基于PLC實現礦井瓦斯通風系統的集中控制

摘 要：瓦斯是一種無色無味的氣體，達到一定濃度時，能造成人發生窒息，遇到高溫會發生燃燒甚至爆炸，給礦井生產帶來安全隱患。礦井通風是實現其安全生產的基本條件。優良的通風系統為高效的生產奠定基礎。為了提高通風系統自動化程度，決定在礦井瓦斯通風集中控制系統中引入采用PLC進行控制。以實現礦井該系統的控制精度，從而達到提高生產效率的目的。

關鍵詞：瓦斯;PLC;礦井通風;控制系統

0 引言

通風機作為井下生產的呼吸系統，不僅承擔著為工作面人員輸送新鮮空氣的職責，還承擔著將工作面粉塵、有毒氣體排出的職責，其通風性能的好壞直接決定著工作面生產的安全性[1-2]。然而，傳統的瓦斯通風控制系統使得風機始終處于滿負荷的狀態運行，其控制手段雖然可以有效地降低風量，但是存在極大的浪費，且其控制精度較低。鑒于上述通風控制缺陷，本文主要研究PLC在瓦斯通風控制系統中的應用，該控制系統提高了工作面的自動化水平及工作效率。

1 瓦斯通風集中控制系統方案概述

通風系統主要由兩臺通風機組成，而且每臺通風機都有其獨立的電機控制，兩臺通風機是對旋的，其中一臺主要功能是吸風，另一臺的主要功能是增加扇片的風速，兩臺風機相互配合達到為工作面輸送新鮮空氣的目的。

實際生產中，根據工作面的風量大小，選用不同型號的通風機，并與PLC以及空氣壓力傳感器等設備組成一套閉環的控制系統。為了實現對PLC以及電機的有效保護和對電機切換控制，在該系統中添加相關的繼電器、斷路器等保護器[3]。

瓦斯通風控制系統的控制方案如下：該通風控制系統設計有手動和自動兩種工作模式，可以實現對現場工作狀態的顯示和監控。其中，在手動工作模式時，通風機的工作狀態不受工作面氣壓的影響，為了防止通風機由于運行時間過長出現故障，任何一臺風機工作時間達到上限時都將切換至另一臺通風機工作。

PLC在瓦斯通風控制系統中的應用，實現了瓦斯通風控制系統的自動工作模式。自動模式具體工作流程如下：控制系統中的壓力傳感器采集工作面的氣壓并將其轉換為數字信號輸入PLC中，PLC對數據進行比較處理后，輸出信號對通風機進行控制。其中，當工作面的氣壓大于地面的氣壓時，PLC控制兩個通風機循環工作;當工作面的氣壓低于設定的氣壓值時，PLC控制兩個通風風機同時工作，直至工作面氣壓滿足要求時，兩臺通風機恢復到循環工作的狀態。此外，該瓦斯通風控制系統中的瓦斯濃度傳感器還能夠監測工作面瓦斯的濃度值，當其濃度值超過設定值時，PLC控制兩臺通風機停止工作，并將工作面電源自動切斷，從而預防瓦斯事故的發生。

2 PLC輸入與輸出地址配置

根據瓦斯通風控制系統的控制要求，該控制系統采用S7-200PLC CPU224為控制核心。該控制器擁有14個輸入接口，10個輸出接口。為了進一步豐富該控制系統的功能，擴展了一個模擬輸入模塊和一個數字量輸出模塊。模擬輸入模塊的主要功能是實現采集信號的數模轉換;數字量輸出模塊的功能是增加系統的輸出點。為了保證瓦斯通風控制系統的穩定性，對控制系統的輸入輸出等數量進行統計。

經過統計分析后，將PLC的輸入輸出接口與外部設備一一相連，PLC各個地址分配結果下：PLC的I0.0～I0.3分別于1號、2號風機的各個電機相對應;I0.4～I0.5與1號、2號風機的控制開關相對應;I1.0與設備的消音開關相對應;I1.1～I1.2分別于手動開關和自動開關相對應;I1.3與停機按鈕對應;I2.0～I2.1分別與氣壓信號和瓦斯信號對應。Q0.0為故障顯示接口;Q0.1～I0.2分別與中高壓、低壓氣壓顯示相對應;報警接口為Q0.3;Q0.4～I0.5分別與四個繼電器對應;Q1.0～I1.1分別與1號風機的兩個電機工作狀態顯示對應;Q2.0～I2.1分別與2號風機的兩個電機工作狀態顯示對應;Q2.2與手動工作狀態的顯示相對應;Q2.3與自動工作狀態的顯示相對應;Q2.4與瓦斯濃度值相對應。

3 PLC控制系統的軟件設計

該瓦斯通風控制系統采用順序控制的策略。通常，PLC的控制程序一般表達方式為梯形圖。經過對該控制系統的關鍵控制因素進行研究，得出該控制系統的控制流程圖，如圖1所示。

圖1中：D為傳感器采集到的工作面當前的濃度值，D0為系統設定的瓦斯濃度值;F1為傳感器采集到的工作面的氣壓值，F2為系統設定的工作面氣壓值。當工作人員按下啟動按鈕后，PLC先對系統進行自檢，如果系統此時為手動模式，即對通風系統進行手動控制;反之，通風控制系統自動運行。第二步，系統對采集到的工作面的濃度值進行分析，若其大于系統設定的濃度值，則發出報警并停止工作面的運行;第三步，系統對采集到工作面的氣壓值進行判斷，若其大于系統設定的氣壓值，此時通風機進入輪休的工作狀態，否則兩臺通風機同時工作。

4 結語

PLC在礦井瓦斯通風集中控制系統中的應用從一定程度上提升了工作面的自動化程度，提高了瓦斯通風集中控制系統的控制精度，達到了節能減排的效果。此外，PLC在礦井瓦斯通風集中控制系統中的應用，實現了對通風系統的集散式控制，從而可以監控遠程設備的工作狀態。

參考文獻：

[1]崔鑫，李繼勇.PLC在煤礦主通風機自動控制系統的應用[J].煤礦機械，2004（4）：109-111.

[2]劉法治.基于PLC的礦井通風安全控制系統[J].金屬礦山，2007（6）：65-66.

[3]陳冬梅，孔祥振，陳慶光，等.基于PLC與上位機的礦井通風機監控系統研制[J].煤礦機電，2014（1）：65-67.

作者簡介：

趙丞達（1990- ），男，山西盂縣人，本科，畢業于太原理工大學，機電助理工程師，從事礦井機電設備管理工作。