PLC在矿井通风控制系统的应用.pdf

技 改 与创新 化 工自 动 化 及 仪 表 ， 2 0 0 7 ， 3 4 6 8 8 ～ 8 9 C o n t r o l a n d I n s t r u me n t s i n C h e mi c a l I n d u s t r y P L C在矿 井通风控制 系统 的应用 刘 法 治 河南科技学院 机电学院， 河南 新乡 4 5 3 0 0 3 摘要 介绍 s 7 2 0 0 P L C在矿井通风安全控制 系统 中的应用 ， 讨论 了系统的功能、 控制 方案 、 特点、 硬件 与软 件设计 。 提 高了矿井通风 系统 的安全性 ， 具有很好的应用前景。 关键词 通风 系统； 风机 ； 矿井 ； S 7 2 0 0 P L C 中图分 类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 3 9 3 2 2 0 0 7 0 6 - 0 0 8 8 - 0 2 1 引 言 针对煤矿企业 通讯控 制系统存 在体积 大 、 机械 触点多、 接线复杂、 可靠性低 、 排除故障困难等缺陷， 采用 P L C控制技术对其进 行改造 ， 设计 了矿井 通风 自动控制系统 ， 使主风机和备用风机轮换工作， 提高 了矿井通风系统 的安全性。 2 系统结构和控制方案 通风控制系统 主要 由 2台通风机组 成 ， 每 台通 风机有两台电机 ， 每台 电机驱 动一组扇片 ， 两组扇片 是对旋的 ， 一组 用于吸风 ， 一 组为增加 风速 ， 对井 下 进行供风 。根据 井下用 风量的不 同 ， 采 用不 同型号 的风机 。本设 计 以风 机 2 4 5 k W 为例 ， 选 用一 台 S 7 2 0 0 P L C、 空气压力传感器等组成一个完整的闭 环控制系统。其中还包括接触器、 中间继电器、 热继 电器 、 矿用防爆型磁力启动器、 断路器等系统保护电 器 ， 实 现对 电机和 P L C的有效保 护 ， 以及 对 电机 的 切换控制⋯ ， 如图 1 所示。 显示部 报警部 故 障 信 号 瓦斯浓度给定l r 气压给定 空 气 艇 力 传 感 器 瓦 斯 浓 度 传 感 器 矿井 图 1 通风控制系统方案 图 本 P L C控制 系统具 有对 通风机 的 电动机启 动 与运行， 进行监控、 联锁和过热保护等功能。P L C与 空气压力变送器配合使用， 使系统控制的安全性、 可 靠性大大提高， 也使通风机运行的故障率大大降低 ， 提高了设备的运转率。 为满足煤矿矿井 通风系统 自动控制 的要求 ， 设 计如下 的控制方案 本 系统提供手动／ 自动两种工作模式 ， 具有现场 控制方式、 状态显示以及故障报警等功能。 在手动方式下 ， 通风机通过开关进行控制 ， 不受 矿井 内气压 的影响。为防止通 风机疲劳运 行 ， 在任 何状态下风机在累计运行设定时间后要切换至另一 台风机运行 。 1 通风机与 2 通风机可由二位开关转换 。循环 次数及定时时间可根据需要随机设定 。报警信号均 为声光形式 。声报警 电笛 可用按 钮解除 ， 报警指 示在故 障排除后 自动消失 。 在 自动方式下， 利用远传空气压力传感器检测 矿井 内的气压信号 ， 用变送器将 现场信号 变换成统 一 的标准信号 如4～ 2 0 m A直流电流信号、 0～ 5 V 直流电压信号等 ， 送 入 A ／ D转 换模块 进行模 数转 换 ， 然后送入 P L C ， P L C将检测 到的气压值与设定 的 气压值进行比较和处理， 输出信号控制通风机工作。 当矿井 内的气压在一个大气压或在设定 的某个大气 压力数值 以上 ， 工作通风机与备用通风机循环工作 ； 当出现突发事故 ， 矿井 内的气 压低 于设定 的某个大 气压力数值 ， 工作通 风机与备 用通风机不再 循环工 作 ， 并 自动切 换 为 同时工作 ， 加 大对 矿井 内 的通风 量 ， 直 至矿井 内的气 压升至设定 的大气压力 数值 以 上， 工作通风机与备用通风机恢复循环工作 。 在有瓦斯 的矿井供 风系统 中， 矿 井 内的瓦斯浓 度传感器检测瓦斯浓度， 用变送器将现场信号变换 成统一 的标准信号 ， 送入 A ／ D转换模 块进行模数转 换， 然后送入 P L C ， 同样 P L C将检测到的数值与设定 收稿 日期 2 0 0 7 ． 1 0 ． 3 0 修改稿 基金项目 河南省科技攻关基金资助项 目 0 4 2 4 3 0 0 0 0 7 维普资讯 第 6期 刘法治． P L C在 矿井通风控制 系统 的应用 8 9 的数值进行比较， 当瓦斯浓度大于设定数值后 ， P L C 输出信号控制通风机停止工作， 并输 出信号 自动切 断井下的电源 ， 满足风电联锁要求 ， 以免 电子火 花点 着瓦斯 ， 防止 瓦斯爆炸事故发生 。 3 P L C外部 I ／ ／ o 连接 根据系统的要求， 选取 s 7 ． 2 0 0 P L C C P U 2 2 4作 为控制核心 ， C P U 2 2 4的 I ／ O点数是 1 4 ／ 1 0 ； 扩展了 1 个 E M 2 3 1 模拟量输入模 块 ， 它是 A ／ D转换模块 ， 具有4个模拟量输入， l 2 位 A ／ D， 其采样速度2 5 s ， 空气压力传感器、 瓦斯浓度传感器采集的信号经过 变送器调 理和 放大 处理 后 ， 成 为 0～ 5 V的标 准 信 号 ， 再经过 E M 2 3 1 模块 自动完成 A ／ D转 换 ； 同 时扩 展 了 1 个 E M 2 2 2数字量输 出模 块 ， 它有 8个数 字量 的输 出点 ， 作用是提供 附加 的输出点 ， 这样 完全 可 以 满 足系统的要求。 煤矿矿井通风 控制 系统 的设计 主要 涉及 1 0个 数字量输入和 2个模 拟量 输入 ， 1 5个数 字量输 出。 设置6个操作键、 4个开关量传感器和2个模拟量传 感器作输入信号 ， 如表 1 所示。 表 1 P LC 的 L ／ o 地址分 配 输入 输出 序 名称 地址 序 名称 地址 号 号 l 1 风机 1 电机状态 1 0 ． O l 故障显示 Q O ． o 2 1 风机 2 电机状态 I 】 ． 1 2 中高气压显示 Q O ． 1 3 2 风机 3 电机状态 1 0 ． 2 3 低气压显示 Q O ． 2 4 2 风机 4 电机状态 1 0 ． 3 4 报警 Q 0 ． 3 5 1 风机控 制开关 I O ． 4 5 继 电器 K MI Q 0 ． 4 6 2 风机控制开关 l 】 ． 5 6 继 电器 K M 2 Q O ． 5 7 消音按钮 I 1 ． 0 7 继 电器 K M3 Q 0 ． 6 8 自动开关 I 1 ． 1 8 继电器 K M 4 Q 0 ． 7 9 手动开关 I 1 ． 2 9 1 风机 1 电机运行显示 Q 1 ． 0 1 0 停 机按钮 J 1 ． 3 1 0 1 风机 2 电机运行显 示 Q1 ． 1 l 1 气压信号 I 2 ． 0 l 1 2 风机3 电机运行显示 Q 2 ． o l 2 瓦斯信号 I 2 ． 1 1 2 2 风机4 电机运行显示 Q 2 ． 1 l 3 手动状态显示 Q 2 ． 2 l 4 自动状态显示 Q 2 ． 3 l 5 瓦斯浓度值 Q 2 ． 4 这 6个操作键分别是 自动方式开关、 手动方式 开关 、 停机按钮 、 消音按钮 及 2个在手动控制下控制 通风机运行的按钮开关， 4个开关量传感器为拖动 通风机 的吸风 电机和增加 风速 电机发生堵转故障时 热继电器的控制开关 ， 其 中扩充了 1个 E M 2 3 1 的模 拟量输入模块， 主要是用于转换气压信号和瓦斯浓 度信号 的。另外 还扩展 了 1个 E M 2 2 2的数字 量输 出模块 ， 用来提供更 多的输 出点数 _ ] 。 4控制 系统软件设计 该系统除部分为顺序控制外 ， 从总体上来看具 有随机离散控 制 的特 点。控制 程序采用 S T E P -／ ． Mi c r o ／ Wi n 软件以梯形 图方式编写 ， 控制系统 软件结 构 的流程图如图 2所示 。 圃 t D 。， 则通 风机与矿井下供电电源联 锁停 止工作并报警 ， 否则 比较判 断 与 F 的大小 ， 若 F F 2， 进入风机轮休控制子程序， 启动 1 风 机 ， 1 风 机运行 一定时 间后 ， 启动 2 风 机工作 ， 1 风 机停 止。否则两 台通风机同时参 与工作 。 5结语 利用 P L C对煤矿矿井通风系统进行节能技术 改造， 不仅简化了系统， 提高了设备的可靠性和稳定 性 ， 设备的操作 和维护方 便 ， 节省 能耗 ， 同时也大大 地提高了煤 矿生产 的安全系数。另外还可 以根据需 要配置相应的通信模块， 很方便地组成集散式控制 系统 ， 进行远程监控现场设备的运行状态 ， 提高 了企 业的生产效率和经济效益， 具有一定的推广价值。 参考文献 [ 1 ] 彭桂力 ， 刘知贵． 集 中供热 锅炉控制 系统的 P L C控制 [ J ] ． 电力自动化设备， 2 0 0 6 ， 9 7 5 ． 7 7 ． [ 2 ] 李 国厚 ， 杨青杰 ， 余泽 通． 球磨 机润 滑站控 制系统 的设计 [ J ] ． 金属矿山， 2 0 0 5， 9 7 4 - 7 5 ． [ 3 ] 陈建明 ， 巫付专 ， 朱晓东 ， 等． 电气控制与 P L C应用 [ M] ． 北 京 电子工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 丁 纪凯 ， 许逸 舟． 基 于 P L C和现 场总 线 的污 水处 理 系统 f J ] ． 机 电一体化 ， 2 0 0 6， 1 8 0 - 8 3 ． 维普资讯