PLC在有色金屬礦井通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

李 敏

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

有色金屬礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)正常工作的有效保障。隨著我國(guó)礦井技術(shù)的不斷發(fā)展，礦井作業(yè)強(qiáng)度不斷增加，礦井機(jī)械化程度不斷升級(jí)。本文主要將PLC與變頻器同時(shí)使用，提高礦井通風(fēng)機(jī)工作時(shí)的效率以及穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工作時(shí)的節(jié)能減排[1]。將PLC技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行相關(guān)故障報(bào)警，進(jìn)行電機(jī)故障保護(hù)以及自動(dòng)斷電的，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)提供新的思路。

1 選用PLC技術(shù)的原因

（1）抗干擾性能優(yōu)越，可靠性突出。PLC技術(shù)以集成電路技術(shù)為依托，可靠性突出，同時(shí)內(nèi)部電路進(jìn)行了抗干擾技術(shù)的升級(jí)，保證了PLC技術(shù)優(yōu)越的抗干擾性能。同時(shí)，PLC技術(shù)自帶硬件故障檢測(cè)功能，可以技術(shù)進(jìn)行故障診斷，對(duì)故障進(jìn)行判定。并且PLC技術(shù)接受應(yīng)用者進(jìn)行程序編寫(xiě)，升級(jí)外圍器件故障診斷升級(jí)[2]。PLC技術(shù)優(yōu)越的抗干擾能力，為PLC技術(shù)被更多企業(yè)選用打下了更大的基礎(chǔ)，也是本次系統(tǒng)改進(jìn)選用PLC技術(shù)的重要原因。

（2）產(chǎn)品種類(lèi)多，功能齊全，選擇范圍較大。時(shí)至今日，PLC技術(shù)已經(jīng)形成不同于初始誕生時(shí)功能單一，技術(shù)粗糙的全新產(chǎn)品及技術(shù)狀態(tài)，在產(chǎn)品上，PLC技術(shù)已經(jīng)形成相對(duì)完善的產(chǎn)品體系，規(guī)模多樣，體系完善，可以滿(mǎn)足多種工業(yè)應(yīng)用需求。在技術(shù)上，其數(shù)據(jù)運(yùn)算能力優(yōu)越，帶來(lái)了PLC技術(shù)在數(shù)控領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。同時(shí)，隨著PLC技術(shù)的完善，PLC技術(shù)將在系統(tǒng)控制領(lǐng)域扮演更多重要角色。

（3）操作簡(jiǎn)便，使用難度低。PLC接口簡(jiǎn)單，是一款通用工業(yè)控制技算機(jī)，具有編程規(guī)范，簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，它采用梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行界面展示，與技術(shù)人員日常使用界面相似，方便了技術(shù)人員理解使用。

（4）設(shè)計(jì)程序少，容易進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、改進(jìn)及維護(hù)。不同于以往技術(shù)中的接線(xiàn)邏輯，PLC采用存儲(chǔ)邏輯進(jìn)行外部設(shè)備接線(xiàn)控制，設(shè)計(jì)程序少，更容易進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、改進(jìn)及維護(hù)。同時(shí)，該技術(shù)相關(guān)程序接受改變，使用者可以主動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程改進(jìn)，可以適應(yīng)各種使用環(huán)境。

（5）降低設(shè)備重量，減小設(shè)備空間占比。相比傳統(tǒng)設(shè)備，PLC技術(shù)相關(guān)設(shè)備的使用，可以降低設(shè)備重量，減小設(shè)備空間占比，更具有環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。

（6）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域愈加廣泛。PLC技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸，機(jī)械制造，石油等各領(lǐng)域。進(jìn)行PLC技術(shù)應(yīng)用與學(xué)習(xí)，可以為PLC技術(shù)使用打下基礎(chǔ)，為以后進(jìn)行更多PLC技術(shù)應(yīng)用做好準(zhǔn)備。

PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，本次研究選用PLC技術(shù)在有色金屬礦井通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)相關(guān)方案

（1）系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。在有色金屬礦井通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用PLC系統(tǒng)更加容易接線(xiàn)，高可靠性，低故障率，容易維修等優(yōu)勢(shì)。PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用極大地改善了通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化功率，有助于降低工作人員的工作強(qiáng)度。PLC技術(shù)配合空氣變聲器結(jié)合變頻器共同應(yīng)用，可以提高系統(tǒng)控制的可靠程度以及安全程度，降低通風(fēng)機(jī)組運(yùn)行故障概率，節(jié)約能源，同時(shí)保證設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率滿(mǎn)足上述要求，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：①本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作時(shí)將自動(dòng)以及手動(dòng)兩種工作方式進(jìn)行結(jié)合，使得系統(tǒng)同時(shí)可以進(jìn)行故障警報(bào)以及狀態(tài)可視等能力。②對(duì)模擬量壓力，進(jìn)行相關(guān)分析，借助PID，最終傳達(dá)出控制變頻器模擬量。③在進(jìn)行自動(dòng)控制運(yùn)行模式時(shí)，考慮井下壓力，對(duì)比井下壓力與壓力值設(shè)定下限，覺(jué)得運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)組數(shù)量，以及是否發(fā)出指示或信號(hào)報(bào)警。④系統(tǒng)可以對(duì)瓦斯輸入進(jìn)行模擬量計(jì)算，根據(jù)瓦斯?jié)舛扰c設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)根據(jù)對(duì)比情況，覺(jué)得相關(guān)工作是否終止，以及電影是否切斷，避免爆炸發(fā)生。⑤手動(dòng)運(yùn)行時(shí)可以防止風(fēng)機(jī)組過(guò)多進(jìn)行相關(guān)功能啟動(dòng)，防止風(fēng)機(jī)組因溫度處于臨界溫度條件過(guò)多自主啟動(dòng)。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成部分。通風(fēng)控制系統(tǒng)主要包括斷路器，熱繼電器，溫度傳感器，變頻器，空氣壓力變送聲器等部分。其中通風(fēng)機(jī)組包括兩臺(tái)通機(jī)組，一組通風(fēng)機(jī)組包括兩臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)包括一組扇片。兩種單片處于對(duì)旋狀態(tài)，一組用來(lái)吸風(fēng)，一組用來(lái)增加供風(fēng)，實(shí)現(xiàn)井下供風(fēng)需求。根據(jù)井下風(fēng)量判斷風(fēng)機(jī)型號(hào)。本次設(shè)計(jì)參考風(fēng)機(jī)組2×30KW，采用一臺(tái)西門(mén)子S7-200可編程控制器（PLC），空氣壓力變動(dòng)器對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。相關(guān)結(jié)果中，溫度傳感器，瓦斯傳感器用來(lái)保護(hù)電機(jī)以及PLC，電機(jī)。硬件功能框架如下所示。

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成過(guò)程

3 構(gòu)成系統(tǒng)的硬件，以及構(gòu)成硬件的相關(guān)用途

3.1 PLC可編程控制系統(tǒng)

（1）什么是PLC。PLC采用電子系統(tǒng)，遵循數(shù)字運(yùn)算規(guī)律，是一種電子器件，出現(xiàn)于電氣電路中，進(jìn)行電機(jī)控制。其本質(zhì)是一類(lèi)存儲(chǔ)器，可實(shí)現(xiàn)編程功能，對(duì)用戶(hù)操作，比如算數(shù)操作，順序控制操作等進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，可用來(lái)控制各種生產(chǎn)過(guò)程與機(jī)械過(guò)程。當(dāng)下，PLLC技術(shù)與通風(fēng)控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)結(jié)合使用，已經(jīng)成為推動(dòng)礦井通風(fēng)控制技術(shù)進(jìn)步的新動(dòng)力。

（2）PLC相關(guān)結(jié)構(gòu)。PLC相關(guān)的主要結(jié)構(gòu)如下圖，同時(shí)，PLC相關(guān)的主要部件介紹如下：

圖2 PLC相關(guān)結(jié)構(gòu)流程

①存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器主要存儲(chǔ)系統(tǒng)相關(guān)軟件。PLC常用存儲(chǔ)器有EEPROM、EPROM、RAM等。②電源：PLC電源可以直接連上交流電壓為220V（1±10%）的交流電，以滿(mǎn)足外部設(shè)備使用需要。

3.2 傳感器

傳感器在控制系統(tǒng)中主要進(jìn)行模擬量信號(hào)的儲(chǔ)存。傳感器主要對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行收集，將收集到的信號(hào)送到PLC輸入模塊，PLC輸入模塊對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.3 變頻器

本次系統(tǒng)采用西門(mén)子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器MicroMaster440，采用矢量控制技術(shù)進(jìn)行低速高轉(zhuǎn)矩輸出，動(dòng)態(tài)特性更好，同時(shí)擴(kuò)展能力極強(qiáng)，能夠充分滿(mǎn)足應(yīng)用需求。

3.4 通風(fēng)機(jī)組

本色系統(tǒng)采用KXJT型礦用通風(fēng)機(jī)，根據(jù)瓦斯?jié)舛戎祵?duì)通用機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行控制，同時(shí)這樣瓦斯量控制在一定范圍內(nèi)，對(duì)瓦斯量進(jìn)行快速有效的排放，保證瓦斯?jié)舛认嚓P(guān)安全。通風(fēng)機(jī)組成。本款通風(fēng)機(jī)風(fēng)量大，噪聲小，效率極佳，通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)主要由人機(jī)操作界面，散熱器，隔爆箱體等單元組成。

4 軟件設(shè)計(jì)

（1）壓力控制部分。壓力控制系統(tǒng)主要控制操作由壓力決定，采用PID算法對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，PID是指微分、積分和比例。PID算法采用積分，可以更加精消除靜態(tài)誤差，為系統(tǒng)帶來(lái)更大的穩(wěn)定性以及抗干擾性，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)主要由微分項(xiàng)、積分項(xiàng)、比例項(xiàng)三部分構(gòu)成，根據(jù)礦井內(nèi)氣壓信號(hào)用變聲器將壓力信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成直流電信號(hào)之后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，變成二進(jìn)制信號(hào)，本次設(shè)計(jì)主要采用PID參數(shù)設(shè)置的觸摸屏。

（2）瓦斯?jié)舛瓤刂啤Ｍ咛貪舛瓤刂剖菍⑼咚節(jié)舛刃盘?hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)，然后經(jīng)EM235經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換成PLC2進(jìn)制信號(hào)，然后存儲(chǔ)至VD196。VD196存儲(chǔ)值與斷電瓦斯?jié)舛壬舷捱M(jìn)行比較，決定PLC電源，PLC內(nèi)部情況，輸出情況，并切斷相關(guān)電源，發(fā)出報(bào)警以保證安全，在瓦斯抽放后，等瓦斯?jié)舛仍俅涡∮跐舛仍O(shè)定值，風(fēng)機(jī)組不會(huì)重新進(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn)，必須瓦斯?jié)舛萔D196低于瓦斯?jié)舛葓?bào)警值上限，PLC才會(huì)繼續(xù)工作。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要研究了PLC在有色金屬礦井通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。這種應(yīng)用有助于提高礦井通風(fēng)效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)能減排，也有助于保護(hù)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)，及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警，自動(dòng)進(jìn)行機(jī)械故障警報(bào)，根據(jù)瓦斯?jié)舛葴?zhǔn)時(shí)斷電，是提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的新方式。本文主要介紹了系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成部分。同時(shí)介紹了構(gòu)成系統(tǒng)的硬件，以及構(gòu)成硬件的相關(guān)用途。當(dāng)前，礦井業(yè)仍是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)升級(jí)，推動(dòng)礦井業(yè)發(fā)展是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方式。進(jìn)行PLC技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)更好發(fā)展有著重要意義。