基于PLC的矿井通风控制系统的设计.pdf

摘要井下空气参数的控制是矿井开采、 掘进行业不可获取的部分， 尤其在对瓦斯的含量需要重点调控的工作场所，矿井内的空气流 通条件以及瓦斯气体浓度是对在矿井内作业人员的生命安全起决 定性作用的。PLC 是把微型处理器当作中枢使用的数字化调控的工 业上专门使用的处理器，即便是处于条件非常差的作业环境中， 依然能够工作。 关键词通风控制；火灾隐患；调控系统 基于 PLC 的矿井通风 控制系统的设计 ■ 程莉 新疆职业大学 一、课题的背景及意义 矿井通风的作用是把新鲜的外界空气源源不断地传送 到井下，由此提高矿井内空气中氧气的含量，同时把矿井 产生的有害气体排出来。因此，矿井通风是矿井生产过程 中一个尤为重要的环节，在矿山的初步建设和运营中起着 非常重要的作用。 矿井的通风系统还关系着矿井的消防能力。火灾燃烧 时形成火风压，容易引起局部风流状态紊乱，甚至造成整 个通风系统风流状态混乱。矿井火灾会使井下污染区域内 的人员被烧伤、中毒或窒息，会对矿井的人员和设备造成 极大的损害，也会造成巨大的经济和社会损失。良好的通 风系统能有效减少火灾隐患和避免火灾事故的发生，且能 抑制火势蔓延。所以，合理地选择评价矿井通风系统对矿 井的生产与安全工作至关重要。 本调控系统采用调控变频调速器，把电网供应的常规 频率的交流电改变为多个频率特性进行输出，可以做到对 交流电机的无级调速。为了对矿井风机进行智能控制，变 频控制系统选用开环控制，该装置可设定任意频率控制电机 转速；但若变频调控系统设计成闭环模式时，会根据控制命 令和反馈的信息的动态变化， 自主获得适合的电机调控频率。 二、国内外发展现状 近年来，煤矿产能的扩大和生产的集约化已成为趋势。 矿山设备水平迅速提高，系统得到简化，但是依然存在许 多已经挖掘很长时间的老矿，系统很复杂，和许多新矿井 的生产能力相比，具有比较高的集中度，给矿井作业系统 带来了新的安全隐患。 矿井通风按照作用区域可以划分为三种用于整个矿 井的称之为主要通风机；在矿井内某些分支中用于调控风 量、弥补主通风机不足的称之为辅助通风机；用于矿井内 某些局部区域通风的称之为局部通风机。通风扇有轴流式 和离心式两种，其中轴流式的外形尺寸小，在矿井内安装 维护都相对来说比较简便，易于多台风机进行串联，因而这 种型式的通风机在矿井上使用最为广泛。 三、矿井通风控制系统的总体设计 （一）系统控制需求分析 该 PLC 调控系统具备通风电机手动工频控制模式、自 动变频控制模式和手动变频控制模式，三种模式之间可以 自由切换，其中手动变频控制模式是在变频控制器的操作 面板上通过手动改变风机的工作频率进行的。在风机自动 变频模式下运行时，矿井内的空气压力模拟量信号先传送 到 PLC，PLC 根据预先存储的控制逻辑运算分析输出控制 指令调控通风机的变频运行。 （二）系统器件选型 在选择 PLC 模型时，数字量输入和输出端口数要充分 考虑在内，普遍的做法是明确控制系统需要输入与输出端 口的数目，再增加 15 至 20 备用。PLC 内部能够存储 的逻辑程序量也是需要考虑的，再保证多出 30 到 50。 CPU226 有 24 个数字量输入和 16 个输出，总共有 40 个数字量控制点，以及 2 个 RS485 端口，用于系统之 间的通讯和已编写程序的上传与下载，可以保证规模属于 中小型但逻辑比较复杂的调控系统的需求。 系统中总共需要 8 个数字量传送到 PLC，11 个数字 量从 PLC 输出，7 个模拟量输入到 PLC 和 1 个模拟量从 PLC 输出。综合以上所述的端口数量的需求，选择德国西 门子公司的 S7-200 系列的 CPU226 型 PLC，并且配套 EM235 及 EM231 用作模拟量输入与输出模块。 四、结语 PLC 调控矿井通风系统对早先的机械设备进行自动化 和节能降耗改造，不仅仅可以简化系统的架构，提高系统 的稳定性和安全性，系统的操控更加简单方便，易于对系 统进行检修和维护保养， 大大提高了矿井作业的安全系数。 另外还能够按照调控需求对系统进行相应的配置，很容易 就可以搭建成集散式的调控系统，易于提高矿井的作业效率 和经济效益，具有非常大的推广应用价值。 参考文献 [1] 谭允祯. 矿井通风系统优化[M]. 煤炭工业出版社，1992. [2] 程磊，杨运良，熊亚选 . 矿井通风系统评价指标体系 的研究 [J]. 中国安全科学学报，2005，15（3）91-94. [3] 崔岗，陈开岩 . 矿井通风系统安全可靠性综合评价 方法探讨 [J]. 煤炭科学技术，1999，27（12）40-43. [4] 吴燕翔，李权任，成萍，等 . 基于 PLC 的矿井通 风机变频控制系统的设计[J].科学技术与工程， 2009 （16） 4771-4775. [5] 王德明 . 矿井通风与安全 [M]. 中国矿业大学出版 社，2007. [6] 廖常初 .PLC 编程及应用 [M]. 机械工业出版社，2014. 消防论坛 34