PLC在煤矿风机自控系统中的实践简析.pdf

P o we r T e c h n ol o g y P L C在煤矿风机自控系统中的实践简析 李学锴 ■ ■ ’ 几 陕西陕煤陕北矿业有限公司机电物资管理部，陕西 榆林 7 1 9 0 0 0 【 摘要 】 风机是矿井的重要通风设备，其工作状态直接影响 着煤矿 的生产，在煤 矿的生产中具有重要 的作用。本文介绍 了 P L C 煤矿风 机的设计方案 ，并且分别从 系统 的硬件和软件 的两个方面对 P L C煤矿风机 自控 系统的 实践进行 了简析 。 【 关键词 】 P L C ；煤矿风机；自 控系统 近 几年 ，我国发生的煤矿事故中 ，因瓦斯浓度所造成 的约 占一 半的比例 。在挖掘 的过程 中， 矿井巷道 里容易产 生大量有毒的气体。 有效 降低矿 井里的瓦斯浓度及粉尘 ，保障煤矿 的安全 生产 ，仅仅 依 靠 自然 通风 是不够的。建立科学的井下通风系统是创造井 下空气 良 好和通 风顺 畅的环境重要措施之一 。当前 ，煤矿生产 中所 普遍采 用 的是风机来 向巷道或掘进工作面进行新鲜空气 的输送 ，同时排出巷 道或掘进工 作面的矿尘和煤气 。研究和应用煤矿风机 自控 系统是十 分必要 的， 它在煤矿 的安全生产 中具有重要 的意义 。 本文介绍 了 P L C 在煤矿 风机 自控 系统中的应用和实践，基于 P L C的煤矿风机 自控系 统，可以做 到实时监测风机的各个参数 ，并根据监测 的结果来调整 输出风 量，从而达到标准的环境通风要求。 1系统要求 只有系统具有 良好的稳定性和可靠性，才 能确保基于 P L C的煤 矿风机 自控系统能够适应恶劣和复杂 的工作环 境；只有系统具有实 时响应的处理性能，才能达到对工业作业进行实施控制的要求；拥 有完善的系统环境 ；具备灵活可扩展 的系统 结构；必须拥 有用来连 接作业现场 的接 口，实现在线监控 ；拥有报 警的装置 ，方便系统出 现异常时能够及 时的发出警报。 系统利用软件技术和 电气控制设备 实现 了实时监控局部风机的 能力，包括对风机运行参数和工作环境 的瓦斯浓度、风压的实时监 控，当数据超出限制时进行报警 。并利 用软 件进行数据的记录 ，通 过各种的统计 曲线等 图文方式进行 显示 ，促 进风机监控逐渐适应矿 井管理的现代化要求。采用 P L C的系统 以及上位机监控软件具有 以 下功能 1 通风机 能够实 现工频 和变频 两种运 行的状 态，从而保证生 生产的安全性。 2 系统可 以根据井下的 瓦斯浓度 、风压参数 的变化 ，采取实 时 自动调整风量的措施 。 3 根据相 关文件 规定的安全标 准进 行报警界限值 的设置 ，当 检测到矿井下的瓦斯浓度超 出标准上 限时发 出警报，与此 同时 ，进 行相应的控制信号 的输 出，来调 整风机 的风压和风量 ，直到瓦斯气 体排 出。 4 实时监 测风机 的电量 参数 ，如电流、电压和功率等 ；实 时 监测运行情况的参数 ，如 振动 、温度等 。当超 出规定值的范 围时 ， 能够触发系统报警及故 障处理 的功能， 同时立即进行风机运行状态 的切换。 5 通过上位机软件来达到人机之间的互动 。显示风机 自控 系 统的运行状态 图，然 后按照需求进行实时监测数据 的记录 ，包括报 警数据的记录，进而形成实时数据表。另外，还可以直接通过上位 机软件的系统界面控制风 机的启动和停止， 以及对报警信 号的紧急 处理等一系列操作 。 2 系统组成 及工作 原理 自控 系统由现场监控 以及上位机两部分组成 ，系统通 过监测 井 下巷道 的环境 ，对 瓦斯浓度和风压信息进行采集并传送给 P L C ，根 据煤矿生产 安全对环境数 据的特殊要求 ，P L C分析测量数据 ，利用 变频器来 自动调 节风机 的风量 ，当瓦斯过高时就会 自动报 警。在 系 统正常的运行时候 ， 传感器会 实时采集风机正常运行状态 下的电流 、 电压、振动 、温度等参数 ，一旦发现其超 出规定 的设定值 范围，就 会发 出警报 ，进 而触发系统故障处理 的功能 ，立刻对 风机 运行状态 进行切换 。 现场 监控将采 集而来的数据实时传送到上位机 ，上位机 对这些 数据进行保存 ，并记录报警事故和工作状态 。而且 ，上位机 利用软 件能够分析 处理 获得的数据， 同时 以文字、 图表等 多种直观 的形式 2 9 0 I 华东科技 来 显示监控 系统的运行状况 。有必要 的时候 ，可 以把数据所生成的 报 表打 印出来 。 3 硬件部分 3 ． 1主控制器 以西门子 7 - 3 0 0系列为例，其 P L C是 C P U核心 的处理单元 。 7 - 3 0 0采取 的是模块组合式 P L C ，主要是 由基板和模块构成，可 以 选 择 多 种基 板 ，并 且 能够 根据 具 体 的要 求来 构成 相 应 的系 统 。 C P U 3 1 3 C处理器在 s 7 3 0 0中，提供 2 4路数字量输入 输入可用作 报警处理 ，1 6数字量输 出及 5路模拟量输入 ，2路模拟量输 出 用 于 电流／ 电压 信号 ，1 路 附加输入 用于测量温度 。如果缺少模拟 输入端 口，能够 采用 E M 2 7 7扩展模拟量输入模块负责模拟信号 A ／ D 的转换 。 3 ． 2传感器 I 温度传感器。例如 W E D系列 的温度传感器 ，是专 门对 轴承 温度进行测量 的传感器 ，它 的测 量元件是铂热 电阻 P t i 0 0 ，在 进行 测温仪表的恰当配置之后 ，可 以实 现对 轴承温度的监测并进行控制 和报警 。通过监测风机运行时 的联轴器 温度 和电机轴承温度 ，并把 监测到的温度 值 以电信号的方式传送给 P L C ，然后 P L C将 当前温度 同设定的温度作 比较 ，如果超 出设 定温度 ，就会启动相应的处理程 序 。其测量范 围 0 2 0 0 ℃。 2 风压传感器 。风量与差压具有对应 的关系 ，因此风量 的检 测能够应用工程检测的方法，使用压力传感器获得差压，然后根据 差压来计算得 出风量 。系统可 以采 用压力变送器 ，将测点选择于风 机入 口，把获得 的负压信号、压力信号转换为 电信 号。 3 瓦斯传感器。如采用的 H A D ／ K G J - 1 6 B瓦斯传感器 ，其主要 适用于井下瓦斯含量 的检测 H A D ／ K G J 1 6 B有很 多标准信 号制式的输 出，联检后能够 同煤矿 安全 监控系统、瓦斯配 电议 、风 电瓦斯 闭锁 装置等配套使用 。 3 ． 3 变频器 变频器 的主要 功能就是用来调速 ，从而对风机 的运 行状态进行 控制 ，提高风机 的运行 效率 。变频器的采用 ，使得 电机输入功 率明 显降低，改善了运行情况，提高了控制精度，加快了响应速度，并 且 能够节约 电能 ，促进 系统平稳工作 。 4 P L C软件设计 风机通常 都具有一定的控制标准 ，P L C 的利用 能够 实现相应的 闭锁功能 、信 号控制 、信号传送，对上位机进行数据传输 ，并显示 所 需数据 。 例如西 门子 s T E P 7 S T E P 7 i c r o ／ w I N编程软件实施 P L C程 序 的编辑 与操作 。在 设计中，采取 的是软件编写模块 化的方法 ，通 过通用程序模块 的利 用来编写功能相近 、结构类似 的程序。通过对 数字块 、功能块 、组织块等各个模块的调用 ，来进行 较为复杂 的控 制算法 ，并且这 种程 序结构也较为简单 。软件设计之 前，将硬件组 态放于 S T E P 7软件之中，把信号模 块、C P U和电源等 设备安装在对 应 的机架 ，同时 设置 P L C的硬 件参数 。 5 结语 总之，P L C在煤矿风机 自控系统 中的应用 ，有着采集参数 、数 据 处理 、故障报 警及控制 自动化的功能 。当前 ，在煤 矿生产 中，P L C 系统已经得 到了广泛 的应用 ，并且在实践 中发挥 了其 稳定性、可靠 性 的优势 。在技 术不 断的进步 中，未来 P L C的应用将会更加成熟， 从而确保 煤矿 的安全 生产。 参考文献 f 1 】 张宏明．基 于 P L C的煤矿风机 自控 系统设 计0 1 卜 煤炭技术， 2 0 1 3 1 f 2 1 潘 红 军 ． P L C 在 煤矿 风机 自控 系统 中的 应 用探 究卟 科技 与 企 业． 2 0 1 3 9 ． f 3 傍j 文福 ．基 于 P L C的煤矿风机 自动监控 系统Ⅱ 1 ． 科技信息 2 0 1 3 2 4 ． 『 4 1何凤有， 谷善茂， 秦绪平， 陈家兴． P L C在煤矿风机 自 控系统中的应用 Ⅱ 】 l 电工技术， 2 0 1 1 1 2 ． [ 5 ] 张晓娟 ， 郑权 ．基 于 P L C的煤矿风机 自动监测控制 系统研究 U 】 _科技 与企业。 2 0 1 0 5 ．