工作面通風(fēng)機(jī)集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉慶寶

（山西寧武大運(yùn)華盛能源集團(tuán)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)是保障綜采工作面安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其主要為工作面輸送新鮮空氣，降低工作面粉塵濃度等。為保證通風(fēng)系統(tǒng)的自動化水平能夠與綜采工作面其他分系統(tǒng)的自動化水平相匹配，實(shí)現(xiàn)工作面通風(fēng)機(jī)的集中控制是非常有必要的。本文著重設(shè)計(jì)一款可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的通風(fēng)機(jī)集中控制系統(tǒng)。

1 通風(fēng)機(jī)集中控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

某礦所采用的通風(fēng)方式為機(jī)械通風(fēng)，根據(jù)工作面生產(chǎn)需求為其配置兩臺互為備用通風(fēng)機(jī)，且通風(fēng)機(jī)為抽出式軸流通風(fēng)機(jī)，具體型號為AGF606-3.0-1.58-2，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示[1-2]。

表1 AGF606-3.0-1.58-2通風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

為保證通風(fēng)機(jī)集中控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對工作面通風(fēng)機(jī)的精確、節(jié)能控制，要求集中控制系統(tǒng)滿足如下要求：

1）在保證工作面需風(fēng)量的基礎(chǔ)上，盡可能降低通風(fēng)機(jī)的能耗；

2）要求通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)將高低壓配電、變頻調(diào)速以及遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能有機(jī)結(jié)合；

3）集中控制系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制外，還可對通風(fēng)系統(tǒng)中冷卻風(fēng)機(jī)、潤滑站等裝置進(jìn)行控制[3]；

4）可實(shí)現(xiàn)對工作面兩臺通風(fēng)機(jī)切換運(yùn)行的控制，并實(shí)時監(jiān)測通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并將所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳進(jìn)行顯示并存儲；當(dāng)通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時，做出停機(jī)或者報(bào)警等對應(yīng)操作。

基于一體化冗余控制原則，設(shè)計(jì)如圖1所示的通風(fēng)機(jī)集中控制方案。

圖1 通風(fēng)機(jī)集中控制的總體方案設(shè)計(jì)

2 集中控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 變頻器的選型

變頻器作為該系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能直接決定最終對通風(fēng)機(jī)風(fēng)量及風(fēng)速的調(diào)節(jié)效果。綜合分析通風(fēng)機(jī)工作特點(diǎn)及電壓功率因素、電壓波形等，且為實(shí)現(xiàn)較寬的調(diào)速范圍，本文所選型變頻器的型號為5HK62-5B。

2.2 PL控制器的選型與配置

根據(jù)通風(fēng)控制系統(tǒng)的控制要求，本控制系統(tǒng)采用S7-400HPLCCPU224為控制核心。該控制器的擁有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(shí)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(diǎn)[4]。

為了保證通風(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(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下頁表2所示。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)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分別與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分別與手動開關(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(bào)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)。

表2 PLC通風(fēng)控制系統(tǒng)的輸入輸出量統(tǒng)計(jì)表

2.3 集中控制系統(tǒng)關(guān)鍵傳感器的選型

通風(fēng)機(jī)集中控制除了完成基礎(chǔ)的控制功能外，還能增加系統(tǒng)自動化水平和智能化水平，為集中控制系統(tǒng)配置通風(fēng)機(jī)及環(huán)境的在線監(jiān)測系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng)的在線監(jiān)測方案如圖2所示。

如圖2所示，用戶可通過觸摸屏或者工控機(jī)獲取工作面通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、供電系統(tǒng)參數(shù)以及輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。上述功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)為在工作面配置對應(yīng)的功能傳感器，本集中控制系統(tǒng)關(guān)鍵傳感器的選型如表3所示。

3 通風(fēng)機(jī)集中控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該通風(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)過對本控制系統(tǒng)的關(guān)鍵控制因素進(jìn)行研究，得出本控制系統(tǒng)的控制流程圖如圖3所示。

圖2 集中控制在線監(jiān)測系統(tǒng)框圖

如圖3所示，D為傳感器采集到的工作面當(dāng)前的瓦斯?jié)舛戎?，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。第一步，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(yùn)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(bào)警并停止工作面的運(yùn)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[5]。

表3 關(guān)鍵傳感器選型

圖3 PLC控制流程圖

4 結(jié)語

PLC（可編程控制器）是實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的核心控制器。PLC在礦井通風(fēng)集中控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可從一定程度上提升工作面的自動化程度，更重要的是PLC提高通風(fēng)集中控制系統(tǒng)的控制精度，達(dá)到節(jié)能減排的效果。此外，PLC在礦井通風(fēng)集中控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，還能夠?yàn)槠涮砑酉鄳?yīng)的通信模塊，增加其輸出模塊，可實(shí)現(xiàn)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)?？偟膩碚f，PLC在礦井通風(fēng)集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用可從根本上提升綜采工作面的工作效率，降低工作面的運(yùn)行成本，在實(shí)際生產(chǎn)中具有一定的推廣價值。