基于局部制冷機的PLC控制系統

摘 要：本文針對計算機科學與技術非常重要的專業核心基礎課程《PLC原理和應用》，提出了基于井下局部制冷智能控制的PLC控制系統和上位機設計，取得了很好的應用效果。

關鍵詞：PLC；局部制冷；程序設計

一、引言

由于井下生產的特殊性，以及目前礦山自動化的通用性，很多控制要求使用自動化設備，因為自動化設備具有可編程性，可以檢測也可以被檢測，檢測點也可以作為控制點，靈活多變，另外配合顯示觸摸屏使用，更加使得控制過程以及運行過程一目了然，相比過去的單片機控制來說，編程更為簡易，控制更為流暢，顯示更加直觀.

二、煤礦的現狀和該系統的重要性

目前煤礦處在開采程度越來越高，開采難度越來越大的問題，復雜的巷道以及深度的不斷擴大所導致的最直接的問題就是地熱災害的加劇，煤礦的安全都是面面俱到的布置下去的，所以現在很多煤礦都在使用局部制冷設備對工作面進行降溫，不然會嚴重影響到井下生產的安全性，局部制冷也需要一套嚴密的控制系統，所以就有了該系統的設想和設計，主要分為以下幾點：

1.性能適用范圍

設備可以作為集中控制使用，作為集中制冷總站或者局部制冷分站。也可以作為電控檢測設備使用，在這里可以作為制冷機設備運行監測，保護監測，配合傳感器，實現數據實時顯示化，控制及時化。同時也可以作為控制制冷劑電機的過程控制設備使用，靈活多變的編程方法可以改變設備的適用范圍和屬性。

2. 功能特點

a、采用嵌入式本質安全型PLC為控制核心 ，12V就可以驅動。各個控制過程具有高度訂制性和可編程性，相比單片機控制的設備，速度快，執行率高，執行效果嚴格可控。

b、選用萬維系列的本質安全型PLC，配有人機界面，實現控制智能化，信息讀取實時化，保護功能具有實時性；

c、；可以通過人機界面所實時顯示的設備的運行狀況和故障信息。

d、系統利用PLC對事故前20個掃描周期的各信號狀態進行檢測、儲存、分析，可以很快的查處影響事故的第一故障點，并在人機界面上將第一故障信息發生的時間顯示出來，為快速排出故障、恢復運行提供了可靠的保證。

e、系統上位機人機界面上開發了供工作人員使用的運行信息和工維修人員使用的圖形顯示、檢測裝飾盒保護狀態的中文顯示，共有十余個畫面。有模擬圖形的同時，還具有信息說明，最大程度的呈現了現場的信息。

3. 項目難點

a、系統下位機PLC需要采用相關智能控制程序，來控制和讀取相關部位的溫度壓力情況情況以及運行時間到達時對故障的檢測和停止運行的故障檢測以及復位。

b、系統的上位機需要開發至少擁有五個個可視窗口的程序，必須可以通過文字和圖片的形式實時顯示系統的運行狀態在運行時模擬參數變化的循環移動，該軟件采用easyLAD組態軟件編程。

三、設備的設計參數以及控制方式

1.本質安全型可編程控制箱（以下簡稱控制箱）是一種采用本質安全型PLC的制冷機輔助設備，它具有結構簡單、安全可靠等優點，是制冷機運行狀態控制以及監測的設備。一般情況下配套制冷機使用。目前的礦井制冷機大多處于一直運行的狀態，由于礦井高溫環境的存在，制冷機也會出現各種各樣的實際小故障，這時候該設備就會及時的對制冷機進行停機并且顯示故障類型以及故障點的數值。該設備工作電壓12V。可以實現制冷設備各個需要讀取數值的溫度、壓力傳感器都能夠讀取到實時數據，并且具有故障停機功能，故障有實時顯示，也具有故障歷史記錄。并且可以提供故障的下載。還可以通過控制電源箱中的繼電器控制保護開關啟停。

同時更重要的是該設備還使用到了機械保護開關作為二級保護這極大程度上是的保護的范圍更加全面和可靠。

2.設計中采用開關量信號輸入使用5路，其中包括一路啟動信號，4路機械開關反饋信號。

模擬量信號可使用8路，其中包括4路溫度模擬量信號，4路壓力模擬量。

3.本安參數：U0：12.2V， I0：0.36A， C0：0μF， L0：0mH。

四、工作原理

1.控制箱完成各個檢測點的溫度和壓力實時數據的采集，并第一時間顯示到人機對話窗口上（PLC選用本質安全型嵌入式PLC）。

2.控制箱實現本安和隔爆信號的互相轉換并可直接控制隔爆型電氣設備（如閘電機、張緊電機、電磁閥和電鈴等）。控制箱核心部件采用本質安全型嵌入式PLC。

3.控制箱在實現數據采集的同時可配合使用德國進口的機械式保護開關實現雙保險的二級保護。

4.控制箱人機對話主界面上可以顯示機器的運行狀態，并且在二級菜單中可以設置參數的保護上限，通過面板上啟動，停止，急停這三個按鈕的操作可以實現對制冷機電機的正常開停和故障停機（發生超溫、高壓、低壓等故障時也會停機）。

5.發生的故障所產生的故障歷史可以查詢到，精確到年月日時分。

五、系統運行方法和設備才做大致方法

1.系統接好線，檢查無誤后，方可進行試開機操作：所有設備準備就緒，開始開機工作。在開機前請檢查電壓以及線纜安全無誤。

2.停止按鈕與緊停按鈕的區別是，按停止按鈕設備是設備正常開停所使用的邏輯按鈕，通過邏輯按鈕實現對PLC的邏輯指令。按急停按鈕設備是立刻實現故障停止的。停止和急停這兩個不同的停機動作人機對話界面的運行狀態會有嚴格區分。

3.按鈕在面板的位置是：從左到右依次為‘啟動‘停止‘急停。

4.外接傳感器后，就可以激活該系統的實時數據讀取功能。實現設備各點狀態物聯網集中化，數模轉換。

六、結語

基于井下局部制冷智能控制的PLC控制系統自從設計以來，得到了幾家制冷企業的實際使用，其中包括淮南潤成科技旗下的赫爾柯礦業制冷技術，使用了該套設備以后降低了設備停機率以及客戶的投訴反饋，更加穩定了自己產品的科學技術含量，提高了銷售業績，同也大大的保護了設備的使用壽命。該套PLC控制系統的研發為傳統高溫開采做出了貢獻?。?/p>

參考文獻：

[1] PLC原理及應用. 北京： 機械工業出版社， 2010年二月.

[2] 電氣與plc控制技術及應用. 北京： 高等教育出版社， 2013年8月1日.

作者簡介：張健（1989-），男，籍貫：安徽淮南，職稱：工程碩士在讀，學位：學士。