国家能源集团哈密大南湖一矿 新疆哈密 839000
摘要：实现煤矿装车系统自动化，对煤矿生产具有十分重要的作用。PLC是实现自动化控制系统的有效手段，在煤矿装车自动化系统设计时，可以通过硬件组成和软件设计两个环节，实现PLC的应用，以此构建自动装车系统。
关键词：煤矿、自动装车系统、PLC、应用
一、PCL应用系统分析
1.1系统简述
PLC别称之为可编程逻辑控制器，其可以通过编辑逻辑程序限定硬件动作，并实现生产控制自动化。该系统基于二进制运算方式可实现生产自动化，多运用在煤矿生产以及机械加工等工业化环境。系统运行中，二进制运算方式间脉冲信号化为数字信息，通过运算软件对数字软件分析处理，最终转化为脉冲信号，进而实现信号输出。从运行特征而言，PLC系统类似于计算机系统，其都是由CPU、储存器、电源电池和输入输出系统构成。
1.2系统优势
实现PLC自动化控制系统对现代煤矿生产有重要的价值意义作用。
首先，运用PLC控制系统可真实高效实现变频控制技术，结合工业化生产的实际需求调整机械运行状态，降低机械耗能，减少资源消耗。
其次，通过PLC自动化控制系统可以实现煤矿生产作业自动化生产，全面减少人力资源投入，且减少人为因素对煤矿生产的影响，提升煤矿生产监督强度，实现安全生产。
最后，从煤矿生产总体需求和经济建设价值角度而言，加强PLC煤矿生产自动化控制体系，可以缩减人力资源，提升机械化作业，最大程度减少成本投入，实现经济化、高效生产目标。
1.3系统不足
以上可知，PLC自动化控制技术的功能十分强大，且在很多领域运用广泛。但是在大量的程序工作影响下，PLC系统维护难度大。在工作中，PLC系统容易受到很多因素影响，导致程序出现错误，影响其自动化功能进程。例如温度因素会影像传感器的灵敏度和精准性；电磁因素会直接干扰信息数据的稳定性和可靠性，随着煤矿安全管理难度大，其内部也存在很多问题，干扰其硬件运行效率。对此，在构建PLC自动化控制系统时候，要充分考虑多种因素对系统的干扰，要尽量将所有的内外因素影响控制到最低，以保障PLC系统的稳定性。
二、对于PLC的煤矿自动装车系统运用原理分析
2.1运行原理
针对煤矿生产的实际运行情况，自动化装车装置内部有皮带机、电子轨道、给煤机等部分组成。自动装车的流程如下：①运煤机进入煤矿后停止在电子轨道上，此时传感器发送控制信号。②输入机收到信号后启动给煤机，将煤矿装到运煤车中，在通过皮带秤检测煤炭量。③若装煤量达到预定值，控制系统会发出终止指令，皮带机停止运作。
以上可知PLC装车系统设计可分为几个方面的基本功能。首先是装车基本流程中，给煤机的运行状态和皮带机运行状态信息传输；其次是自动化控制功能系统的变动，针对传感器的回传数据进行全面分析，且可以实现一体化构建目标。最后是自动化控制系统中的连锁控制，通过现场就地控制、手动控制等方式实现装车控制。
2.2生产要求
自动装车系统在整体规划中应达到以下几点要求：①监视系统能够完成系统内所有部件的运行状态信息的收集，包括皮带机、运煤器、煤仓等，以此达到控制和调度的实时监控；②集控室是一个集合各设备监视和控制的部件。
经过设计研究，该系统能够自动生成重要的工作报表和自我诊断功能。
三、PLC自动装车系统的硬件组成和软件设计
3.1硬件组成
硬件组成是PLC自动装车系统构建的基本前提，一般来说可以分为三个环节，即PLC选型、I/O模块设计和外部接线。PLC选型就是根据自动装车系统的构建要求，选择适当的功能模块。由于自动装车系统主要是通过开关量控制实现控制任务，因此需要选择具有A/D转换输入模块和D/A转换输出模块的控制器，同时还需选择相对应的各型传感器，诸如压力传感器、温度传感器等。具体型号可以选择SMATICS7－300型的PLC，结构优良，坚固耐用，并且具有良好的通讯能力和扩展能力，非常适用于煤矿自动装车系统构建。
I/O模块设计需要着重考虑监控状态量，根据实际情况而言，主要应该监控以下状态量：一是对煤仓煤量利用料位进行监控；二是利用温度传感器对电机的转子、轴承、绕组等部件的温度进行监控；三是对主回路、控制电路的电压、电流等进行监控；四是对给煤机、绞车、皮带机等设备的运行状态进行监控；五是对集控中心的指令通过控制模块进行传输，实现自动化控制。外部接线应该根据实际情况进行，总的来说主要包括了以下几个方面：一是电源选用，通常使用200V的交流电源作为PLC电源，为了防止供电出现波动，可以设置隔离变压器，并且需要设置独立断路器；二是接地处理，对于PLC而言，基本上可以不进行接地处理，但是，如果接地条件存在，则应该尽量进行接地处理，确保PLC系统安全，提升其抗干扰能力；三是PLC可以和电流型设备连接，但不可与电压型设备连接。尤其是在设计I/O时，需要充分考虑设备兼容性以及电流、电压的影响；四是漏电流可能对PLC输出造成影响，可以并联旁路电阻到负载两端，以此削弱PLC受到的影响。
3.2控制系统的软件设计
(1)PLC软件设计
对于选定的S7-300型号PLC可采用STEP7进行编程。STEP7编程软件可以方便地使用梯形图和语言表进行离线编程，经过编译后直接载入PLC内存中，并可以通过调试运行，监测各输入、输出点的通断情况予以修改。给工作人员带来很大的方便。根据矿车自动装车的工艺流程，此程序采用模块化结构进行编程，由一个主程序和若干子程序组成，并采用梯形图和语言表相结合的方式。具体设计方案如下：（1）初始化程序：程序初始化是主程序的部分任务，主要是给出系统的控制变量，列车的车厢数目、长度，绞车的初始速度，装车方式等参数。（2）主程序：主程序主要是实现对初始化及各子程序的调用。定量仓漏斗放料、装车、称重及带式输送机的运转等过程通过子程序供主程序调用。料位计每隔3s向PLC反馈一次装煤量，以便调节绞车的速度。（3）启停程序：PLC程序中，设备具有上下级闭锁关系。即在保证下级设备能可靠启动，则发出的上级执行命令才是有效的；若出现故障则停止，并发出警报。
(2)上位机软件设计
本系统采用的是S7300系列的PLC及STEP7编程工具。因为WinCC本身存在S7300的驱动软件，所以PLC与上位机的连接就很容易实现。WinCC提供了SIMATICS7ProtocolSuite的通信驱动程序，此驱动程序支持多种网络协议和类型，可以通过它的通道单元建立与S7-300的通信。工作过程为：WinCC变量管理器运行WinCC变量，从中取出请求的变量值，此过程通过集成在WinCC项目中的通信驱动程序来实现。通信驱动程序利用其通道单元构成WinCC与过程处理之间的接口。WinCC通信驱动程序通过通信处理器来向PLC发送请求消息，通信处理器将回答相应消息请求的过程值发回WinCC，从而实现WinCC与PLC之间的通信。通信建立的步骤可概括为：①创建物理连接；②添加适当的通道驱动程序；③在适当通道单元下建立连接；④在连接下建立变量。
参考文献：
[1]梁明阳,刘同姓,李超毅.PLC在自动配煤装车系统中的应用[J].中国科技投资,2017(13).
[2]郭欣.煤矿自助式汽车装车系统[J].工矿自动化,2017,43(07):28-31.