PLC在矿井局部通风机变频调速系统中的应用

【摘要】矿产资源是我国的主要利用资源，实现资源的自主开发，是实现国家独立的一个有力保障。而在近年来不断频发的矿难中我们发现，矿井内部的通风问题是共性，为此，笔者结合我国采矿地段的实际特点，进行了矿井通风问题的分析，并提出了PLC在矿井局部通风机变频调速系统中的应用。

【关键词】矿井通风；PLC；采矿作业；矿工

【中图分类号】TD72 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0253-01

前言

采矿业的发展是国家能源利用，经济发展的可靠保障，虽然我国的采矿技术和采矿环境在国家相关部门的大力倡导之下已经取得了很大的提升，但是从数据调查结果来看，还不能实现完全的机械化作业，矿工的人身安全还不能得到高标准的保障。在我国，每年都会发生不同伤亡人数的矿难，虽然国家已经投入了专项的调整资金和整改资金，但是矿难问题始终不能有效的避免，广大矿工的生活仍然没有保障。通过对大量矿难数据的分析，笔者发现，造成矿难事故的共性是矿井内部的通风不好，通风不畅同时也降低了矿工作业的环境质量，为此，下面将对这一问题进行系统的阐述。

1.矿井内部通风不畅的主要原因分析

矿井是开凿在地下的作业环境，没有与外部空气接触的空间，因此在矿井内部，为了保障矿工作业的基本条件，都安装数量不等通风机，由电力系统驱动。由于地下作业环境不能产生氧气，而且矿工作业过程中不问断的消耗大量的通风氧气，所以要求通风机实现二十四小时的不问断作业。在此基础上，通风机作为一种电能与机械能共同作用的机械设备，在不问断运行中各部件的损毁现象严重，极易发生不同程度的机器故障，致使产生重大安全事故。所以矿井通风系统进行技术改造势在必行。本文介绍本系统将通过PLC与变频器结合，以矿井气体压浓度为外界环境控制参数，实现对电动机工作过程有效控制，并为节能技术改造提供新的解决方案。

2.系统架构与控制方法

（1）系统的设计功能

本系统具有通风机组故障率低、可靠性高等特点，提高通风系统的自动化程度，同时PLC、变频器与空气压力变送器配合使用，进一步提高系统安全性。其处理要求如下：模拟量压力输入经PID运算输出模拟量控制变频器。当井下压力低于设定压力下限时，两组风机将自动启动故障处理系统，并将通过对数据的分析及时的对外发出安全警告，当矿井瓦斯浓度大于设定报警上限时，PLC将自动切断风机组电源，以保证矿井安全。

（2）系统结构及方案

根据矿井内部的空间范围和实际作业人数的分析，我们基本确定在本通风控制系统中运用2台通风机。处于对机械能的需要，要求每台通风机必须有2台电机，每台电机驱动1组扇片，2组扇片是对旋的，1组用于吸风，1组为增加风速，对井下进行供风。本设计以风机组2x30kW为例，采用1台西门子57-200可编程控制器（PLC），空气压力变送器等组成一个完整的闭环控制系统。其中还包括瓦斯传感器、断路器等系统保护电器.实现对电机和PLC的有效保护。每一个具体的系统内部都设有数九的上限值和数据的下限值，系统在各个数据值的中间范围内正常运作，当一个系统的数据值出现异常时，超出了既定的参考范围，系统内部就会根据PLC的指示及时的发出预警系统，防患于未然，在内部空气含量没有发生重大变化时就可以通知工作人员通过一系列的措施进行空气含量的调整，从而大大降低了因通风不畅对矿工的人身损害问题，为广大矿工提供一个安全可靠的工作环境。

3.系统硬件构成及各部分功能

本系统的硬件构成相对简单，基本可以概括为可编程控制器（PLC）、A/D转换模块、D/A转换模块、变器、传感器部分、监控对象和电控回路组成。

（1）PLC可编程控制器部分

控制器是该系统的核心部分，它是命令的发出机构，其他的结构的工作目的都是为其作出正确的指令而服务的，该核心发布指令的正确与否直接关系到PLC的技术质量。作为本系统的主要控制中心，控制器需要进行定期的维修和养护，定期由专业人员对所有设备的数值进行校正，发现数值出现偏差的机械要及时更改部件或者进行及时的维修，以免发出错误的指令，影响到整个通风机的工作运转。

（2）模数转换模块

LC模拟量处理功能主要通过模拟量输入输出模块及用户程序来完成。模数转换模块有A/v转换、v/A转换。模拟量输入模块接受各种传感器输出的标准电压信号或电流信号，并通过原有的转换公式将其转换为数字信号并存储到PLC中。PLC对转换后的电压信号和电流信号进行区分处理，并将处理结果通过模拟量输出模块转换为标准电压或电流信号去驱动执行元件。

（3）传感器部分

传感器主要负责利用各种数据的收集手段实现模拟量采集，并将采集到的模拟量信号送入PLC，在系统的内部进行所有数据的分析和归类处理，最终实现模块存储与转化。本系统的工作原理是利用瓦斯传感器，实现自动化的自能检测，对矿井内部的空气中瓦斯实际含量进行不间断自动检测，以便其他设备能够依据其传感的数据进行预警或者操作管理。

4.软件设计

本系统的操作运行需要外部硬件设施与内部软件系统的共同作业。内部软件系统由指定的科研人员通过对矿井的实际工作情况的勘探进行开发，通常来说，该软件基本上分为4个主要的模块：即手动自动控制、瓦斯浓度控制和压力PID控制、PLC主要处理传感器传入的数字量信号。具体的工作流程是，通过传感器从外部接收到的大量的模拟量，利用编订好的程序实现与数字量的转换，转换后的数据成为电流的参考数值。在这个转换的过程中，工作人员能够得到一个电流的基本范围，即实际的工程值的电流的上限和工程值的电流的下限。通过该系列的转换，矿井内部的情况都将以完整的数据的形式展现在人们的面前，管理人员只需要对数字实行监控，就能判断矿井之下的通风情况，操作简单，观察方便有效的提高了工作效率。

（1）瓦斯浓度控制部分

瓦斯浓度传感器将矿井内部的瓦斯含量通过软件转换成具体的数据参考值，并将一系列的数据对比进行分析处理，最终将分析结果存储到数据模块中，建立全新的数据库。数据库内对瓦斯含量的上限也有相应的参考数值。当矿井内部的及时瓦斯含量超出了数据库的瓦斯含量上限值时，该系统能够及时的进行监控，并发出预警标志，并在第一时间内发出切断电源的指令，降低矿井内部的瓦斯含量，该种方法能够对瓦斯量进行及时的监控，并及时采取相应的处理措施，能够有效的减轻矿井通风不畅带来的矿难问题。

（2）压力控制部分

传统的压力数据分析办法是静态的数据归纳，由于算法不科学，静态数据不准确，因此，存在较大的误差，而压力数据处理部分采用PID算法，该算法可以消除系统的静态误差，加强对系统参数变化的能力。PID控制器主要负责通过调节使其输出使偏差为零。在系统自动控制模式下空气压力传感器检测矿井内的气压信号，将其气体压力转换为电压信号，通过A/D转换器转换为PLC能识别的一进制信号本系统的压力控制采用SMB34进行数据采样，这将采样数据转换后放入VD128中，进行数值比较，当超过某个数值时PLC通过控制变频器控制风机的转速。

5.结语

综上所述，矿井的通风工作是保证矿工基本工作环境的一项重要措施，传统的矿井通风工作不合理，存在管理和设备的局限性，文章中介绍的PLC控制变频器，不仅简化了系统复杂度，同时提高了系统的稳定性与安全性。通过调整风机工作速度进一步提高风机的传动效率，并起到节能作用。是倡导构建和谐社会，实现能源有效利用下的新型技术，必将在未来的矿产资源开采中得到广泛的利用。

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