试析PLC控制技术在矿井通风机中的应用.pdf

FORUM 论 坛 工 艺 92 / 矿业装备 MINING EQUIPMENT 试析 PLC 控制技术在矿井通风机中的应用 □ 李燎原 山西焦煤集团中源物贸有限责任公司 在煤矿井下作业环境中，通风机是重要应用设备，对 提升煤矿产煤生产安全性与稳定性具有重要作用。当前有部 分矿井通风机控制方式还是选取人工方式开关启停，对提升 煤矿自动化生产，实现煤矿有效通风具有重要作用。煤矿井 下巷道通风量高低需要依照井下瓦斯浓度与巷道管网阻力值 进行调控，这样能满足井下巷道风量基本要求，全面排除井 下各类有害性气体。近些年我国可编程控制器全面发展，在 多个行业领域能有效应用变频器，开始应用 PLC 控制技术 对传统人为控制方式进行优化，对风量以及通风机运行现状 进行自动化监控，满足煤矿通风自动化发展要求。 1 PLC控制技术在矿井通风机中的应用现状 在矿井通风机中合理应用 PLC 控制技术，其中主要有 过程控制、模拟量控制、逻辑控制、数据控制 处理等，其 中通过逻辑控制能保障通风机各个工况之间能有效切换。过 程控制功能中，要对风机风量、风压等各项参数值大小进行 调整，这样能保障巷道中瓦斯浓度可以控制在安全范围内。 模拟量控制过程中能保障各类信号有效输入输出，对巷道管 网压力值、风量、瓦斯浓度、温度等模拟信号进行获取，将 信号转为易识别的数字量。数字通过 PLC 处理运算之后然 后转为模拟信号输出。对外部设备应用进行有效控制，能获 取相应的数据。在数据处理功能应用中，主要是针对信号采 集获取处理之后对各类数据进行有效传递与转换。通讯联网 功能在发挥过程中是基于不同的网络协议，促使电气设备与 计算机有效互联，实现通讯应用，比如合理应用以太网技术 与现场总线技术，对矿井通风机进行合理监控，提升煤矿通 风系统管控水平。 2 通风机在矿井中的安装情况概述 在煤矿矿井中常见的是配置两台相同型号规格的矿用通 风机，实际安装方式如图 1 所示。在煤矿通风系统应用过程 中，大多会开启一台通风机，另外一台作为备用机，当机器 设备发生故障之后能够用于切换应用。 3 PLC控制技术在矿井通风机中的应用设计 3.1 系统控制方案 本系统在设计过程中主要是应用 PLC 控制应用技术对 两台变频器进行有效控制，通过变频器对风机变频有效控制， 实现风机自动变频、手动、工频之间互相转换。其次还能对 通风机运行状态以及故障发生问题进行有效控制。此类控制 方案主要是基于 PLC 模拟量来控制实现。 通风机在自动变频运行阶段，要对压力传感器以及瓦斯 采集作业进行实施管控，监控掌握瓦斯浓度以及风机管道出 气压力值等相关数据。将获取的各项数据信息通过 PLC 进 行有效转换，将模拟量信号转换为处理器能有效识别的数字 量信号。处理器能将自动获取的数据进行有效对比，对输出 判定结果进行分析，然后转换模拟信号，实现风机的有效变 频调速。 3.2 控制电路设计 当前合理应用 PLC 控制技术对分级控制系统软件与硬 件电路进行有效设计，能有效简化各类传统元器件设计，比 如继电器、接触器等。促使复杂程度较高的接线控制形式能 得到有效优化，保障系统稳定运行。基于 PLC 的控制系统， 能促使风机在手动变频、工频、自动变频状态基础上进行自 由切换。风机处于自动变频状态运行中，通过传感器应用能 2019.4 矿业装备 / 93 获取煤矿瓦斯浓度、风压值等，通过系统有效分析对比，能 对风机进行变频调速控制。 3.3 PLC 软件流程图设计 在 PLC 软件程序设计过程中主要是选取模块化结构设 计，在编程阶段发挥出梯形图语言应用价值，便于相关人员 理解，编程阶段较为直观，也便于修改。矿井通风系统 PLC 程序在设定过程中主要包括主程序与子程序。其中主程序主 要是对风机变频、公平等程序进行调控。当煤矿生产过程中 瓦斯浓度超标会产生报警。当变频器以及风机产生故障问题 之后，变频器基本故障能有效复原。在子程序中，主要有模 拟量采集子程序、风机启停控制与自动切换程序。 为了保障生产活动的连续性，在矿井通风系统中主要是 选取两台通风机，一个进行应用一个备用。在传统控制过程 中大多都是通过人工进行切换，其中某台设备出现运行故障 之后，另外一台才能应用，这样会由于长期设备耗损问题导 致其难以有效应用。部分设备长期处于备用状态也会出现不 同耗损问题。针对此类问题，当前需要全面优化传统作业方 式的限制性问题，合理应用 PLC 自动化控制技术，实现机 械设备定期有效切换，实际控制流程如图 2 所示。 在 PLC 控制柜设计过程中主要是补充手动与自动化控 制模式，其中自动化模式在设计过程中主要是为了能有效实 现 PLC 控制技术应用。调节到手动模式是发挥人为操作作 用对拨动开关进行有效调试。在正常运行情况下，系统大多 都是选取自动化模式进行运行应用，上位机针对风机应用传 输启停信号之后，控制风机应用 PLC 能对风门与电机合理 控制，实现风机有效启停控制。在相关规程要求中，当瓦斯 浓度超出规定范围之后需要排放瓦斯。为了实现节能控制目 标，通风机风量值需要根据瓦斯浓度变化进行变化。通风不 仅仅需要满足瓦斯基本要求，还要突出除尘要求，所以要对 电机频率进行控制。在装置优化设计过程中主要是应用变频 器中不同组合对通断进行有效控制，当煤矿生产过程中瓦斯 浓度变化较大，要对风机基本转速进行合理优化，实现有效 调节。 4 现场应用效果 通过对通风机进行全面改造，能有效优化工频直接启 动方式，避免较大程度的机械冲击对设备产生严重损伤，在 风量调节过程中还是依赖于传统风门，实际控制精度值较低， 导致设备产生严重的耗损与能源浪费问题。降低设备应用寿 命，致使生产阶段成本值升高。为了实现节能降耗基本目标， 可以选用 PLC 变频器对设备应用进行调速控制。通过一段 时间运行现状能看出，借助变频器合理应用能实现节能降耗 目标，对吨煤消耗成本进行控制，扩大煤炭企业生产发展经 济效益。合理优化变频器运行频率，对通风机风量进行控制， 实现瓦斯有效排放，提升矿井通风安全性，节约更多电能。 5 结语 PlC 控制技术在煤矿通风机中合理应用，能对作业现场 瓦斯浓度变化情况进行控制，调节风机基本转速，对巷道中 通风量进行有效调节。能适应施工作业区域应用要求，避免 产生较为严重的浪费问题，对能耗进行控制。对巷道中瓦斯 浓度进行控制，要保持在安全范围中，这样能为煤矿安全生 产提供重要保障。 〔李燎原（1979） ，男，山西省朔州市人〕 图 1 通风机系统安装位置示意图 图 2 双机自动切换控制流程