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1、煤礦風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 煤礦風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 2019/08/25 摘要：為促進(jìn)煤礦風(fēng)機(jī)節(jié)能增效，設(shè)計(jì)以PLC為基礎(chǔ)的煤礦風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，介紹該自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與基本工作原理，并對(duì)系統(tǒng)的硬件部分及軟件部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，以期通過(guò)應(yīng)用煤礦風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)能科學(xué)、合理地控制煤礦風(fēng)機(jī)，在保障礦井安全生產(chǎn)的前提下，有效降低礦井通風(fēng)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：煤礦風(fēng)機(jī)；控制系統(tǒng)；自動(dòng)化；PLC 引言

2、在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)設(shè)備主要應(yīng)用到煤炭鍋爐的燃燒以及冷卻系統(tǒng)，同時(shí)還可以應(yīng)用到各個(gè)不同的通風(fēng)除塵系統(tǒng)當(dāng)中，它的主要作用是調(diào)節(jié)風(fēng)門的大小以及擋板的開合程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。在實(shí)際的工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)的持續(xù)運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的精度，這樣就會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)以及設(shè)備的過(guò)度消耗。但隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)節(jié)能的概念越來(lái)越深，于是增加了對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提升的要求，尤其是在編程器還有變頻器的控制使用方面，要求其必須能夠簡(jiǎn)單操作，同時(shí)還具備維護(hù)方便的特點(diǎn)，這樣就能提高生產(chǎn)過(guò)程的精度控制。借助于可編程的PLC控制器以及變頻器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，這樣有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)方案的成本預(yù)測(cè)與控制，可以有效地降低能源消耗，進(jìn)而不

3、僅可以給公司帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，而且可以帶來(lái)社會(huì)效益[1]。 1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 1.1系統(tǒng)要求 為了PLC編碼器控制下的自動(dòng)化煤礦風(fēng)機(jī)系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)較為復(fù)雜的工作環(huán)境，就要求系統(tǒng)具備相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性以及安全性；同時(shí)為了更好的實(shí)現(xiàn)工廠作業(yè)的控制，就需要整個(gè)的控制系統(tǒng)可以很好的進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)；控制系統(tǒng)還要求具備良好的操作環(huán)境以及多方面擴(kuò)展的外部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；為了保證工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)能夠很好的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，就需要工業(yè)操作現(xiàn)場(chǎng)提供一定的網(wǎng)絡(luò)連接接口；工廠需要具備報(bào)警提醒裝置，能夠在異常狀況下及時(shí)提醒工作人員[2]。針對(duì)當(dāng)前的煤礦風(fēng)機(jī)管理人員的操作大多采用人力

4、控制以及廠區(qū)內(nèi)部自動(dòng)化水平較低的狀況，需要對(duì)排水泵的控制系統(tǒng)進(jìn)行有目的的設(shè)計(jì)，主要從幾個(gè)方面入手實(shí)現(xiàn)既定的目標(biāo)：（1）實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的系統(tǒng)化控制，控制的方式主要有3種，分別是手動(dòng)、自動(dòng)以及半自動(dòng)方式；（2）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我保護(hù)功能，這一系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)需要各個(gè)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障的診斷，可以實(shí)現(xiàn)電流以及電壓的，同時(shí)還包括電機(jī)的溫度跟軸承的溫度等各個(gè)有關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)部分出現(xiàn)任何的差錯(cuò)時(shí)就會(huì)立即做出判斷，進(jìn)行報(bào)警提醒操作人員，同時(shí)還能立刻做出停止運(yùn)行的動(dòng)作；（3）系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)各個(gè)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，通過(guò)簡(jiǎn)單可行的人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的流量以及排水管的流量、壓力，同時(shí)還有水泵的軸承溫度等進(jìn)行

5、監(jiān)控，故障發(fā)生就會(huì)立即做出反應(yīng)同時(shí)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)；（4）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控通訊，使用光纜或者信號(hào)交換設(shè)備等硬件來(lái)連接井下的PLC編程控制器以及井上的工控機(jī)，建立網(wǎng)絡(luò)化的控制平臺(tái)，這樣能夠進(jìn)行控制、顯示參數(shù)以及記錄信息[3]。 1.2基本工作原理 風(fēng)機(jī)的風(fēng)量控制一般都是通過(guò)具體的環(huán)境以及所需的輸出風(fēng)量決定，同時(shí)需要將風(fēng)量相關(guān)參數(shù)維持在一定的水平上，從而確保實(shí)際的工作需求，這樣還能有效避免電動(dòng)機(jī)的電能過(guò)度消耗。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，基于這樣的目的而進(jìn)行PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的煤礦風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)選用閉環(huán)形式的控制方式，借助于各種傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度以及其他各種數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，然后將

6、所得信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，借助于數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)將信號(hào)傳遞，利用編程器與數(shù)字信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，之后利用數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)得到模擬信號(hào)的輸出，風(fēng)機(jī)的各種參數(shù)同時(shí)受到控制器的影響，這樣就能實(shí)現(xiàn)車間溫度的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控以及控制[4]。 2基于PLC的煤礦風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1.1可編程控制器系統(tǒng)中的主要控制功能設(shè)備就是可編程控制器，這一設(shè)備很好地結(jié)合了松下電器的系列性產(chǎn)品以及實(shí)際的工作需求。這一系列的編程器具備良好的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)高速計(jì)數(shù)以及雙路的輸出脈沖等?？刂破髯鳛楠?dú)立的模塊很好地實(shí)現(xiàn)了電源的集成以及處理器的集成，這一控制器不僅能夠單獨(dú)發(fā)揮效果，同

7、時(shí)還能實(shí)現(xiàn)組合的擴(kuò)展應(yīng)用，但所擴(kuò)展的模塊數(shù)量必須低于3個(gè)。I/0接受數(shù)點(diǎn)從原來(lái)的10個(gè)增加到現(xiàn)在的128個(gè)點(diǎn)，然而在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)際的工作需求進(jìn)行選定。主機(jī)模塊同時(shí)還具備多種特定的擴(kuò)展接口，可以進(jìn)行特定的連接[5]。該方案采用的擴(kuò)展單元是FPOE16，主單元設(shè)置為FPOC32。在構(gòu)成方面，擴(kuò)展模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及主控制模塊共同構(gòu)成了編程控制器，在接口數(shù)量方面輸入與輸出有19個(gè)以及20個(gè)接口，對(duì)于I/0接口而言，應(yīng)該盡量少的使用那些具有特殊功能的接口，這樣就能滿足后期系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展的需要。同時(shí)為了保證系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，需要在常規(guī)狀態(tài)下能夠使用手動(dòng)以及自動(dòng)兩種控制模式，這就需要

8、編寫不同的程序，與自動(dòng)控制所使用的程序相比，這種控制方法主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：（1）系統(tǒng)自動(dòng)程序出現(xiàn)故障時(shí)可以立即使用手動(dòng)控制程序，這樣就能確?？刂破魇冀K處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)之下；（2）當(dāng)在系統(tǒng)的正常工作過(guò)程中出現(xiàn)任何的設(shè)備故障時(shí)，比如說(shuō)電機(jī)發(fā)生故障，此時(shí)就能采取手動(dòng)的控制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停止，然后使用正常電機(jī)進(jìn)行替換，這樣也能確保系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行；（3）當(dāng)整個(gè)的設(shè)備系統(tǒng)安裝完畢后需要對(duì)有關(guān)的設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，對(duì)各個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)行工作狀況進(jìn)行檢查[6]。 2.1.2溫度傳感器為了將礦井溫度信息及時(shí)進(jìn)行傳送就需要按照既定的方案進(jìn)行傳感器的安裝以及測(cè)試，然后將測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行適

9、當(dāng)變換之后與既定數(shù)據(jù)對(duì)比，正是因?yàn)樽冾l器決定了風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以需要確保車間內(nèi)的溫度與要求的溫度相一致。其中使用的型號(hào)為KA1-KA6的繼電器以及型號(hào)為KM1-KM6的接觸器相關(guān)的連接線路，如圖1所示。根據(jù)實(shí)際狀況選擇較為常用的熱電偶溫度傳感器，將其連接到目標(biāo)對(duì)象，正是因?yàn)闊犭娕嫉幕A(chǔ)特性使得測(cè)試的結(jié)果不會(huì)受到介質(zhì)的影響，測(cè)試的結(jié)果一般較為準(zhǔn)確。同時(shí)，溫度的測(cè)試過(guò)程中會(huì)伴隨著熱電勢(shì)的變化，控制器就能對(duì)電勢(shì)的變化進(jìn)行處理，這樣就能獲取到目標(biāo)溫度值[7]。 2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 2.2.1可編程控制器程序設(shè)計(jì)在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，主要的運(yùn)行方式有遠(yuǎn)程控制、手動(dòng)控制、自動(dòng)化的

10、工作頻率控制以及自動(dòng)化的恒溫控制。最重要的便是自動(dòng)化的恒溫控制方式。此處的自動(dòng)化恒溫控制側(cè)重于變頻形式，具體運(yùn)行過(guò)程需要借助于控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制?？刂破鞯闹饕獌?nèi)容是實(shí)現(xiàn)恒溫狀況下的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制；常規(guī)狀況下一般不采用自動(dòng)形式的工頻運(yùn)行，這種運(yùn)行方式僅在特定的狀況下使用，特指變頻器發(fā)生故障時(shí)使用，同時(shí)為了確保溫度能夠維持在某一水平下，然后對(duì)運(yùn)行電機(jī)的數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)形式的工頻運(yùn)行目標(biāo)；在遠(yuǎn)程的控制方面，側(cè)重于計(jì)算機(jī)控制下以及控制器控制下的信息傳送，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)中的電機(jī)遠(yuǎn)程控制，在具體的運(yùn)行過(guò)程中，這一控制方式主要起著輔助性的作用；在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)控制主要指通過(guò)按鈕

11、等形式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行控制，這種控制方式更多的借助于電氣線路，這種控制方式一般不使用，只有在系統(tǒng)檢修以及控制器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)使用。此處的可編程控制器主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)信息的接受以及處理，然后根據(jù)接收到的信號(hào)對(duì)接觸器以及變頻器等設(shè)備進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的有效控制。有關(guān)變頻的線路如圖2所示。 2.2.2程序梯形圖在進(jìn)行程序框圖的設(shè)計(jì)過(guò)程中大致從4個(gè)運(yùn)行方式進(jìn)行具體的程序設(shè)計(jì)。（1）系統(tǒng)的啟動(dòng)以及停止程序。該程序的目的是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行以及結(jié)束，通過(guò)啟動(dòng)鍵實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，通過(guò)停止鍵實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的停止。（2）模擬量的輸入。在煤礦風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程

12、中使用了2個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)了不同點(diǎn)處溫度測(cè)試，自然也就需要對(duì)溫度模擬量的讀取。（3）程序的比較。獲取到2處不同的溫度數(shù)值之后取到平均值，然后將平均值與設(shè)定值對(duì)比，若二者不同就需要進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。（4）模擬量的輸出。經(jīng)過(guò)計(jì)算之后將數(shù)據(jù)信息輸送到變頻器，之后根據(jù)獲取到的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)[8]。 3結(jié)束語(yǔ) 從系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)以及工作原理分析、硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)幾個(gè)角度對(duì)煤礦系統(tǒng)的分級(jí)控制進(jìn)行細(xì)致全面的分析。借助于控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)以及控制。該系統(tǒng)使用編程器實(shí)現(xiàn)手動(dòng)以及自動(dòng)兩種形式的控制方式，這樣不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還能確保在線路出

13、現(xiàn)狀況時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)，采用手動(dòng)控制方式實(shí)現(xiàn)實(shí)際工作過(guò)程的順利實(shí)現(xiàn)。 參考文獻(xiàn)： ［1］王凱.煤礦壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用初探［J］.山東煤炭科技，2017（09）：31-32. ［2］郭玉茂.基于PLC的無(wú)接觸式風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)研究［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（03）：45-47. ［3］呂瑞騰，查守華.基于PLC的煤礦壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2017（17）：11-13. ［4］張喜萍.煤礦壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］.中州煤炭，2016（12）：33-35. ［5］程輝，戴曙光.風(fēng)機(jī)風(fēng)量自動(dòng)控制方法研究［J］.數(shù)據(jù)通信，2014（06）：77-79. ［6］槐利，譚一川，程玉龍.基于PLC的煤礦壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)［J］.工礦自動(dòng)化，2012（04）：81-83. ［7］唐良義，高嵩，楊水林，劉志海，羅毅翔.煤礦風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2010（04）：77-79. ［8］黃智英.基于單片機(jī)技術(shù)的礦井風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（12）：44-46.