工作面通风机集中控制系统的设计.pdf

总第209期 2020年第9 期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 209 No.9, 2020 自动化技术与设计 DOI10.16S25/l41134/th.2020.09.115 工作面通风机集中控制系统的设计 刘庆宝 山西宁武大运华盛能源集团有限公司， 山 西 宁 武036700 摘 要 研究了 PLC在矿井通风集中控制系统中的应用， 从通风控制系统的方案、 硬件设计以及软件设计三方 面展开了详细的阐述。工作面通风机集中控制系统的设计对提高矿井通风集中控制系统的控制精度， 对降低工 作面运行成本和提高工作面工作效率方面具有重要的意义。 关键词 变 频 器PLC控 制 器 节 能 通 风 机 集 中 控 制 中图分类号TD441.2 文献标识码A 文章编号 1003-773X 202009-0276-02 引言 通风系统是保障综采工作面安全生产的基础， 其主要为工作面输送新鲜空气，降低工作面粉尘浓 度等。为保证通风系统的自动化水平能够与综采工 作面其他分系统的自动化水平相匹配，实现工作面 通风机的集中控制是非常有必要的。本文着重设计 一款可应用于实际生产中的通风机集中控制系统。 1通风机集中控制系统总体设计方案 某矿所采用的通风方式为机械通风，根据工作 面生产需求为其配置两台互为备用通风机，且通风 机为抽出式轴流通风机，具 体 型 号 为AGF606-3. 0-1.58-2,其主要技术参数如表1 所示 4 可实现对工作面两台通风机切换运行的控 制 ， 并实时监测通风机的运行状态， 并将所监测到的 数据上传进行显示并存储;当通风机出现故障时， 做 出停机或者报警等对应操作。 收稿日期2020-05-11 作者简介刘庆宝（1990 ,男， 本科， 毕业于东北大学安全工程 专业， 助理工程师， 从事安全管理工作。 基于一体化冗余控制原则，设计如图1所示的 通风机集中控制方案。 操 台 ，」 i * I --------1 ♦____ 壇娶 UPS I工 业 交 换 机4 议 奋 ； ----------ap---------- 图 1通风机集中控制的总体方案设计 2集中控制系统的硬件设计 2 . 1 变频器的选型 变频器作为该系统的执行机构，其性能直接决 定最终对通风机风量及风速的调节效果。综合分析 通风机工作特点及电压功率因素、 电压波形等， 且为 实现较宽的调速范围，本文所选型变频器的型号为 5HK62-5B。 2.2 PL控制器的选型与配置 根据通风控制系统的控制要求，本控制系统采 用S7-400HPLC CPU224为控制核心。 该控制器的拥 有 14个输人接口， 10个输出接口。为了进一步丰富 该控制系统的功能，扩展了一个模拟输入模块和一 个数字量输出模块。模拟输入模块的主要功能是实 现采集信号的数模转换；数字量输出模块的功能是 增加系统的输出点[ 4 ] 。 为了保证通风控制系统的稳定性，对控制系统 的输人输出等数量进行统计，统计结果如下页表2 所示。 经过统计分析后，将PLC的输入输出接口与外 2020年第9期刘 庆 宝 工 作 面 通 风 机 集 中 控 制 系 统 的 设 计277. 通 风 运 行 参 数____________ |供 电 系 统 参 数 图 2集中控制在线监测系统框图 S7-400H PL C D“D〇 F\F2 制系统配置通风机及环境的在线监测系统。集中控 制系统的在线监测方案如图2 所示。 如图2 所示，用户可通过触摸屏或者工控机获 取工作面通风机的运行参数、供电系统参数以及辅 助设备的运行状态参数。上述功能实现的基础为在 工作面配置对应的功能传感器，本集中控制系统关 键传感器的选型如表3 所示。 3通风机集中控制系统的软件设计 该通风控制系统采用顺序控制的策略。通常， PLC的控制程序一般表达方式为梯形图。经过对本 控制系统的关键控制因素进行研究，得出本控制系 统的控制流程图如图3 所示。 如 图 3 所示，D为传感器采集到的工作面当前 的瓦斯浓度值，Z„为系统设定的瓦斯浓度值;为 N 数 据 采 集 子 程 序 y r 风机子轮程休序控制 图 3 PLC控制流程图 传感器采集到的工作面的气压值，F2为系统设定的 工作面气压值。第一步，当工作人员按下启动按钮 后,PLC先对系统进行自检， 如果系统此时为手动模 式 ， 即对通风系统进行手动控制； 反之， 通风控制系 统自动运行。 第二步， 系统对采集到的工作面的浓度 值进行分析， 若其大于系统设定的浓度值， 则发出报 警并停止工作面的运行;第三步， 系统对采集到工作 面的气压值进行判断， 若其大于系统设定气压值,此 时通风机进入轮休的工作状态；否则两台通风机同 时工作[ 5 ] 。 4结语 PLC可编程控制器是实现矿井通风控制系统 的核心控制器。PLC在矿井通风集中控制系统中的 应用可从一定程度上提升工作面的自动化程度， 更 重要的是PLC提高通风集中控制系统的控制精度， 达到节能减排的效果。 此外，PLC在矿井通风集中控 制系统中的应用， 还能够为其添加相应的通信模块, 增加其输出模块， 可实现对通风系统的集散式控制， 从而可以监控远程设备的工作状态。总的来说，PLC 在矿井通风集中控制系统的应用可从根本上提升综 采工作面的工作效率， 降低工作面的运行成本， 在实 际生产中具有一定的推广价值。（下 转 第280瓦 名称数量/个 数字量输入10 模拟量输入2 数字量输出 15 部设备一一相连,PLC各个地址分配结果下PLC的 10.0 10.3分 别 与 1 号 、 2 号风机的各个电机相对 应;10.4 10.5与 1 号 、 2 号风机的控制开关相对应; 11.0与设备的消音开关相对应;11.1 11.2分别与手 动开关和自动开关相对应； 11.3与停机按钮对应; 12.0 12.1分别与气压信号和瓦斯信号对应。Q0.0为 故障显示接口；Q0.1 10.2分别与中高压、 低压气压 显示相对应;报警接口为Q0.3; Q0.4 10.5分别与四 个继电器对应;Ql.〇 11.1分 别 与 1 号风机的两个 电机工作状态显示对应；Q2.0 12.1分别与2 号风 机的两个电机工作状态显示对应;Q2.2与手动工作 状态的显示相对应;Q2.3与自动工作状态的显示相 对应;Q2.4与瓦斯浓度值相对应。 2 . 3 集中控制系统关键传感器的选型 通风机集中控制除了完成基础的控制功能外, 还能增加系统自动化水平和智能化水平，为集中控 类型型号功能 瓦斯传感器 KGY-002A 监测工作现场瓦斯浓度 C0传感器GTH100/500监测工作现场C0浓度 风速传感器GFV-15实时监测现场通风机的风速 风压传感器GPD1/5实时监测现场的风压 风门开闭状态传感器GFK-L监测通风机风门的开闭状态 开 始 是否------------- 转 手 动 控 制 表 2 PLC通风控制系统的输入输出量统计表表 3关键传感器选型 辅助设备的运行状本辅助设备的运行状本 280*第 3 5 卷 后的性能进行仿真分析， 仿真结果如图5 所示 如 图 5 所示， 当在40 s时出现卡死工况后， 链轮 转速迅速下降并在振荡将近10 s转速将为0 , 从而 实现了对刮板链及链轮的保护。 4结论结论 1为刮板输送机变频驱动控制系统配置PLC控制 器 的 型 号 为S7-300系 列 ，配置变频器的型号为 1 一刮板链的理想启动曲线;2卡死工况下链轮的启动曲线 图5刮板链卡死工况下变频驱动系统的启动特性 BPJV1-3 500/3.3； 2 将PID控制算法应用于对变频驱动控制系统 的控制中， 且比例环节参数为5.5， 积分环节参数为 1/4.75， 微分环节参数为0.05; 3 经仿真分析可得， 本文所设计的变频驱动控 制系统在空载状态下可按照S形曲线完成启动， 在 卡链工况下可实现对刮板链和链轮的保护。 参考文献 [ 1 ] 顾潮青,吴奶明， 王涛， 等.刮板输送机用变频器设计与应用[J]. 煤炭科学技术，2015，43 3 92-95; 42. [ 2 ] 何惠明， 杨晓洲， 肖红， 等.刮板输送机用隔爆型变频调速三相 异步电动机设计[ 1].中国工程科学，201226卜70;108. [ 3 ] 周书颖， 曾羿博， 周娟， 等.刮板输送机功率协调与载荷均衡控 制研究[J].煤矿安全，47 5 77-80. [ 4 ] 毛君， 曹昊， 谢苗， 等.刮板输送机双机变频驱动功率平衡控制 研究[J].控制工程，2017，24 12 2 520-2 525. [ 5 ] 李世旭， 姚立权， 鞠鹏.刮板输送机用变频电动机研究[J].工矿 自动化,2015,41290-93. 编 辑 王 慧 芳 ） Study on Frequency Conversion Drive Control System of Scraper Conveyor Liu Weifeng Sijiazhuang Co., Ltd., Repair Team of the Department of Machine Operations, Xiyang Shanxi 045300 Abstract In order to improve the reliability and safety of scraper conveyor, the frequency conversion drive control of scraper conveyor is realized based on PLC controller and frequency converter, and the overall design of mechanical, hydraulic and electrical systems in the system is completed. The PID control algorithm is used to control the frequency conversion drive system, and the perance of the system is verified by simulation and analysis. Key words scraper conveyor; frequency conversion drive; PLC; frequency converter; PID control 上 接 第277页 ） [1] 参考文献 崔鑫， 李继勇.PLC在煤矿主通风机自动控制系统的应用[J]. 煤[4] 监控系统研制[J].煤矿机电，2014 1 65-67. 刘松涛， 穆忠贤.西门子S7-300 PLC在矿井主通风机控制中 [2] 矿机械，20044 109-111. 刘法治.基于PLC的矿井通风安全控制系统[J].金属矿山，[5] 的应用[J].中国科技信息，2008 17 60. 徐鹏， 牟晓娇.PLC在煤矿风机控制上的应用[J].商品与质量， [3] 2007665-66. 陈冬梅， 孔祥振， 陈庆光， 等.基于PLC与上位机的矿井通风机 20147 225. 编 辑 王 瑾 ） Design of Centralized Control System for Working Face Ventilator Liu Qingbao Shanxi Ningwu Dayun Huasheng Energy Group Co., Ltd., Ningwu Shanxi 036700 Abstract The application of PLC in mine ventilation centralized control system is studied, and the scheme of ventilation control system, hardware design and software design are described in detail. The design of the centralized control system of face ventilator is of great significance for improving the control precision of mine ventilation centralized control system, reducing the working cost and improving working efficiency of working face. Key words frequency converter; PLC controller; energy saving; ventilator, centralized control