基于PLC的煤礦風機自控系統設計

崔少青

（晉能集團晉中公司， 山西 晉中 030600）

引言

風機主要應用在煤礦生產的冷卻系統、鍋爐燃燒系統、通風系統中，傳統的控制方式是通過對風門和擋板的調節來實現的，不能根據生產需求進行調節和靈活控制，這在很大程度造成了煤礦生產的資源浪費，增加了煤礦企業的生產成本。隨著我國節能減排理念的貫徹落實，煤礦企業也在注重品質的同時，注重提高對資源的利用率。為此，將可編程的邏輯控制器應用到風機控制系統中，能夠提高控制的精準性，可降低生產成本，減少污染物的排放。

1 煤礦風機自控系統設計方案

1.1 系統設計要求

煤礦生產環境復雜，系統運行的環境較差，為了保障風機自控系統的穩定性和安全性，將PLC應用到風機自控系統中能夠更好地適應惡劣的運行環境，而且也方便了煤礦生產對系統的操控，所以要求系統設計中必須具備應急處理功能、靈活且擴展性強的系統結構、實時監控、現場工業操作接口、故障或突發情況預警裝置、優越的系統內部環境。

現階段，煤礦生產中風機自控系統主要是通過人工調節來完成的，自動化水平低，系統內部設計的很多內容都無法滿足高強度的生產需要。在具體的設計方案中，系統必須具備以下幾項功能：一是系統控制要集合多種方式，比如自動控制方式、半自動控制方式、手動控制方式；二是系統要具備保護功能，在系統發生故障時，能夠自動對故障進行診斷，而且在日常系統運行中，能夠對其中供電電壓、電機軸承溫度等多項參數進行監測，一旦參數超出正常值上線時，系統需要及時、準確做出判斷，并向工作人員發出警報，立即自動停止故障機組的運行；三是系統應具備實施顯示參數信息的功能，這樣工作人員可以在控制界面對單臺機組的參數進行監測，保障在發生故障時，能夠準確定位故障發生位置；四是系統應具備遠程控制和遠程通信功能，在系統運行中，通過控制器可以實現信號交換、傳輸、查詢、記錄等操作[1]。

1.2 系統工作原理

在工業生產中，風機的主要作用是在生產環境中輸出風，使輸出量能夠保持在生產要求的固定參數值上，從而保障生產的順利進行，避免在不需要情況下電動機空轉造成電能資源浪費。在PLC的基礎上進行風機自控系統設計，主要是通過閉環控制方式的設置，使現場作業在溫度傳感器的幫助下，對現場的溫度進行實時感應，當溫度超過要求范圍時，就模擬輸出信號，通過A/D轉換對設備發出輸出信號，將多余的風量傳遞出去，使溫度得到控制，在系統運行過程中，風機的運行主要受變頻器的控制[2]。

2 基于PLC的煤礦風機自控系統設計分析

2.1 硬件設計分析

2.1.1 可編程控制器的設計

作為系統的主控設備，可編程控制器必須在煤礦企業生產情況的基礎上進行選擇，此次設計方案中主要選擇的是日本松下生產的FPO系列。這套控制設備的性能十分優越，具有模擬量設定、雙路脈沖輸出、高速計算等功能，能夠在主機單元中作為獨立模塊進行數據集中處理，而且具有良好的擴展性，可以組合擴展單元進行操作。并且各單元都具備擴展接口，在操作中直接進行連接即可。

整套設備的控制系統由三個模塊構成，一個是主模塊，一個是擴展模塊，一個是A/D轉換模塊。其中接口共有39個；I/O端口要根據系統的實際需求來確定，但盡量少使用。在盡可能保障系統運行穩定性和安全性不受影響的情況下，主要編寫了兩項程序，一項是自動控制程序，一項是手動控制程序，采取這項的程序編寫主要是為了當自動控制程序發生異常情況時，還可以用過手動程序保障系統運行不受影響[3]。而且當某項單元出現故障時，可以手動停止其繼續運轉，能夠避免故障范圍的擴大。

2.1.2 溫度傳感器的設計

系統在設計過程中，需要在生產車間內安裝溫度傳感器實時對車間內的溫度進行監測，并通過系統對監測的溫度數據進行換算，再進行標準溫度對比，這就能通過控制變頻器，調整車間內的溫度，使其滿足生產要求。溫度傳感器的選擇要結合生產的實際需要，但多數煤礦企業選擇的溫度傳感器都為熱電偶傳感器，這種傳感器能夠直接與需要測試的對象進行連接，不會受到其他介質因素的影響，所以測試的結果具有較高的準確性。而且這種傳感器的測試范圍較大，可以隨著測試對象的溫度變換，并將測試的結果傳輸到控制器中進行溫度值換算[4]。

2.1.3 變頻器的設計

此次系統設計選擇的是森蘭品牌的變頻器，這款變頻器在使用過程中要十分注意連接，一旦構建的連接出現錯誤，后果十分嚴重。

2.2 軟件設計分析

2.2.1 控制系統的程序設計

程序設計主要根據系統所具備的功能進行，其中最重要的一項功能是變頻恒溫運行功能，這種功能在程序設計上十分復雜，其能夠在系統控制下通過控制器對變頻器的調節和控制實現全自動變頻恒溫運行。這項設計程序是可編程邏輯控制器的核心內容，能夠保障系統在運行過程中自動調節，避免多余構件的安裝，提高系統整體的可靠性和安全性。而且通過在計算機上的程序操作，借助通信功能，可以實現遠程控制和遠程輔助操作，為各項設備在運行過程中提供更安全的保障。

2.2.2 程序梯形圖設計

首先是啟動與體制程序。這項程序主要負責系統停止運行和啟動運行，啟動鍵按下后，就代表系統進入了運行中，直至按下停止鍵前，系統將會持續處于運行狀態；停止鍵被按下后，系統即進入了停止運行的狀態。

其次是模擬量輸入程序。這項程序主要根據溫度傳感器傳輸的輸入，對車間內的空間溫度進行溫度值換算，保障車間內溫度值達到標準要求。模擬量程序讀取數值的次數要根據車間溫度傳感器的個數決定，如果車間內兩點安置了溫度傳感器，那么就要讀取兩次模擬量[5]。最后是比較程序，在讀取溫度模擬量數據后，要先進行數值濾波，再取其數值的平均值，得到的平均值就可與設定值對比，當二者吻合時，即表明溫度正常不需要調節，不吻合時就可以通過系統進行調節。另外，根據比對后數值的差異將調節后的模擬量輸出作用到變頻器上，通過轉速調節控制系統的實際工作量，也就是對溫度控制的程度。

3 結語

基于PLC的煤礦風機自控系統設計能夠有效幫助煤礦企業節約資源，降低生產成本，提高控制系統的自動化水平，使系統的穩定和安全性得到保障。但在設計過程中，不能單純只依靠自動化控制系統，還要考慮故障時的控制情況，所以要合理結合多種控制方式進行設計。