PLC在有色金屬礦井通風機控制系統(tǒng)中的應用

李 敏

（甘肅能源化工職業(yè)學院，甘肅 蘭州 730207）

有色金屬礦井通風控制系統(tǒng)是礦井通風系統(tǒng)正常工作的有效保障。隨著我國礦井技術的不斷發(fā)展，礦井作業(yè)強度不斷增加，礦井機械化程度不斷升級。本文主要將PLC與變頻器同時使用，提高礦井通風機工作時的效率以及穩(wěn)定性，同時實現工作時的節(jié)能減排[1]。將PLC技術進行應用，同時可以對電機進行相關故障報警，進行電機故障保護以及自動斷電的，為礦井通風系統(tǒng)技術升級提供新的思路。

1 選用PLC技術的原因

（1）抗干擾性能優(yōu)越，可靠性突出。PLC技術以集成電路技術為依托，可靠性突出，同時內部電路進行了抗干擾技術的升級，保證了PLC技術優(yōu)越的抗干擾性能。同時，PLC技術自帶硬件故障檢測功能，可以技術進行故障診斷，對故障進行判定。并且PLC技術接受應用者進行程序編寫，升級外圍器件故障診斷升級[2]。PLC技術優(yōu)越的抗干擾能力，為PLC技術被更多企業(yè)選用打下了更大的基礎，也是本次系統(tǒng)改進選用PLC技術的重要原因。

（2）產品種類多，功能齊全，選擇范圍較大。時至今日，PLC技術已經形成不同于初始誕生時功能單一，技術粗糙的全新產品及技術狀態(tài)，在產品上，PLC技術已經形成相對完善的產品體系，規(guī)模多樣，體系完善，可以滿足多種工業(yè)應用需求。在技術上，其數據運算能力優(yōu)越，帶來了PLC技術在數控領域的領先地位。同時，隨著PLC技術的完善，PLC技術將在系統(tǒng)控制領域扮演更多重要角色。

（3）操作簡便，使用難度低。PLC接口簡單，是一款通用工業(yè)控制技算機，具有編程規(guī)范，簡便的特點，它采用梯形圖語言進行界面展示，與技術人員日常使用界面相似，方便了技術人員理解使用。

（4）設計程序少，容易進行系統(tǒng)設計、改進及維護。不同于以往技術中的接線邏輯，PLC采用存儲邏輯進行外部設備接線控制，設計程序少，更容易進行系統(tǒng)設計、改進及維護。同時，該技術相關程序接受改變，使用者可以主動進行生產過程改進，可以適應各種使用環(huán)境。

（5）降低設備重量，減小設備空間占比。相比傳統(tǒng)設備，PLC技術相關設備的使用，可以降低設備重量，減小設備空間占比，更具有環(huán)保的優(yōu)勢。

（6）應用領域廣泛。隨著PLC技術的發(fā)展，PLC技術應用領域愈加廣泛。PLC技術已經廣泛應用于交通運輸，機械制造，石油等各領域。進行PLC技術應用與學習，可以為PLC技術使用打下基礎，為以后進行更多PLC技術應用做好準備。

PLC技術的優(yōu)點很多，本次研究選用PLC技術在有色金屬礦井通風機控制系統(tǒng)進行研究。

2 系統(tǒng)功能設計以及系統(tǒng)相關方案

（1）系統(tǒng)的功能設計。在有色金屬礦井通風機控制系統(tǒng)設計時，應用PLC系統(tǒng)更加容易接線，高可靠性，低故障率，容易維修等優(yōu)勢。PLC控制系統(tǒng)的應用極大地改善了通風系統(tǒng)自動化功率，有助于降低工作人員的工作強度。PLC技術配合空氣變聲器結合變頻器共同應用，可以提高系統(tǒng)控制的可靠程度以及安全程度，降低通風機組運行故障概率，節(jié)約能源，同時保證設備的運轉率滿足上述要求，本次系統(tǒng)設計如下：①本次系統(tǒng)設計操作時將自動以及手動兩種工作方式進行結合，使得系統(tǒng)同時可以進行故障警報以及狀態(tài)可視等能力。②對模擬量壓力，進行相關分析，借助PID，最終傳達出控制變頻器模擬量。③在進行自動控制運行模式時，考慮井下壓力，對比井下壓力與壓力值設定下限，覺得運轉風機組數量，以及是否發(fā)出指示或信號報警。④系統(tǒng)可以對瓦斯輸入進行模擬量計算，根據瓦斯?jié)舛扰c設定值進行對比，同時根據對比情況，覺得相關工作是否終止，以及電影是否切斷，避免爆炸發(fā)生。⑤手動運行時可以防止風機組過多進行相關功能啟動，防止風機組因溫度處于臨界溫度條件過多自主啟動。

（2）系統(tǒng)結構及系統(tǒng)組成部分。通風控制系統(tǒng)主要包括斷路器，熱繼電器，溫度傳感器，變頻器，空氣壓力變送聲器等部分。其中通風機組包括兩臺通機組，一組通風機組包括兩臺電機，每臺電機包括一組扇片。兩種單片處于對旋狀態(tài)，一組用來吸風，一組用來增加供風，實現井下供風需求。根據井下風量判斷風機型號。本次設計參考風機組2×30KW，采用一臺西門子S7-200可編程控制器（PLC），空氣壓力變動器對閉環(huán)控制系統(tǒng)進行控制。相關結果中，溫度傳感器，瓦斯傳感器用來保護電機以及PLC，電機。硬件功能框架如下所示。

圖1 硬件系統(tǒng)結構組成過程

3 構成系統(tǒng)的硬件，以及構成硬件的相關用途

3.1 PLC可編程控制系統(tǒng)

（1）什么是PLC。PLC采用電子系統(tǒng)，遵循數字運算規(guī)律，是一種電子器件，出現于電氣電路中，進行電機控制。其本質是一類存儲器，可實現編程功能，對用戶操作，比如算數操作，順序控制操作等進行實現，可用來控制各種生產過程與機械過程。當下，PLLC技術與通風控制系統(tǒng)相關技術結合使用，已經成為推動礦井通風控制技術進步的新動力。

（2）PLC相關結構。PLC相關的主要結構如下圖，同時，PLC相關的主要部件介紹如下：

圖2 PLC相關結構流程

①存儲器：存儲器主要存儲系統(tǒng)相關軟件。PLC常用存儲器有EEPROM、EPROM、RAM等。②電源：PLC電源可以直接連上交流電壓為220V（1±10%）的交流電，以滿足外部設備使用需要。

3.2 傳感器

傳感器在控制系統(tǒng)中主要進行模擬量信號的儲存。傳感器主要對相關信號進行收集，將收集到的信號送到PLC輸入模塊，PLC輸入模塊對相關信號進行轉換。

3.3 變頻器

本次系統(tǒng)采用西門子全新一代標準變頻器MicroMaster440，采用矢量控制技術進行低速高轉矩輸出，動態(tài)特性更好，同時擴展能力極強，能夠充分滿足應用需求。

3.4 通風機組

本色系統(tǒng)采用KXJT型礦用通風機，根據瓦斯?jié)舛戎祵νㄓ脵C轉速進行調整，對通風量進行控制，同時這樣瓦斯量控制在一定范圍內，對瓦斯量進行快速有效的排放，保證瓦斯?jié)舛认嚓P安全。通風機組成。本款通風機風量大，噪聲小，效率極佳，通風機結構主要由人機操作界面，散熱器，隔爆箱體等單元組成。

4 軟件設計

（1）壓力控制部分。壓力控制系統(tǒng)主要控制操作由壓力決定，采用PID算法對壓力數據進行處理，PID是指微分、積分和比例。PID算法采用積分，可以更加精消除靜態(tài)誤差，為系統(tǒng)帶來更大的穩(wěn)定性以及抗干擾性，改善系統(tǒng)動態(tài)響應速度，系統(tǒng)PID調節(jié)主要由微分項、積分項、比例項三部分構成，根據礦井內氣壓信號用變聲器將壓力信號進行轉換，變成直流電信號之后，進行模數轉換，變成二進制信號，本次設計主要采用PID參數設置的觸摸屏。

（2）瓦斯?jié)舛瓤刂?。瓦特濃度控制是將瓦斯?jié)舛刃盘栟D變成電流信號，然后經EM235經內部轉換成PLC2進制信號，然后存儲至VD196。VD196存儲值與斷電瓦斯?jié)舛壬舷捱M行比較，決定PLC電源，PLC內部情況，輸出情況，并切斷相關電源，發(fā)出報警以保證安全，在瓦斯抽放后，等瓦斯?jié)舛仍俅涡∮跐舛仍O定值，風機組不會重新進行工作運轉，必須瓦斯?jié)舛萔D196低于瓦斯?jié)舛葓缶瞪舷蓿琍LC才會繼續(xù)工作。

5 結語

綜上所述，本文主要研究了PLC在有色金屬礦井通風機控制系統(tǒng)中的應用。這種應用有助于提高礦井通風效率，同時實現機器運轉節(jié)能減排，也有助于保護驅動風機電機，及時進行故障報警，自動進行機械故障警報，根據瓦斯?jié)舛葴蕰r斷電，是提高礦井通風系統(tǒng)節(jié)能的新方式。本文主要介紹了系統(tǒng)的功能設計，系統(tǒng)結構及系統(tǒng)組成部分。同時介紹了構成系統(tǒng)的硬件，以及構成硬件的相關用途。當前，礦井業(yè)仍是我國經濟發(fā)展的重要推動力，進行相關技術升級，推動礦井業(yè)發(fā)展是推動經濟發(fā)展的重要方式。進行PLC技術的相關應用，推動相關技術發(fā)展，對我國經濟更好發(fā)展有著重要意義。