基于PLC實現(xiàn)礦井瓦斯通風(fēng)系統(tǒng)的集中控制

摘 要：瓦斯是一種無色無味的氣體，達(dá)到一定濃度時，能造成人發(fā)生窒息，遇到高溫會發(fā)生燃燒甚至爆炸，給礦井生產(chǎn)帶來安全隱患。礦井通風(fēng)是實現(xiàn)其安全生產(chǎn)的基本條件。優(yōu)良的通風(fēng)系統(tǒng)為高效的生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。為了提高通風(fēng)系統(tǒng)自動化程度，決定在礦井瓦斯通風(fēng)集中控制系統(tǒng)中引入采用PLC進(jìn)行控制。以實現(xiàn)礦井該系統(tǒng)的控制精度，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

關(guān)鍵詞：瓦斯;PLC;礦井通風(fēng);控制系統(tǒng)

0 引言

通風(fēng)機(jī)作為井下生產(chǎn)的呼吸系統(tǒng)，不僅承擔(dān)著為工作面人員輸送新鮮空氣的職責(zé)，還承擔(dān)著將工作面粉塵、有毒氣體排出的職責(zé)，其通風(fēng)性能的好壞直接決定著工作面生產(chǎn)的安全性[1-2]。然而，傳統(tǒng)的瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)使得風(fēng)機(jī)始終處于滿負(fù)荷的狀態(tài)運行，其控制手段雖然可以有效地降低風(fēng)量，但是存在極大的浪費，且其控制精度較低。鑒于上述通風(fēng)控制缺陷，本文主要研究PLC在瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，該控制系統(tǒng)提高了工作面的自動化水平及工作效率。

1 瓦斯通風(fēng)集中控制系統(tǒng)方案概述

通風(fēng)系統(tǒng)主要由兩臺通風(fēng)機(jī)組成，而且每臺通風(fēng)機(jī)都有其獨立的電機(jī)控制，兩臺通風(fēng)機(jī)是對旋的，其中一臺主要功能是吸風(fēng)，另一臺的主要功能是增加扇片的風(fēng)速，兩臺風(fēng)機(jī)相互配合達(dá)到為工作面輸送新鮮空氣的目的。

實際生產(chǎn)中，根據(jù)工作面的風(fēng)量大小，選用不同型號的通風(fēng)機(jī)，并與PLC以及空氣壓力傳感器等設(shè)備組成一套閉環(huán)的控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)對PLC以及電機(jī)的有效保護(hù)和對電機(jī)切換控制，在該系統(tǒng)中添加相關(guān)的繼電器、斷路器等保護(hù)器[3]。

瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)的控制方案如下：該通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計有手動和自動兩種工作模式，可以實現(xiàn)對現(xiàn)場工作狀態(tài)的顯示和監(jiān)控。其中，在手動工作模式時，通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)不受工作面氣壓的影響，為了防止通風(fēng)機(jī)由于運行時間過長出現(xiàn)故障，任何一臺風(fēng)機(jī)工作時間達(dá)到上限時都將切換至另一臺通風(fēng)機(jī)工作。

PLC在瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)的自動工作模式。自動模式具體工作流程如下：控制系統(tǒng)中的壓力傳感器采集工作面的氣壓并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入PLC中，PLC對數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理后，輸出信號對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制。其中，當(dāng)工作面的氣壓大于地面的氣壓時，PLC控制兩個通風(fēng)機(jī)循環(huán)工作;當(dāng)工作面的氣壓低于設(shè)定的氣壓值時，PLC控制兩個通風(fēng)風(fēng)機(jī)同時工作，直至工作面氣壓滿足要求時，兩臺通風(fēng)機(jī)恢復(fù)到循環(huán)工作的狀態(tài)。此外，該瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)中的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鬟€能夠監(jiān)測工作面瓦斯的濃度值，當(dāng)其濃度值超過設(shè)定值時，PLC控制兩臺通風(fēng)機(jī)停止工作，并將工作面電源自動切斷，從而預(yù)防瓦斯事故的發(fā)生。

2 PLC輸入與輸出地址配置

根據(jù)瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)的控制要求，該控制系統(tǒng)采用S7-200PLC CPU224為控制核心。該控制器擁有14個輸入接口，10個輸出接口。為了進(jìn)一步豐富該控制系統(tǒng)的功能，擴(kuò)展了一個模擬輸入模塊和一個數(shù)字量輸出模塊。模擬輸入模塊的主要功能是實現(xiàn)采集信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換;數(shù)字量輸出模塊的功能是增加系統(tǒng)的輸出點。為了保證瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對控制系統(tǒng)的輸入輸出等數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計。

經(jīng)過統(tǒng)計分析后，將PLC的輸入輸出接口與外部設(shè)備一一相連，PLC各個地址分配結(jié)果下：PLC的I0.0～I(xiàn)0.3分別于1號、2號風(fēng)機(jī)的各個電機(jī)相對應(yīng);I0.4～I(xiàn)0.5與1號、2號風(fēng)機(jī)的控制開關(guān)相對應(yīng);I1.0與設(shè)備的消音開關(guān)相對應(yīng);I1.1～I(xiàn)1.2分別于手動開關(guān)和自動開關(guān)相對應(yīng);I1.3與停機(jī)按鈕對應(yīng);I2.0～I(xiàn)2.1分別與氣壓信號和瓦斯信號對應(yīng)。Q0.0為故障顯示接口;Q0.1～I(xiàn)0.2分別與中高壓、低壓氣壓顯示相對應(yīng);報警接口為Q0.3;Q0.4～I(xiàn)0.5分別與四個繼電器對應(yīng);Q1.0～I(xiàn)1.1分別與1號風(fēng)機(jī)的兩個電機(jī)工作狀態(tài)顯示對應(yīng);Q2.0～I(xiàn)2.1分別與2號風(fēng)機(jī)的兩個電機(jī)工作狀態(tài)顯示對應(yīng);Q2.2與手動工作狀態(tài)的顯示相對應(yīng);Q2.3與自動工作狀態(tài)的顯示相對應(yīng);Q2.4與瓦斯?jié)舛戎迪鄬?yīng)。

3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

該瓦斯通風(fēng)控制系統(tǒng)采用順序控制的策略。通常，PLC的控制程序一般表達(dá)方式為梯形圖。經(jīng)過對該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵控制因素進(jìn)行研究，得出該控制系統(tǒng)的控制流程圖，如圖1所示。

圖1中：D為傳感器采集到的工作面當(dāng)前的濃度值，D0為系統(tǒng)設(shè)定的瓦斯?jié)舛戎?F1為傳感器采集到的工作面的氣壓值，F(xiàn)2為系統(tǒng)設(shè)定的工作面氣壓值。當(dāng)工作人員按下啟動按鈕后，PLC先對系統(tǒng)進(jìn)行自檢，如果系統(tǒng)此時為手動模式，即對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行手動控制;反之，通風(fēng)控制系統(tǒng)自動運行。第二步，系統(tǒng)對采集到的工作面的濃度值進(jìn)行分析，若其大于系統(tǒng)設(shè)定的濃度值，則發(fā)出報警并停止工作面的運行;第三步，系統(tǒng)對采集到工作面的氣壓值進(jìn)行判斷，若其大于系統(tǒng)設(shè)定的氣壓值，此時通風(fēng)機(jī)進(jìn)入輪休的工作狀態(tài)，否則兩臺通風(fēng)機(jī)同時工作。

4 結(jié)語

PLC在礦井瓦斯通風(fēng)集中控制系統(tǒng)中的應(yīng)用從一定程度上提升了工作面的自動化程度，提高了瓦斯通風(fēng)集中控制系統(tǒng)的控制精度，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。此外，PLC在礦井瓦斯通風(fēng)集中控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對通風(fēng)系統(tǒng)的集散式控制，從而可以監(jiān)控遠(yuǎn)程設(shè)備的工作狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔鑫，李繼勇.PLC在煤礦主通風(fēng)機(jī)自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2004（4）：109-111.

[2]劉法治.基于PLC的礦井通風(fēng)安全控制系統(tǒng)[J].金屬礦山，2007（6）：65-66.

[3]陳冬梅，孔祥振，陳慶光，等.基于PLC與上位機(jī)的礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研制[J].煤礦機(jī)電，2014（1）：65-67.

作者簡介：

趙丞達(dá)（1990- ），男，山西盂縣人，本科，畢業(yè)于太原理工大學(xué)，機(jī)電助理工程師，從事礦井機(jī)電設(shè)備管理工作。