程序设计中根据反馈进行监视，及时发现断线、短路或输入输出异常等问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障。 （4）在软件设计中考虑干扰信号问题，采用符合现场工况的控制模型、算法对噪声信号加以识别、判断，提高系统可靠性。 三、PLC 在煤
5、矿应用中的安全保护完善 因为煤矿安全生产的复杂性，在煤矿的实际生产中，仍然存在诸多PLC 控制应用系统安全保护不完善的地方，需要我们在生产实践中加以完善。 1、主提升箕斗沾煤报警保护 我矿新主井自投产运行以来由于煤质或洒水防尘等原因，多次出现沾煤装超载现象，二次载入的定量吨位与所沾煤吨位相加之和超过安全载重，由超载导致提升机重斗下滑过卷紧停，如不能及时判断事故性质，操作司机在恢复紧停后将会导致二次提升机重斗快速下滑过卷撞梁恶性事故的发生，因为防过卷保护已解除，给矿井造成更大的经济损失和安全隐患，严重影响了我矿的安全生产。原 PLC 程序未对此类情况考虑，对提升过程充分研究后，我们提出了改箕斗沾
6、煤报警技术，一但出现箕斗沾煤情况，声光信号就会提示绞车司机应采取防范措施，防止装重斗的事故发生。该报警电路不参与绞车控制系统，保证了控制系统的独立性，不改变司机操作习惯。 主要原理：根据提升机在等速段时电枢电流较稳定，在正常载重为16 吨提煤时，提升机速度达到 11M/S 等速断时电枢电流约为 2300A 左右，每个箕斗的规定载重为 16 吨，直流电机的最大电枢额定电流为 3012A。若其中箕斗出现沾煤时，在箕斗下放时就存在一定的正力，对另一箕斗相对载重减轻。电机的有用功率减小，在等速断时电流将达不到 2000A以上。采取实际电流与给定电流相比较，判断是否箕斗沾煤。当实际电流小于 2000A
7、以下时，箕斗沾煤报警电路启动，控制的声光警示操作司机注意防范装重斗。 在提升机正常工作时将给定值 2000 传送到 D4 存储单元，提升机速度达到等速断 11.0M/S 时 M10 开点闭合，选择提煤方式下 X12 开点闭合。当实际电枢电流 D5 小于给定电流 D4 时，辅助继电器 M12 工作，其开点闭合，并同时驱动声光控制电路。 2、主提升机重斗中途停车方向保护 我矿主井自 2007 年投产以来，因故障等原因，重斗提至距平位还差一定距离而出现绞车急停事故，绞车停运后此时绞车方向不能反向锁死，绞车在司机误操作下可反向开车，对绞车重斗下放埋下隐患，在投运初期因司机误操作造成重斗下放事故两起，都
8、因发现及时，其中重斗下放抱闸滑行约 10 多米，未造成重大恶性事故的发生。针对此种现象，结合现场实际，我们提出利用利用 PLC 内部辅助继电器作为正方方向锁定控制功能，以电流作为参考值的提升方向记忆，以 PLC 检测到的实际电流进行比较，当实际电流大于设定值时调用程序。以平位作为解除条件，空载检修不影响正常上下运行。当重斗上提至某一位置时，不论因何种原因造成中途停车，其重斗下放记忆保护，彻底锁死反向开车回路，只有正确的信号，正确的操作，才能使绞车按原方向运行，确保了因中途故障停车误操作重斗下放。 当重斗上提时，电流达到额定电流值 30%时，M231 辅助继电器通电，其开点闭合 M232 辅助继
9、电器回路，当第二节加速级与第三节加速级，即M819 或 M820 任一闭合后，使 M232 得电并吸合，其开点与 M853 正向运行时闭合，或 M854 反向运行时闭合，M800 离开平位时闭合（正向） ，M801离开平位时闭合（反向） ，及解除开关 M858 闭点组成串联电路，使 M600停电保持继电器（正向）吸合自保，或 M601 停电保持继电器（反向）吸合自保，只有到位后因 M800 正向或 M801 反向闭点断开，才能解除自保，达到每循环锁死反向开车控制回路。 五、结语 PLC 控制系统的安全稳定运行对煤矿这个高危行业有着极其重要的意义，我们应该从硬件配置上提高系统对外部环境的抗干扰能力，从软件上增强对目标信号、噪音信号的判断识别能力，在生产实践中完善符合煤矿生产环境、环节的各项保护，建立健全工业控制系统的安全防范制度，切实提高可编程控制器在煤矿应用的安全稳定性。 参考文献： 1张 霞.浅谈 PLC 控制系统的可靠性设计，黑龙江纺织，2009 年01 期 2黄 宁.PLC 控制系统的稳定性分析与提高，机电工程技术，2005年第 02 期 3李 龙.PLC 冗余控制在机房监控系统中的实现，天津大学硕士毕业论文，2009 年 2 月
