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第２期（ 总第２ １ ３期） ２ ０ １ ９年４月 机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨＡＮ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ Ｅ ＮＧ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ ＮＧ ＆ ＡＵＴ ＯＭＡ Ｔ Ｉ ＯＮ Ｎ ｏ ． ２ Ａ ｐ ｒ． 文章编号１ ６ ７ ２－６４ １ ３（ ２ ０ １ ９）０ ２－０１ ７ ２－０２ 基于Ｐ Ｌ Ｃ的煤矿局部通风机集中控制平台 武 忠 （ 山西汾西矿业南关煤业有限责任公司，山西 晋中 ０ ３ １ ３ ０ ４） 摘要以Ｐ Ｌ Ｃ控制器为核心，结合Ｃ ＡＮ通信以及变频器技术，设计并实现了煤矿局部通风机集中控制平 台。详细给出了Ｐ Ｌ Ｃ控制器与变频器、传感器组以及上位机的程序设计。实际应用结果表明集中控制平 台运行稳定，进一步保障了煤矿的安全生产，为实现煤矿生产少人化、无人化的目标又迈进了一步。 关键词局部通风机；集中控制；Ｃ ＡＮ通信；变频器；Ｐ Ｌ Ｃ 中图分类号Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标识码Ａ 收稿日期２ ０ １ ８－０９－０４；修订日期２ ０ １ ９－０１－２８ 作者简介武忠 （１ ９ ８ ０－），男，山西灵石人，工程师，本科，从事煤矿电气以及煤矿自动化方面的工作。 ０ 引言 煤矿井下的局部通风是煤矿通风系统的重要组成 部分， 更是直接关系到煤矿安全生产的关键因素。局 部通风系统是根据煤矿井下工作面瓦斯、 有毒有害气 体的浓度而进行工作的通风设备。但是， 我国７ ０％～ ８ ０％的煤矿局部通风系统长期处于工频状态， 需要操 作人员根据经验判断生产环境中的瓦斯浓度、 粉尘浓 度以及一氧化碳浓度等的变化在主风机、 备风机之间 进行切换来控制风机的风速、 风量， 给煤矿生产埋下了 巨大的安全隐患。同时电机长期处于工频运行状态也 造成了极大的电能浪费。针对此， 本文提出了一种基 于Ｐ Ｌ Ｃ的煤矿局部通风机集中控制平台， 可智能、 实 时地调节局部通风机的风速和风量。 １ 煤矿局部通风机集中控制平台的组成 图１为煤矿局部通风机集中控制平台的组成框 图， 由Ｐ Ｌ Ｃ控制器以及扩展模块、 变频器－风机、 传感 器组以及上位机４部分组成。Ｐ Ｌ Ｃ控制器通过模拟 量采集的方式获取实时瓦斯浓度、 风速、Ｃ Ｏ 浓度、 粉 尘浓度等数据， 然后对这些数据进行分析和计算， 实现 对局部通风机的集中控制。 图１ 煤矿局部通风机集中控制平台的组成框图 １． １ Ｐ Ｌ Ｃ控制器以及扩展模块 Ｐ Ｌ Ｃ控制器是集中控制平台的核心， 集中控制平台 中各类数据的显示、 故障报警、 驱动风机的运行等功能 都是在Ｐ Ｌ Ｃ控制器中完成的。本集中控制平台选用当 下较流行的倍福Ｃ Ｘ ８ ０ ５ ０控制器以及Ｅ Ｌ系列的扩展模 块。Ｐ Ｌ Ｃ控制器与变频器之间采用Ｃ Ａ Ｎ通信方式实现 控制和数据传输。传感器组输出４ｍ Ａ～ ２ ０ｍ Ａ的电流 信号， Ｐ Ｌ Ｃ控制器通过Ｅ Ｌ ６ ０ ２ １模拟量采集模块实现对 传感器组模拟数据的采集。Ｐ Ｌ Ｃ控制器与上位机之间 采用Ｃ Ａ Ｎ通信方式实现数据的传输。 １． ２ 变频器风机 为提高电能的有效利用率， 对风机施行变频控制。 选用Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ的Ｗ ４变频器， 以转速模式控制风 机的转速。 １． ３ 传感器组 瓦斯浓度的测量选用ＫＧＹ－００ ２ Ａ智能瓦斯传感 器， 该传感器测量精度高、 稳定性强， 并且具有自动清 零、 软启动等功能。 风速传感器选用矿用Ｇ Ｆ Ｃ－１５型风速传感器， 该 传感器利用超声波检测原理实现对风速的测量。 一氧 化 碳 浓 度 传 感 器 选 用 测 量 精 度 较 高 的 Ｇ ＴＨ １ ０ ０／５ ０ ０型传感器， 该传感器采用红外遥控技术 对检测精度、 校正零点以及报警点进行操作。 粉尘浓度传感器选用矿用本质安全型 Ｇ Ｃ Ｇ １ ０ ０ ０ 粉尘浓度传感器。该传感器的工作原理是将待检测的 含有粉尘的空气吸入至暗室， 利用光散射原理， 通过光 电倍增管将光信号转化为电信号。 １． ４ 上位机 上位机采用威伦通的 ｅ ｍ ｔ ３ ０ ７ ０型ＨＭ Ｉ人机界 面， 该上位机支持Ｃ ＡＮ 通信， 直流２ ４Ｖ 供电。 ２ 软件设计 ２． １ Ｐ Ｌ Ｃ与变频器程序设计 Ｐ Ｌ Ｃ控制器与变频器之间采用 Ｃ ＡＮ 通信方式实 现控制和数据传输， 其 Ｃ ＡＮ通信协议如表１所示。 Ｐ Ｌ Ｃ控制器通过读取变频器的“ 状态值” 信息， 发送 “ 控制字” 、 “ 控制方式” 指令来控制变频器的启停。变 频器启动后， 会将运行数据发送给 Ｐ Ｌ Ｃ， 如“ 故障代 码” 、 “ 温度” 、 “ 直流母线电压” 等。 表１ ＰＬ Ｃ控制器与变频器的Ｃ ＡＮ通信协议 ＣＡＮ－ＩＤ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ０ ｘ ２ ０ ２控制字心跳 控制方式设定转速设定转矩 ０ ｘ ３ ０ ２ 目标值加速时间减速时间保留保留 ０ ｘ １ ８ ２状态值温度直流母线电压输入电流系统绝缘值 ０ ｘ ２ ８ ２ 故障代码转矩转速保留保留 Ｃ ＡＮ通信启动流程如图２所示。首先启动并打 开Ｃ ＡＮ 通信口， 一般有 Ｃ ＡＮ ０口和 Ｃ ＡＮ １口两种。 启动Ｃ ＡＮ 口成功后， 定义接收数据、 发送数据的连 接， 其参数包括Ｃ ＡＮ 端口、 连接Ｉ Ｄ、 数据长度、 数据类 型以及数据Ｂ ｕ ｆ ｆ ｅ ｒ等。在发送数据连接中， 要设置需 要循环发送的数据连接， 通过调用 Ｃ Ｌ Ｌ Ｉ＿Ｒ ｘ Ｑ ｕ ｅ ｕ ｅ函 数读取接收连接的数据。 图２ ＣＡＮ通信启动流程 ２． ２ Ｐ Ｌ Ｃ与传感器组程序设计 传感器组的信号均为４ｍＡ～２ ０ｍＡ的模拟量信 号，Ｐ Ｌ Ｃ控制器通过模拟量输入扩展模块获取该信 号。Ｐ Ｌ Ｃ控制器获取该信号后， 转换成传感器的实际 值。Ｐ Ｌ Ｃ控制器以轮询的方式获取瓦斯浓度、 Ｃ Ｏ浓 度以及粉尘浓度传感器的数据， 当检测到传感器数值 超限后， 驱动风机增加风机转速， 接着检测风机转速是 否达到最大转速， 如果达到， 则发出报警。传感器组具 体控制流程见图３。 图３ 传感器组控制流程 ２． ３ Ｐ Ｌ Ｃ与人机界面程序设计 Ｐ Ｌ Ｃ与人机界面的通信方式为 Ｃ Ａ Ｎ通信， 煤矿局 部通风机集中控制平台的人机界面如图４所示。该控 制平台由“ 风机状态” 、 “ 通信状态” 、 “ ” 故障信息” 以及 “ 故障提示” ４部分组成， 其中， 通过“ 风机状态” 可以观察 局部通风机（ 包括主风机以及备用风机） 的工作状态， 主 要有“ 有电” 、 “ 运行” 、 “ 故障” 以及风速信息。“ 通信状 态” 用于指示Ｐ Ｌ Ｃ控制器与变频器的通信状态以及运 行频率。“ 故障信息” 包括传感器故障以及风机故障， 并 且当故障发生时， 经“ 故障提示” 进行指示。 图４ 煤矿局部通风机集中控制平台人机界面 ３ 结语 以煤矿局部通风机为研究对象， 以Ｐ Ｌ Ｃ、Ｃ ＡＮ通 信以及变频器为技术手段， 在分析系统组成、 系统设计 的基础上， 设计并实现了煤矿局部通风机集中控制平 台。该控制平台的使用为煤矿安全生产提供了强有力 的保障， 大大降低了井下工人的工作强度， 提高了局部 通风机的利用率和生产效率。 参考文献 ［１］ 安赛， 林柏泉．主要通风机远程监测系统的设计［Ｊ］．工矿 自动化，２ ０ １ ２（ １） ４－７． ［２］ 贾连鑫， 王明．煤矿局部通风机远程控制系统的应用［Ｊ］． 煤矿机械，２ ０ １ ７（ １ １） １ １ ９－１２ ０． ［３］ 王强．矿井通风机在线监控系统应用研究［Ｊ］． 煤矿机械， ２ ０ ０ ９（５） １ ９ ６－１９ ８． ［４］ 陈海峰．一种煤矿主要风机监控系统的设计［Ｊ］．工矿自 动化，２ ０ １ １（ ９） １ ０ ３－１０ ５． ［５］ 梁涛， 侯友夫， 吴楠楠．掘进工作面局部通风智能监控系 统的研究［Ｊ］．矿山机械， ２ ０ ０ ８（１） １ ９－２２． ［６］ 郑建兰．矿井通风机故障预测的策略研究［Ｄ］．淮南 安徽 理工大学，２ ０ １ ４ ２ ２－２７． ［７］ 李铁军， 朱成实， 叶龙， 等．变频调速技术在风机节能中的 应用［Ｊ］．风机技术， ２ ０ ０ ８（２） ６ ７－６９． Ｃｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｐ Ｌ Ｃ ｆ ｏ ｒ Ｌ ｏ ｃ ａ ｌ Ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｅ ＷＵ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ （Ｓｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｆ ｅ ｎ ｘ ｉ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｎ ａ ｎ ｇ ｕ ａ ｎ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｃ ｏ ．，Ｌ ｔ ｄ ．，Ｊ ｉ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ０ ３ １ ３ ０ ４，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔＷ ｉ ｔ ｈ Ｐ Ｌ Ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ，ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｃ Ａ Ｎ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｐ Ｌ Ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｓ ｔ ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｓ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｓ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｐ ｔ ｏ ｗ ａ ｒ ｄ ｓ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｇ ｏ ａ ｌ ｏ ｆ ｕ ｎ ｍ ａ ｎ ｎ ｅ ｄ ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ；ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ；Ｃ ＡＮ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ；Ｐ Ｌ Ｃ ３７１ ２０ １ ９年第２期 武忠 基于 Ｐ Ｌ Ｃ的煤矿局部通风机集中控制平台
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