王燕青

（山西焦煤西山煤電西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

通風(fēng)機是煤礦井下工作作業(yè)場所中的主要通風(fēng)設(shè)備，對煤礦產(chǎn)煤作業(yè)的安全性有著非常關(guān)鍵的作用。目前，許多礦井中通風(fēng)機的控制方式主要采用人工直接進行的開關(guān)啟停方式，這對于提高煤礦自動化水平，保障煤礦有效、合理的通風(fēng)，進而保障煤礦安全生產(chǎn)有著嚴重的制約作用。煤礦井下巷道中通風(fēng)量的大小，需要結(jié)合巷道管網(wǎng)阻力及井下瓦斯的濃度情況及時進行合理的調(diào)整，以滿足井下巷道風(fēng)量的要求，排除井下有害氣體。近年來，由于可編程控制器（PLC）的興起與在其他相關(guān)領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，與變頻器相結(jié)合起來，逐漸尋求到一種以PLC控制技術(shù)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)代替人為的落后的控制方式，實現(xiàn)通風(fēng)機的自動化控制和風(fēng)量的自動監(jiān)測，滿足煤礦通風(fēng)的自動化要求，同時，以PLC控制技術(shù)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)可靠性比較高，能夠?qū)崟r地監(jiān)測和實現(xiàn)報警功能。

1 PLC控制技術(shù)在礦井通風(fēng)機上的應(yīng)用概況

PLC控制技術(shù)在礦井通風(fēng)機的應(yīng)用，其中涉及的功能包括邏輯控制、過程控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)處理和通訊聯(lián)網(wǎng)。邏輯控制功能主要是針對巷道中的通風(fēng)機不同工況之間的切換，或有多于一臺通風(fēng)機相互切換時的控制。過程控制功能，主要是用來對風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓等參數(shù)大小等的調(diào)節(jié)，通過控制風(fēng)量和風(fēng)壓的大小，可以將巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛瓤刂圃谧鳂I(yè)的安全范圍內(nèi)。模擬量控制功能主要是實現(xiàn)信號的輸入和輸出模塊，將巷道管網(wǎng)壓力、風(fēng)量、溫度以及瓦斯?jié)舛鹊饶M量信號進行采集、轉(zhuǎn)換成容易識別的數(shù)字量，數(shù)字量經(jīng)過PLC內(nèi)部中央處理器進行一定的運算處理后，再將經(jīng)過的數(shù)字量結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬量信號輸出，實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制，以達到規(guī)定要求的結(jié)果。數(shù)據(jù)處理功能，主要是針對信號采集時輸入與信號處理后按設(shè)定輸出過程的一些數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、傳送、比較、運算等處理。通訊聯(lián)網(wǎng)功能，通過利用各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將外部電氣設(shè)備與計算機連接，實現(xiàn)通訊，如通過運用現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對煤礦井下通風(fēng)機進行遠程實時控制，進而可以對不同區(qū)域的通風(fēng)機進行集中管理，提高了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的管控自動化水平。

2 通風(fēng)機在礦井中安裝情況簡述

在煤礦礦井中一般會配備兩臺相同規(guī)格型號的礦用通風(fēng)機，其安裝位置如圖1所示。在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中，正常情況只會啟用其中一臺通風(fēng)機，另一臺只作為備用機，用來在維護保養(yǎng)及故障時互相切換使用。

圖1 通風(fēng)機系統(tǒng)安裝位置示意圖

3 PLC控制技術(shù)在礦井通風(fēng)機中的應(yīng)用設(shè)計

3.1 系統(tǒng)控制方案

本系統(tǒng)特點主要是通過PLC控制技術(shù)實現(xiàn)兩臺變頻器進行控制，然后再通過這兩臺變頻器來對風(fēng)機的變頻運行進行控制。還可用來實現(xiàn)風(fēng)機的手動、自動變頻及工頻這三者之間工況運行的互相切換。另外，還可實現(xiàn)通風(fēng)機運行狀態(tài)監(jiān)測和故障報警等功能的控制。該方案主要是通過PLC的模擬量控制方式來實現(xiàn)的。控制系統(tǒng)功能原理如下頁圖2所示。

通風(fēng)機在自動變頻運行時，首先通過瓦斯和壓力傳感器等采集作業(yè)面上的現(xiàn)場實時的瓦斯?jié)舛燃帮L(fēng)機管道的出氣風(fēng)壓等數(shù)據(jù)。然后將采集到的信號數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬量信號轉(zhuǎn)換為處理器可以識別處理的數(shù)字量信號。處理器會自動將收集到的數(shù)據(jù)與程序中設(shè)定好的數(shù)據(jù)進行對比分析，通過比較判斷與給定值的大小，來進一步輸出判定結(jié)果，之后經(jīng)過轉(zhuǎn)換為模擬量信號傳遞給變頻器，進而實現(xiàn)風(fēng)機的變頻調(diào)速。

圖2 控制系統(tǒng)功能原理圖

3.2 控制電路的設(shè)計

采用PLC的控制技術(shù)對風(fēng)機進行控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計時，可以省去大量的傳統(tǒng)的繼電器-接觸器這類控制元器件，使這種復(fù)雜接線控制方式更為簡化，提高了系統(tǒng)的可靠性。應(yīng)用以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，風(fēng)機可以實現(xiàn)在手動工頻、自動變頻和手動變頻這三種運行狀態(tài)下的指定情況下的自行切換。當風(fēng)機在自動變頻狀態(tài)下運行時，主要是通過傳感器檢測到風(fēng)壓、瓦斯?jié)舛刃盘柦?jīng)過系統(tǒng)自行分析、對比、處理后反饋輸出后實現(xiàn)通風(fēng)機的變頻調(diào)速控制。

3.3 PLC軟件流程圖設(shè)計

PLC軟件程序設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程過程主要是采用梯形圖（LAD）語言，容易理解，編寫簡單，比較直觀，而且修改也很容易。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的PLC程序主要有主程序和一些子程序。主控制程序主要是實現(xiàn)風(fēng)機的自動變頻、手動變頻和工頻運行、子程序的調(diào)用和中斷時間的設(shè)置，以及實現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸迗缶?、變頻器和風(fēng)機故障報警、變頻器故障復(fù)位等功能。子程序包括有模擬量采集子程序，風(fēng)機自動切換控制程序及風(fēng)機啟?？刂瞥绦?。模擬量采集流程如圖3所示。

為了不影響正常生產(chǎn)，保證系統(tǒng)的連續(xù)運行，礦井通風(fēng)系統(tǒng)采用的是兩臺通風(fēng)機，一用一備，傳統(tǒng)的控制方式主要是靠人工切換，當一臺出現(xiàn)故障時，另一臺才會啟用，這樣就會造成工作機長時間運行而設(shè)備損耗嚴重導(dǎo)致無法繼續(xù)運用，而備用也由于長時間擱置而出現(xiàn)損耗。因此，針對這種工作情況，避免出現(xiàn)這種傳統(tǒng)一用一備作業(yè)方式人工切換帶來的缺陷，主要通過PLC自動控制技術(shù)，實現(xiàn)兩機的定期自動切換。其實現(xiàn)方法的控制流程如圖4所示。

圖3 模擬量采集與處理流程

圖4 雙機自動切換控制流程

圖5 啟動控制流程

圖6 停止控制流程

在PLC控制柜上設(shè)有自動、手動兩種控制模式。自動模式主要就是PLC控制技術(shù)的實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換到手動模式主要是人為撥動開關(guān)進行調(diào)試作用的。一般情況下，系統(tǒng)采用自動模式的運行方式，當上位機發(fā)出對風(fēng)機的啟停信號時，PLC通過控制風(fēng)機電機和風(fēng)門，來實現(xiàn)對風(fēng)機的啟?？刂?。風(fēng)機的啟/停控制流程如圖5、圖6所示。

4 結(jié)語

PLC控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)機中的應(yīng)用，不僅能夠根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r及時調(diào)整風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，合理調(diào)控巷道內(nèi)的通風(fēng)量，不僅滿足作業(yè)場所的需要，還避免了不合理的浪費，減少了不必要的能耗。同時，將巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛冉档驮诎踩珮藴实姆秶鷥?nèi)，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保障。