针对煤矿风机自动化控制系统的设计

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系统以工业控制PLC为核心,主要由信号测取装置和传感（变送）器、上位机及通讯装置及其他设备组成.采用了先进的计算机技术,功能强大,智能化程度高保证了风机的安全,高效、稳定运行.可以对各种影响安全生产的情况实现及时报警.

plc、变频器、离心风机、自动控制

【中图分类号】TD63+5文献标识码：B文章编号：1673-8005（2013）02-0030-01

1.引言

煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分,煤矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环境条件、生产效率、安全生产密切相关.随着我国政府对各行各业安全生产监管力度的不断加强,尤其对煤矿安全生产的要求越来越高,对煤矿矿井通风系统进行技术改造,提高其运行稳定性、可靠性、节能降耗等势在必行.

2系统的总体设计

本论文设计的风机控制系统主要是风机风量的调节中引入变频器对风机风速的调节,据所需风量和风压大小通过变频器来调节风机的转速在节能和提高风机效率方面优点突出；系统采用PLC和变频器与空气压力变送器配合使用,使系统控制的安全性、可靠性大大提高,也使风机运行的故障率大大降低,不仅节约了电能,而且还提高了设备的运转率.为满足矿井通风系统自动控制的要求,系统的具体设计要求如下：

2.1本系统提供手动/自动两种工作模式,具有状态显示以及故障报警等功能.

2.2模拟量压力输入经PID运算,输出模拟量控制变频器.

2.3在自动方式下,当井下压力低于设定压力下限时,两组风机将同时投入工作运行,同时并发出指示和报警信号.

2.4模拟量瓦斯输入,当矿井瓦斯浓度大于设定报警上限时,发出指示和报警.当瓦斯浓度大于设定断电上限时,PLC将切断工作面和风机组电源,防止瓦斯爆炸.

2.5运用温度传感器测定风机组定子温度或轴承温度,当定子温度或轴承温度超过设定报警上线时,发出指示和报警信号.当定子温度或轴承温度超过设定风机组转换温度界线时,PLC将切断指示和报警信号并自动切断当前运行风机组,在自动方式下并能自动接入另一台风机组运行,若在手动方式下,工作人员手动切换.

2.6为防止离心风机的疲劳运行,在任何状态下,风机在累计运行设定时间后都会自动切换至另一台风机组运行.

2.6.1硬件组成

本系统的硬件电路由4台电动机,一台智能型电控柜（包括西门子变频器、PLC、交流接触器、继电器等）,一套压力传感器、断相相序保护装置以及供电主回路等构成.该系统的核心是S7-200（CPU224）和MICROMASTER440.MICROMASTER440是泵和风机类专用变频器,扩展功能强.CPU224集成了14点输入10点输出,共有24点数字量I/0,其模拟量扩展模块具有较大的适应性和灵活性,且安装方便,满足设计需要.

2.6.2系统控制电路

PLC输出软继电器触点Q0.0,Q0.2,Q0.4,Q0.6控制变频运行电路；Q0.1、Q0.3、Q0.5、Q0.7控制工频运行电路.SA为转换开关,实现手动、自动控制切换.当SA切在手动位时,通过SB1～SB4按钮分别起动4台水泵工频运行,SB5～SB8按钮分别停止4台离心风机工频运行.当SA在自动位时,由PLC控制水泵进行变频或工频状态的起动、切换、停止运行,实现了系统的自由切换和工作状态的灵活选择.

2.6.LC及变频器控制模块电路

PLC及变频器控制模块是本系统的核心,它包括时间控制电路、故障报警保护电路、断相相序保护电路.

2.6.4软件设计

该系统除部分为顺序控制外,从总体上来看具有随机离散控制的特点.流程图如下图所示.设定由瓦斯浓度传感器传送来的瓦斯浓度值为D,用户设定不能超过的瓦斯浓度值为D0,气压传感器传来的压力为F1,用户要求的矿井内气压值为F2.

PLC控制系统具有对通风机的电动机启动与运行,进行监控、联锁和过热保护等功能.PLC与空气压力变送器配合使用,使系统控制的安全性、可靠性大大提高,也使通风机运行的故障率大大降低,提高了设备的运转率.

为满足煤矿矿井通风系统自动控制的要求,设计如下的控制方案：本系统提供手动/自动两种工作模式,具有现场控制方式、状态显示以及故障报警等功能.

在手动方式下,通风机通过开关进行控制,不受矿井内气压的影响.为防止通风机疲劳运行,在任何状态下风机在累计运行设定时间后要切换至另一台风机运行.A组离心通风机与B组离心通风机可由二位开关转换.循环次数及定时时间可根据需要随机设定.报警信号均为声光形式,声报警（电笛）可用按钮解除,报警指示在故障排除后自动消失.

在自动方式下,利用远传空气压力传感器检测矿井内的气压信号,用变送器将现场信号变换成统一的标准信号（如4～20mA直流电流信号、0～5V直流电压信号等）,送入A/D转换模块进行模数转换,然后送入PLC,PLC将检测到的气压值与设定的气压值进行比较和处理,输出信号控制通风机工作.当矿井内的气压在一个大气压或在设定的某个大气压力数值以上,工作离心通风机与备用离心通风机循环工作；当出现突发事故,矿井内的气压低于设定的某个大气压力数值,工作离心通风机与备用离心通风机不再循环工作,并自动切换为同时工作,加大对矿井内的通风量,直至矿井内的气压升至设定的大气压力数值以上,工作通风机与备用离心通风机恢复循环工作.

3系统的控制效果

通风系统自动化控制提高了主扇风机设备的自动化管理水平,有力地保证了主扇风机设备的经济、可靠运行,为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据.在设计中以风机房为实施对象,有助于实现了风机房的无人值守自动化监控和管理的设计和改造.