煤礦風機自動控制系統設計研究范文

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摘要：為促進煤礦風機節能增效，設計以PLC為基礎的煤礦風機自動控制系統，介紹該自動控制系統的設計要求與基本工作原理，并對系統的硬件部分及軟件部分進行了詳細設計，以期通過應用煤礦風機自動控制系統能科學、合理地控制煤礦風機，在保障礦井安全生產的前提下，有效降低礦井通風成本，提高企業經濟效益。

關鍵詞：煤礦風機；控制系統；自動化；PLC

引言

在工業生產領域，風機設備主要應用到煤炭鍋爐的燃燒以及冷卻系統，同時還可以應用到各個不同的通風除塵系統當中，它的主要作用是調節風門的大小以及擋板的開合程度，進而實現風量的調節。在實際的工作過程中發現，風機的持續運行會嚴重影響到整個控制系統的精度，這樣就會導致資源的浪費以及設備的過度消耗。但隨著工業生產對節能的概念越來越深，于是增加了對產品質量提升的要求，尤其是在編程器還有變頻器的控制使用方面，要求其必須能夠簡單操作，同時還具備維護方便的特點，這樣就能提高生產過程的精度控制。借助于可編程的PLC控制器以及變頻器實現系統的控制，這樣有助于實現對整個方案的成本預測與控制，可以有效地降低能源消耗，進而不僅可以給公司帶來經濟效益，而且可以帶來社會效益[1]。

1系統整體設計方案

1.1系統要求

為了PLC編碼器控制下的自動化煤礦風機系統能夠更好地適應較為復雜的工作環境，就要求系統具備相當的穩定性以及安全性；同時為了更好的實現工廠作業的控制，就需要整個的控制系統可以很好的進行及時響應；控制系統還要求具備良好的操作環境以及多方面擴展的外部系統結構；為了保證工業生產系統能夠很好的實現生產過程的實時監控，就需要工業操作現場提供一定的網絡連接接口；工廠需要具備報警提醒裝置，能夠在異常狀況下及時提醒工作人員[2]。針對當前的煤礦風機管理人員的操作大多采用人力控制以及廠區內部自動化水平較低的狀況，需要對排水泵的控制系統進行有目的的設計，主要從幾個方面入手實現既定的目標：（1）實現工業生產的系統化控制，控制的方式主要有3種，分別是手動、自動以及半自動方式；（2）實現系統的自我保護功能，這一系統的功能實現需要各個控制系統能夠實現故障的診斷，可以實現電流以及電壓的，同時還包括電機的溫度跟軸承的溫度等各個有關參數的實時監控，當系統監測部分出現任何的差錯時就會立即做出判斷，進行報警提醒操作人員，同時還能立刻做出停止運行的動作；（3）系統內部對各個信息數據的實時顯示，通過簡單可行的人機交互界面實現對水泵的流量以及排水管的流量、壓力，同時還有水泵的軸承溫度等進行監控，故障發生就會立即做出反應同時顯示當前數據；（4）實現遠程監控通訊，使用光纜或者信號交換設備等硬件來連接井下的PLC編程控制器以及井上的工控機，建立網絡化的控制平臺，這樣能夠進行控制、顯示參數以及記錄信息[3]。

1.2基本工作原理

風機的風量控制一般都是通過具體的環境以及所需的輸出風量決定，同時需要將風量相關參數維持在一定的水平上，從而確保實際的工作需求，這樣還能有效避免電動機的電能過度消耗。為了實現這一目標，基于這樣的目的而進行PLC自動控制系統的煤礦風機系統設計，同時選用閉環形式的控制方式，借助于各種傳感器實現對現場的溫度以及其他各種數據的監測，然后將所得信號轉化為模擬信號，借助于數模轉換技術將信號傳遞，利用編程器與數字信號進行對比，之后利用數模轉換技術得到模擬信號的輸出，風機的各種參數同時受到控制器的影響，這樣就能實現車間溫度的現場監控以及控制[4]。

2基于PLC的煤礦風機自控系統設計

2.1系統硬件設計

2.1.1可編程控制器系統中的主要控制功能設備就是可編程控制器，這一設備很好地結合了松下電器的系列性產品以及實際的工作需求。這一系列的編程器具備良好的功能，能夠實現高速計數以及雙路的輸出脈沖等。控制器作為獨立的模塊很好地實現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發揮效果，同時還能實現組合的擴展應用，但所擴展的模塊數量必須低于3個。I/0接受數點從原來的10個增加到現在的128個點，然而在實際的應用過程中需要根據實際的工作需求進行選定。主機模塊同時還具備多種特定的擴展接口，可以進行特定的連接[5]。該方案采用的擴展單元是FPOE16，主單元設置為FPOC32。在構成方面，擴展模塊、數模轉換模塊以及主控制模塊共同構成了編程控制器，在接口數量方面輸入與輸出有19個以及20個接口，對于I/0接口而言，應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進一步擴展的需要。同時為了保證系統能夠安全穩定的運行，需要在常規狀態下能夠使用手動以及自動兩種控制模式，這就需要編寫不同的程序，與自動控制所使用的程序相比，這種控制方法主要有以下幾個方面的優勢：（1）系統自動程序出現故障時可以立即使用手動控制程序，這樣就能確保控制器始終處于穩定的工作狀態之下；（2）當在系統的正常工作過程中出現任何的設備故障時，比如說電機發生故障，此時就能采取手動的控制方式實現電機的停止，然后使用正常電機進行替換，這樣也能確保系統的正常穩定運行；（3）當整個的設備系統安裝完畢后需要對有關的設備進行運行調試，對各個設備的正常運行工作狀況進行檢查[6]。

2.1.2溫度傳感器為了將礦井溫度信息及時進行傳送就需要按照既定的方案進行傳感器的安裝以及測試，然后將測試的數據結果進行適當變換之后與既定數據對比，正是因為變頻器決定了風機的轉速，所以需要確保車間內的溫度與要求的溫度相一致。其中使用的型號為KA1-KA6的繼電器以及型號為KM1-KM6的接觸器相關的連接線路，如圖1所示。根據實際狀況選擇較為常用的熱電偶溫度傳感器，將其連接到目標對象，正是因為熱電偶的基礎特性使得測試的結果不會受到介質的影響，測試的結果一般較為準確。同時，溫度的測試過程中會伴隨著熱電勢的變化，控制器就能對電勢的變化進行處理，這樣就能獲取到目標溫度值[7]。

2.2系統軟件設計

2.2.1可編程控制器程序設計在風機控制系統中，主要的運行方式有遠程控制、手動控制、自動化的工作頻率控制以及自動化的恒溫控制。最重要的便是自動化的恒溫控制方式。此處的自動化恒溫控制側重于變頻形式，具體運行過程需要借助于控制器實現對變頻器的調節，進而實現溫度的自動控制。控制器的主要內容是實現恒溫狀況下的風機系統控制；常規狀況下一般不采用自動形式的工頻運行，這種運行方式僅在特定的狀況下使用，特指變頻器發生故障時使用，同時為了確保溫度能夠維持在某一水平下，然后對運行電機的數量進行調節，進而實現自動形式的工頻運行目標；在遠程的控制方面，側重于計算機控制下以及控制器控制下的信息傳送，從而實現風機中的電機遠程控制，在具體的運行過程中，這一控制方式主要起著輔助性的作用；在現場實現控制主要指通過按鈕等形式實現對電機的運行控制，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，只有在系統檢修以及控制器出現問題時使用。此處的可編程控制器主要任務是實現溫度數據信息的接受以及處理，然后根據接收到的信號對接觸器以及變頻器等設備進行控制調節，進而實現對風機電機的控制，從而實現對溫度的有效控制。有關變頻的線路如圖2所示。

2.2.2程序梯形圖在進行程序框圖的設計過程中大致從4個運行方式進行具體的程序設計。（1）系統的啟動以及停止程序。該程序的目的是實現系統的運行以及結束，通過啟動鍵實現控制系統的運行，通過停止鍵實現控制系統的停止。（2）模擬量的輸入。在煤礦風機控制系統的設計過程中使用了2個傳感器實現了不同點處溫度測試，自然也就需要對溫度模擬量的讀取。（3）程序的比較。獲取到2處不同的溫度數值之后取到平均值，然后將平均值與設定值對比，若二者不同就需要進行控制調節。（4）模擬量的輸出。經過計算之后將數據信息輸送到變頻器，之后根據獲取到的信息進行轉速調節[8]。

3結束語

從系統整體設計以及工作原理分析、硬件設計以及軟件設計幾個角度對煤礦系統的分級控制進行細致全面的分析。借助于控制器實現對變頻器的調節，進而實現對風機的速度調節以及控制。該系統使用編程器實現手動以及自動兩種形式的控制方式，這樣不僅能實現自動控制過程的實現，同時還能確保在線路出現狀況時及時做出反應，采用手動控制方式實現實際工作過程的順利實現。

參考文獻：

［1］王凱.煤礦壓風機自動控制系統應用初探［J］.山東煤炭科技，2017（09）：31-32.

［2］郭玉茂.基于PLC的無接觸式風機自動控制系統研究［J］.數字技術與應用，2016（03）：45-47.

［3］呂瑞騰，查守華.基于PLC的煤礦壓風機自動控制系統研究與應用［J］.山東工業技術，2017（17）：11-13.

［4］張喜萍.煤礦壓風機自動控制系統的應用研究［J］.中州煤炭，2016（12）：33-35.

［5］程輝，戴曙光.風機風量自動控制方法研究［J］.數據通信，2014（06）：77-79.

［6］槐利，譚一川，程玉龍.基于PLC的煤礦壓風機自動控制系統［J］.工礦自動化，2012（04）：81-83.

［7］唐良義，高嵩，楊水林，劉志海，羅毅翔.煤礦風機運轉狀態監測與自動控制［J］.自動化技術與應用，2010（04）：77-79.

［8］黃智英.基于單片機技術的礦井風機自控系統設計［J］.內燃機與配件，2018（12）：44-46.

作者：王楊峰 單位：山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司