基于PLC的礦井通風控制系統(tǒng)的設計

程莉

摘要：井下空氣參數(shù)的控制是礦井開采、掘進行業(yè)不可獲取的部分，尤其在對瓦斯的含量需要重點調控的工作場所，礦井內的空氣流通條件以及瓦斯氣體濃度是對在礦井內作業(yè)人員的生命安全起決定性作用的。PLC是把微型處理器當作中樞使用的數(shù)字化調控的工業(yè)上專門使用的處理器，即便是處于條件非常差的作業(yè)環(huán)境中，依然能夠工作。

關鍵詞：通風控制;火災隱患;調控系統(tǒng)

一、課題的背景及意義

礦井通風的作用是把新鮮的外界空氣源源不斷地傳送到井下，由此提高礦井內空氣中氧氣的含量，同時把礦井產(chǎn)生的有害氣體排出來。因此，礦井通風是礦井生產(chǎn)過程中一個尤為重要的環(huán)節(jié)，在礦山的初步建設和運營中起著非常重要的作用。

礦井的通風系統(tǒng)還關系著礦井的消防能力。火災燃燒時形成火風壓，容易引起局部風流狀態(tài)紊亂，甚至造成整個通風系統(tǒng)風流狀態(tài)混亂。礦井火災會使井下污染區(qū)域內的人員被燒傷、中毒或窒息，會對礦井的人員和設備造成極大的損害，也會造成巨大的經(jīng)濟和社會損失。良好的通風系統(tǒng)能有效減少火災隱患和避免火災事故的發(fā)生，且能抑制火勢蔓延。所以，合理地選擇評價礦井通風系統(tǒng)對礦井的生產(chǎn)與安全工作至關重要。

本調控系統(tǒng)采用調控變頻調速器，把電網(wǎng)供應的常規(guī)頻率的交流電改變?yōu)槎鄠€頻率特性進行輸出，可以做到對交流電機的無級調速。為了對礦井風機進行智能控制，變頻控制系統(tǒng)選用開環(huán)控制，該裝置可設定任意頻率控制電機轉速;但若變頻調控系統(tǒng)設計成閉環(huán)模式時，會根據(jù)控制命令和反饋的信息的動態(tài)變化，自主獲得適合的電機調控頻率。

二、國內外發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，煤礦產(chǎn)能的擴大和生產(chǎn)的集約化已成為趨勢。礦山設備水平迅速提高，系統(tǒng)得到簡化，但是依然存在許多已經(jīng)挖掘很長時間的老礦，系統(tǒng)很復雜，和許多新礦井的生產(chǎn)能力相比，具有比較高的集中度，給礦井作業(yè)系統(tǒng)帶來了新的安全隱患。

礦井通風按照作用區(qū)域可以劃分為三種：用于整個礦井的稱之為主要通風機;在礦井內某些分支中用于調控風量、彌補主通風機不足的稱之為輔助通風機;用于礦井內某些局部區(qū)域通風的稱之為局部通風機。通風扇有軸流式和離心式兩種，其中軸流式的外形尺寸小，在礦井內安裝維護都相對來說比較簡便，易于多臺風機進行串聯(lián)，因而這種型式的通風機在礦井上使用最為廣泛。

三、礦井通風控制系統(tǒng)的總體設計

（一）系統(tǒng)控制需求分析

該PLC調控系統(tǒng)具備通風電機手動工頻控制模式、自動變頻控制模式和手動變頻控制模式，三種模式之間可以自由切換，其中手動變頻控制模式是在變頻控制器的操作面板上通過手動改變風機的工作頻率進行的。在風機自動變頻模式下運行時，礦井內的空氣壓力模擬量信號先傳送到PLC，PLC根據(jù)預先存儲的控制邏輯運算分析輸出控制指令調控通風機的變頻運行。

（二）系統(tǒng)器件選型

在選擇PLC模型時，數(shù)字量輸入和輸出端口數(shù)要充分考慮在內，普遍的做法是明確控制系統(tǒng)需要輸入與輸出端口的數(shù)目，再增加15%至20%備用。PLC內部能夠存儲的邏輯程序量也是需要考慮的，再保證多出30%到50%。

CPU226有24個數(shù)字量輸入和16個輸出，總共有40個數(shù)字量控制點，以及2個RS485端口，用于系統(tǒng)之間的通訊和已編寫程序的上傳與下載，可以保證規(guī)模屬于中小型但邏輯比較復雜的調控系統(tǒng)的需求。

系統(tǒng)中總共需要8個數(shù)字量傳送到PLC，11個數(shù)字量從PLC輸出，7個模擬量輸入到PLC和1個模擬量從PLC輸出。綜合以上所述的端口數(shù)量的需求，選擇德國西門子公司的S7-200系列的CPU226型PLC，并且配套EM235及EM231用作模擬量輸入與輸出模塊。

四、結語

PLC調控礦井通風系統(tǒng)對早先的機械設備進行自動化和節(jié)能降耗改造，不僅僅可以簡化系統(tǒng)的架構，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，系統(tǒng)的操控更加簡單方便，易于對系統(tǒng)進行檢修和維護保養(yǎng)，大大提高了礦井作業(yè)的安全系數(shù)。另外還能夠按照調控需求對系統(tǒng)進行相應的配置，很容易就可以搭建成集散式的調控系統(tǒng)，易于提高礦井的作業(yè)效率和經(jīng)濟效益，具有非常大的推廣應用價值。

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