PLC控制技术在矿井通风机中的应用研究.pdf

引言 通风机是煤矿井下工作作业场所中的主要通风 设备，对煤矿产煤作业的安全性有着非常关键的作 用。 目前， 许多矿井中通风机的控制方式主要采用人 工直接进行的开关启停方式，这对于提高煤矿自动 化水平， 保障煤矿有效、 合理的通风， 进而保障煤矿 安全生产有着严重的制约作用。煤矿井下巷道中通 风量的大小，需要结合巷道管网阻力及井下瓦斯的 浓度情况及时进行合理的调整，以满足井下巷道风 量的要求， 排除井下有害气体。近年来， 由于可编程 控制器（PLC）的兴起与在其他相关领域的成熟应 用，与变频器相结合起来，逐渐寻求到一种以 PLC 控制技术为基础的控制系统代替人为的落后的控制 方式， 实现通风机的自动化控制和风量的自动监测， 满足煤矿通风的自动化要求， 同时， 以 PLC 控制技 术为基础的控制系统可靠性比较高，能够实时地监 测和实现报警功能。 1PLC 控制技术在矿井通风机上的应用概况 PLC 控制技术在矿井通风机的应用，其中涉及 的功能包括逻辑控制、 过程控制、 模拟量控制、 数据 处理和通讯联网。逻辑控制功能主要是针对巷道中 的通风机不同工况之间的切换，或有多于一台通风 机相互切换时的控制。 过程控制功能， 主要是用来对 风机的风量、 风压等参数大小等的调节， 通过控制风 量和风压的大小，可以将巷道内的瓦斯浓度控制在 作业的安全范围内。模拟量控制功能主要是实现信 号的输入和输出模块， 将巷道管网压力、 风量、 温度 以及瓦斯浓度等模拟量信号进行采集、转换成容易 识别的数字量， 数字量经过 PLC 内部中央处理器进 行一定的运算处理后，再将经过的数字量结果转换 成模拟量信号输出， 实现对外部设备的控制， 以达到 规定要求的结果。 数据处理功能， 主要是针对信号采 集时输入与信号处理后按设定输出过程的一些数据 的转换、 传送、 比较、 运算等处理。通讯联网功能， 通 过利用各种网络协议，将外部电气设备与计算机连 接， 实现通讯， 如通过运用现场总线和以太网技术， 能够实现对煤矿井下通风机进行远程实时控制， 进 而可以对不同区域的通风机进行集中管理，提高了 煤矿通风系统的管控自动化水平。 2通风机在矿井中安装情况简述 在煤矿矿井中一般会配备两台相同规格型号的 矿用通风机， 其安装位置如图 1 所示。 在煤矿通风系统 中， 正常情况只会启用其中一台通风机， 另一台只作为 备用机， 用来在维护保养及故障时互相切换使用。 3PLC 控制技术在矿井通风机中的应用设计 本系统特点主要是通过 PLC 控制技术实现两台 变频器进行控制，然后再通过这两台变频器来对风 机的变频运行进行控制。 还可用来实现风机的手动、 自动变频及工频这三者之间工况运行的互相切换。 另外，还可实现通风机运行状态监测和故障报警等 功能的控制。该方案主要是通过 PLC 的模拟量控制 方式来实现的。 控制系统功能原理如下页图 2 所示。 通风机在自动变频运行时，首先通过瓦斯和压 力传感器等采集作业面上的现场实时的瓦斯浓度及 风机管道的出气风压等数据。然后将采集到的信号 数据经过 PLC 的 A/D 转换模块， 将模拟量信号转换 PLC 控制技术在矿井通风机中的应用研究 王燕青 （山西焦煤西山煤电西曲矿， 山西古交030200） 摘要 通过对 PLC 控制技术在矿井通风机上的应用概况简述， 给出 PLC 控制技术在矿井通风机中的应用设 计方案。以 PLC 控制技术为基础的控制系统代替落后的手动控制方式， 通过控制两台变频器， 实现对通风机的 自动化控制和风量、 运行状态的自动监测以及故障报警， 满足煤矿通风的自动化要求。 关键词 PLC通风瓦斯风压 中图分类号 TD635文献标识码 A文章编号 1003-773X （2018） 09-0250-03 DOI10.16525/14-1134/th.2018.09.109 总第 185 期 2018 年第9 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 185 No.9， 2018 收稿日期 2018-03-05 作者简介 王燕青 （1984） ， 女， 毕业于中国矿业大学电气工程 及其自动化专业， 电气助理工程师， 从事机电绘图与设计工作。 图 1通风机系统安装位置示意图 电机 风叶 风道 风门 自动化技术与设计 图 2控制系统功能原理图 为处理器可以识别处理的数字量信号。处理器会自 动将收集到的数据与程序中设定好的数据进行对比 分析， 通过比较判断与给定值的大小， 来进一步输出 判定结果，之后经过转换为模拟量信号传递给变频 器， 进而实现风机的变频调速。 采用 PLC 的控制技术对风机进行控制系统硬件 电路的设计时， 可以省去大量的传统的继电器 - 接触 器这类控制元器件， 使这种复杂接线控制方式更为简 化， 提高了系统的可靠性。应用以 PLC 为基础的控制 系统， 风机可以实现在手动工频、 自动变频和手动变 频这三种运行状态下的指定情况下的自行切换。 当风 机在自动变频状态下运行时， 主要是通过传感器检测 到风压、 瓦斯浓度信号经过系统自行分析、 对比、 处理 后反馈输出后实现通风机的变频调速控制。 PLC 软件程序设计采用模块化结构，编程过程 主要是采用梯形图 （LAD） 语言， 容易理解， 编写简 单， 比较直观， 而且修改也很容易。矿井通风系统的 PLC 程序主要有主程序和一些子程序。主控制程序 主要是实现风机的自动变频、 手动变频和工频运行、 子程序的调用和中断时间的设置，以及实现瓦斯浓 度超限报警、 变频器和风机故障报警、 变频器故障复 位等功能。 子程序包括有模拟量采集子程序， 风机自 动切换控制程序及风机启停控制程序。模拟量采集 流程如图 3 所示。 为了不影响正常生产， 保证系统的连续运行， 矿 井通风系统采用的是两台通风机， 一用一备， 传统的 控制方式主要是靠人工切换， 当一台出现故障时， 另 一台才会启用，这样就会造成工作机长时间运行而 设备损耗严重导致无法继续运用，而备用也由于长 时间搁置而出现损耗。因此， 针对这种工作情况， 避 免出现这种传统一用一备作业方式人工切换带来的 缺陷， 主要通过 PLC 自动控制技术， 实现两机的定 期自动切换。其实现方法的控制流程如图 4 所示。 在 PLC 控制柜上设有自动、手动两种控制模 式。自动模式主要就是 PLC 控制技术的实现， 转换 到手动模式主要是人为拨动开关进行调试作用的。 一般情况下， 系统采用自动模式的运行方式， 当上位 机发出对风机的启停信号时， PLC 通过控制风机电 机和风门， 来实现对风机的启停控制。风机的启 / 停 控制流程如图 5、 图 6 所示。 瓦斯传感器 T1 瓦斯传感器 T0 压力传感器 T2 上位机 回风流巷 变频 工频 控制 电路 对旋 式轴 流通 风机 变频 器 （2） 掘 进 工 作 面 瓦 斯 浓 度 报 警 变 频 器 故 障 报 警 风 机 故 障 报 警 手 动 / 自 动 变 频 工 频 / 停 止 运 行 PLCA/DD/A 图 3模拟量采集与处理流程 初始化 是否 1 号 采集 1 号数据 数据处理 数据异常 结束 采集 2 号数据 报警子程序 故障诊断 N N Y Y 图 4双机自动切换控制流程 开始 1 号风机工作， 2 号风机备用 1 号风机运行正常 倒换时间到 1 号风机停机 置 2 号风机工作， 1 号风机备用 返回 置 1 号风机工作， 2 号风机备用 2 号风机停机 2 号风机运行正常 倒换时间到 N N N N N Y Y Y Y Y 图 5启动控制流程 开始 油泵运行 2 号风门关 1 号风门开 软启动投入 高压合闸 启动结束 关 2 号风门 N Y 图 6停止控制流程 开始 延时 打开风门 停止结束 停油泵 关风门 高压分闸 关闭风门 结束 王燕青 PLC 控制技术在矿井通风机中的应用研究2018 年第 9 期251 Application of PLC Control Technology in Mine Fan Wang Yanqing （Xiqu Coal Mine of Xishan Coal Mine, Gujiao Shanxi 030200） Abstract The application of PLC control technology in mine ventilator is briefly introduced, and the application design of PLC control technology in mine ventilator is completed. The control system based on the PLC control technology replaces the artificial backward control mode to realize the automatic control of ventilator and the automatic monitoring of air flow, and to meet the automatic requirements of coal mine ventilation. Key words PLC; ventilation; gas; wind pressure Retreating Technology of Shorting Support in Fully-mechanized Mining Face Wang Jinlong （Zhenchengdi Coal Mine of Xishan Coal and Power Group Co., Ltd., Gujiao Shanxi 030203） Abstract This paper analyzes the recovery technology of shorting support at 21101 face of Zhencheng bottom Coal Mine, summarizes the technology of strengthening roof support when the head of fully mechanized coal face is shortened, and the technology of recovery and installation of support, which makes the face successfully docking. The rapid connection of production results in better economic benefits and provides a practical reference theory for the fully mechanized mining face under similar mining conditions. Key words fully mechanized mining face; face shortening; roof support （上接第 180 页） Simulation Analysis of Influence of Roadway Width along Goaf on Deation of Surrounding Rock Wang Shangxin （Shuangliu Coal Mine, Shanxi Fenxi Mining Group, Liulin Shanxi 033300） Abstract Based on the engineering geological conditions of gob retaining roadway in 24208 face of a coal mine, the shear stress distribution and vertical stress distribution of surrounding rock behind the face are simulated by using MIADS GTS numerical calculation software when the span of gob retaining roadway is 3.5 m 4 m 5 m 6 m 7 m. The distribution of horizontal stress, deation of surrounding rock and plastic zone of surrounding rock. The analysis shows that when the width of roadway is larger than 5.5 m, the vertical stress of coal side, the shear stress of roof and the radius of equivalent plastic zone of coal side are all sudden changes. The reasonable width of roadway is 5.5 m. Key words roadway along goaf; surrounding rock deation; simulation analysis （上接第 127 页） 第 33 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 4结语 PLC 控制技术在煤矿通风机中的应用，不仅能 够根据作业现场瓦斯浓度的变化情况及时调整风机 的转速， 合理调控巷道内的通风量， 不仅满足作业场 所的需要， 还避免了不合理的浪费， 减少了不必要的 能耗。 同时， 将巷道内的瓦斯浓度降低在安全标准的 范围内， 为煤矿的安全生产提供了保障。 参考文献 [1]徐益民， 林海鹏， 赵汉青.PLC 在矿井局部通风机变频调速系统 中的应用[J].煤矿机械， 2004 （12） 131-132． [2]李庆宜.通风机[M].北京 机械工业出版社， 1986． [3]卞清伟， 王崇景， 卢卫东.利用 PLC 实现通风机的自动控制[J]. 煤炭技术， 2004 （9） 17-18.（编辑 苑化军） 252