基于PLC的礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

程莉

摘要：井下空氣參數(shù)的控制是礦井開采、掘進(jìn)行業(yè)不可獲取的部分，尤其在對(duì)瓦斯的含量需要重點(diǎn)調(diào)控的工作場(chǎng)所，礦井內(nèi)的空氣流通條件以及瓦斯氣體濃度是對(duì)在礦井內(nèi)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(dāng)作中樞使用的數(shù)字化調(diào)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(guān)鍵詞：通風(fēng)控制;火災(zāi)隱患;調(diào)控系統(tǒng)

一、課題的背景及意義

礦井通風(fēng)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(nèi)空氣中氧氣的含量，同時(shí)把礦井產(chǎn)生的有害氣體排出來(lái)。因此，礦井通風(fēng)是礦井生產(chǎn)過程中一個(gè)尤為重要的環(huán)節(jié)，在礦山的初步建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中起著非常重要的作用。

礦井的通風(fēng)系統(tǒng)還關(guān)系著礦井的消防能力。火災(zāi)燃燒時(shí)形成火風(fēng)壓，容易引起局部風(fēng)流狀態(tài)紊亂，甚至造成整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流狀態(tài)混亂。礦井火災(zāi)會(huì)使井下污染區(qū)域內(nèi)的人員被燒傷、中毒或窒息，會(huì)對(duì)礦井的人員和設(shè)備造成極大的損害，也會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失。良好的通風(fēng)系統(tǒng)能有效減少火災(zāi)隱患和避免火災(zāi)事故的發(fā)生，且能抑制火勢(shì)蔓延。所以，合理地選擇評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)礦井的生產(chǎn)與安全工作至關(guān)重要。

本調(diào)控系統(tǒng)采用調(diào)控變頻調(diào)速器，把電網(wǎng)供應(yīng)的常規(guī)頻率的交流電改變?yōu)槎鄠€(gè)頻率特性進(jìn)行輸出，可以做到對(duì)交流電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。為了對(duì)礦井風(fēng)機(jī)進(jìn)行智能控制，變頻控制系統(tǒng)選用開環(huán)控制，該裝置可設(shè)定任意頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速;但若變頻調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)成閉環(huán)模式時(shí)，會(huì)根據(jù)控制命令和反饋的信息的動(dòng)態(tài)變化，自主獲得適合的電機(jī)調(diào)控頻率。

二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，煤礦產(chǎn)能的擴(kuò)大和生產(chǎn)的集約化已成為趨勢(shì)。礦山設(shè)備水平迅速提高，系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，但是依然存在許多已經(jīng)挖掘很長(zhǎng)時(shí)間的老礦，系統(tǒng)很復(fù)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(lái)了新的安全隱患。

礦井通風(fēng)按照作用區(qū)域可以劃分為三種：用于整個(gè)礦井的稱之為主要通風(fēng)機(jī);在礦井內(nèi)某些分支中用于調(diào)控風(fēng)量、彌補(bǔ)主通風(fēng)機(jī)不足的稱之為輔助通風(fēng)機(jī);用于礦井內(nèi)某些局部區(qū)域通風(fēng)的稱之為局部通風(fēng)機(jī)。通風(fēng)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(nèi)安裝維護(hù)都相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)便，易于多臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行串聯(lián)，因而這種型式的通風(fēng)機(jī)在礦井上使用最為廣泛。

三、礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)控制需求分析

該P(yáng)LC調(diào)控系統(tǒng)具備通風(fēng)電機(jī)手動(dòng)工頻控制模式、自動(dòng)變頻控制模式和手動(dòng)變頻控制模式，三種模式之間可以自由切換，其中手動(dòng)變頻控制模式是在變頻控制器的操作面板上通過手動(dòng)改變風(fēng)機(jī)的工作頻率進(jìn)行的。在風(fēng)機(jī)自動(dòng)變頻模式下運(yùn)行時(shí)，礦井內(nèi)的空氣壓力模擬量信號(hào)先傳送到PLC，PLC根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的控制邏輯運(yùn)算分析輸出控制指令調(diào)控通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行。

（二）系統(tǒng)器件選型

在選擇PLC模型時(shí)，數(shù)字量輸入和輸出端口數(shù)要充分考慮在內(nèi)，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(nèi)部能夠存儲(chǔ)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(gè)數(shù)字量輸入和16個(gè)輸出，總共有40個(gè)數(shù)字量控制點(diǎn)，以及2個(gè)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(fù)雜的調(diào)控系統(tǒng)的需求。

系統(tǒng)中總共需要8個(gè)數(shù)字量傳送到PLC，11個(gè)數(shù)字量從PLC輸出，7個(gè)模擬量輸入到PLC和1個(gè)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(guó)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(jié)語(yǔ)

PLC調(diào)控礦井通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)早先的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化和節(jié)能降耗改造，不僅僅可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的架構(gòu)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，系統(tǒng)的操控更加簡(jiǎn)單方便，易于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢修和維護(hù)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(diào)控需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的配置，很容易就可以搭建成集散式的調(diào)控系統(tǒng)，易于提高礦井的作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益，具有非常大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚允禎.礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化[M].煤炭工業(yè)出版社，1992.

[2]程磊，楊運(yùn)良，熊亞選.礦井通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，15（3）：91-94.

[3]崔崗，陳開巖.礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠性綜合評(píng)價(jià)方法探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1999，27（12）：40-43.

[4]吳燕翔，李權(quán)任，成萍，等.基于PLC的礦井通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009（16）：4771-4775.

[5]王德明.礦井通風(fēng)與安全[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[6]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014.