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1、煤礦風(fēng)機自動控制系統(tǒng)設(shè)計研究 煤礦風(fēng)機自動控制系統(tǒng)設(shè)計研究 2019/08/25 摘要：為促進煤礦風(fēng)機節(jié)能增效，設(shè)計以PLC為基礎(chǔ)的煤礦風(fēng)機自動控制系統(tǒng)，介紹該自動控制系統(tǒng)的設(shè)計要求與基本工作原理，并對系統(tǒng)的硬件部分及軟件部分進行了詳細(xì)設(shè)計，以期通過應(yīng)用煤礦風(fēng)機自動控制系統(tǒng)能科學(xué)、合理地控制煤礦風(fēng)機，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)濟效益。 關(guān)鍵詞：煤礦風(fēng)機；控制系統(tǒng)；自動化；PLC 引言

2、在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，風(fēng)機設(shè)備主要應(yīng)用到煤炭鍋爐的燃燒以及冷卻系統(tǒng)，同時還可以應(yīng)用到各個不同的通風(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，進而實現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。在實際的工作過程中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機的持續(xù)運行會嚴(yán)重影響到整個控制系統(tǒng)的精度，這樣就會導(dǎo)致資源的浪費以及設(shè)備的過度消耗。但隨著工業(yè)生產(chǎn)對節(jié)能的概念越來越深，于是增加了對產(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，要求其必須能夠簡單操作，同時還具備維護方便的特點，這樣就能提高生產(chǎn)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(xiàn)系統(tǒng)的控制，這樣有助于實現(xiàn)對整個方案的成本預(yù)測與控制，可以有效地降低能源消耗，進而不

3、僅可以給公司帶來經(jīng)濟效益，而且可以帶來社會效益[1]。 1系統(tǒng)整體設(shè)計方案 1.1系統(tǒng)要求 為了PLC編碼器控制下的自動化煤礦風(fēng)機系統(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；同時為了更好的實現(xiàn)工廠作業(yè)的控制，就需要整個的控制系統(tǒng)可以很好的進行及時響應(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)能夠很好的實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控，就需要工業(yè)操作現(xiàn)場提供一定的網(wǎng)絡(luò)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(dāng)前的煤礦風(fēng)機管理人員的操作大多采用人力

4、控制以及廠區(qū)內(nèi)部自動化水平較低的狀況，需要對排水泵的控制系統(tǒng)進行有目的的設(shè)計，主要從幾個方面入手實現(xiàn)既定的目標(biāo)：（1）實現(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、自動以及半自動方式；（2）實現(xiàn)系統(tǒng)的自我保護功能，這一系統(tǒng)的功能實現(xiàn)需要各個控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障的診斷，可以實現(xiàn)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(guān)參數(shù)的實時監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測部分出現(xiàn)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(tǒng)內(nèi)部對各個信息數(shù)據(jù)的實時顯示，通過簡單可行的人機交互界面實現(xiàn)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

5、監(jiān)控，故障發(fā)生就會立即做出反應(yīng)同時顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)；（4）實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控通訊，使用光纜或者信號交換設(shè)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(wǎng)絡(luò)化的控制平臺，這樣能夠進行控制、顯示參數(shù)以及記錄信息[3]。 1.2基本工作原理 風(fēng)機的風(fēng)量控制一般都是通過具體的環(huán)境以及所需的輸出風(fēng)量決定，同時需要將風(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(xiàn)這一目標(biāo)，基于這樣的目的而進行PLC自動控制系統(tǒng)的煤礦風(fēng)機系統(tǒng)設(shè)計，同時選用閉環(huán)形式的控制方式，借助于各種傳感器實現(xiàn)對現(xiàn)場的溫度以及其他各種數(shù)據(jù)的監(jiān)測，然后將

6、所得信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，借助于數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)將信號傳遞，利用編程器與數(shù)字信號進行對比，之后利用數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)得到模擬信號的輸出，風(fēng)機的各種參數(shù)同時受到控制器的影響，這樣就能實現(xiàn)車間溫度的現(xiàn)場監(jiān)控以及控制[4]。 2基于PLC的煤礦風(fēng)機自控系統(tǒng)設(shè)計 2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計 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)高速計數(shù)以及雙路的輸出脈沖等?？刂破髯鳛楠毩⒌哪K很好地實現(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發(fā)揮效果，同

7、時還能實現(xiàn)組合的擴展應(yīng)用，但所擴展的模塊數(shù)量必須低于3個。I/0接受數(shù)點從原來的10個增加到現(xiàn)在的128個點，然而在實際的應(yīng)用過程中需要根據(jù)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(shè)置為FPOC32。在構(gòu)成方面，擴展模塊、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個以及20個接口，對于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)進一步擴展的需要。同時為了保證系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運行，需要在常規(guī)狀態(tài)下能夠使用手動以及自動兩種控制模式，這就需要

8、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(yōu)勢：（1）系統(tǒng)自動程序出現(xiàn)故障時可以立即使用手動控制程序，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)的正常工作過程中出現(xiàn)任何的設(shè)備故障時，比如說電機發(fā)生故障，此時就能采取手動的控制方式實現(xiàn)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(tǒng)的正常穩(wěn)定運行；（3）當(dāng)整個的設(shè)備系統(tǒng)安裝完畢后需要對有關(guān)的設(shè)備進行運行調(diào)試，對各個設(shè)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(shù)據(jù)結(jié)果進行適

9、當(dāng)變換之后與既定數(shù)據(jù)對比，正是因為變頻器決定了風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，所以需要確保車間內(nèi)的溫度與要求的溫度相一致。其中使用的型號為KA1-KA6的繼電器以及型號為KM1-KM6的接觸器相關(guān)的連接線路，如圖1所示。根據(jù)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(biāo)對象，正是因為熱電偶的基礎(chǔ)特性使得測試的結(jié)果不會受到介質(zhì)的影響，測試的結(jié)果一般較為準(zhǔn)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(biāo)溫度值[7]。 2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計 2.2.1可編程控制器程序設(shè)計在風(fēng)機控制系統(tǒng)中，主要的運行方式有遠(yuǎn)程控制、手動控制、自動化的

10、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(cè)重于變頻形式，具體運行過程需要借助于控制器實現(xiàn)對變頻器的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)溫度的自動控制。控制器的主要內(nèi)容是實現(xiàn)恒溫狀況下的風(fēng)機系統(tǒng)控制；常規(guī)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(fā)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(shù)量進行調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)自動形式的工頻運行目標(biāo)；在遠(yuǎn)程的控制方面，側(cè)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(xiàn)風(fēng)機中的電機遠(yuǎn)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(xiàn)場實現(xiàn)控制主要指通過按鈕

11、等形式實現(xiàn)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(tǒng)檢修以及控制器出現(xiàn)問題時使用。此處的可編程控制器主要任務(wù)是實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)信息的接受以及處理，然后根據(jù)接收到的信號對接觸器以及變頻器等設(shè)備進行控制調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對風(fēng)機電機的控制，從而實現(xiàn)對溫度的有效控制。有關(guān)變頻的線路如圖2所示。 2.2.2程序梯形圖在進行程序框圖的設(shè)計過程中大致從4個運行方式進行具體的程序設(shè)計。（1）系統(tǒng)的啟動以及停止程序。該程序的目的是實現(xiàn)系統(tǒng)的運行以及結(jié)束，通過啟動鍵實現(xiàn)控制系統(tǒng)的運行，通過停止鍵實現(xiàn)控制系統(tǒng)的停止。（2）模擬量的輸入。在煤礦風(fēng)機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程

12、中使用了2個傳感器實現(xiàn)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(shù)值之后取到平均值，然后將平均值與設(shè)定值對比，若二者不同就需要進行控制調(diào)節(jié)。（4）模擬量的輸出。經(jīng)過計算之后將數(shù)據(jù)信息輸送到變頻器，之后根據(jù)獲取到的信息進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)[8]。 3結(jié)束語 從系統(tǒng)整體設(shè)計以及工作原理分析、硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計幾個角度對煤礦系統(tǒng)的分級控制進行細(xì)致全面的分析。借助于控制器實現(xiàn)對變頻器的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對風(fēng)機的速度調(diào)節(jié)以及控制。該系統(tǒng)使用編程器實現(xiàn)手動以及自動兩種形式的控制方式，這樣不僅能實現(xiàn)自動控制過程的實現(xiàn)，同時還能確保在線路出

13、現(xiàn)狀況時及時做出反應(yīng)，采用手動控制方式實現(xiàn)實際工作過程的順利實現(xiàn)。 參考文獻： ［1］王凱.煤礦壓風(fēng)機自動控制系統(tǒng)應(yīng)用初探［J］.山東煤炭科技，2017（09）：31-32. ［2］郭玉茂.基于PLC的無接觸式風(fēng)機自動控制系統(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)機自動控制系統(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)機自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］.中州煤炭，2016（12）：33-35. ［5］程輝，戴曙光.風(fēng)機風(fēng)量自動控制方法研究［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)機自動控制系統(tǒng)［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(fēng)機運轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測與自動控制［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2010（04）：77-79. ［8］黃智英.基于單片機技術(shù)的礦井風(fēng)機自控系統(tǒng)設(shè)計［J］.內(nèi)燃機與配件，2018（12）：44-46.