PLC在有色金屬礦井通風機控制系統中的應用

李 敏

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

有色金屬礦井通風控制系統是礦井通風系統正常工作的有效保障。隨著我國礦井技術的不斷發展，礦井作業強度不斷增加，礦井機械化程度不斷升級。本文主要將PLC與變頻器同時使用，提高礦井通風機工作時的效率以及穩定性，同時實現工作時的節能減排[1]。將PLC技術進行應用，同時可以對電機進行相關故障報警，進行電機故障保護以及自動斷電的，為礦井通風系統技術升級提供新的思路。

1 選用PLC技術的原因

（1）抗干擾性能優越，可靠性突出。PLC技術以集成電路技術為依托，可靠性突出，同時內部電路進行了抗干擾技術的升級，保證了PLC技術優越的抗干擾性能。同時，PLC技術自帶硬件故障檢測功能，可以技術進行故障診斷，對故障進行判定。并且PLC技術接受應用者進行程序編寫，升級外圍器件故障診斷升級[2]。PLC技術優越的抗干擾能力，為PLC技術被更多企業選用打下了更大的基礎，也是本次系統改進選用PLC技術的重要原因。

（2）產品種類多，功能齊全，選擇范圍較大。時至今日，PLC技術已經形成不同于初始誕生時功能單一，技術粗糙的全新產品及技術狀態，在產品上，PLC技術已經形成相對完善的產品體系，規模多樣，體系完善，可以滿足多種工業應用需求。在技術上，其數據運算能力優越，帶來了PLC技術在數控領域的領先地位。同時，隨著PLC技術的完善，PLC技術將在系統控制領域扮演更多重要角色。

（3）操作簡便，使用難度低。PLC接口簡單，是一款通用工業控制技算機，具有編程規范，簡便的特點，它采用梯形圖語言進行界面展示，與技術人員日常使用界面相似，方便了技術人員理解使用。

（4）設計程序少，容易進行系統設計、改進及維護。不同于以往技術中的接線邏輯，PLC采用存儲邏輯進行外部設備接線控制，設計程序少，更容易進行系統設計、改進及維護。同時，該技術相關程序接受改變，使用者可以主動進行生產過程改進，可以適應各種使用環境。

（5）降低設備重量，減小設備空間占比。相比傳統設備，PLC技術相關設備的使用，可以降低設備重量，減小設備空間占比，更具有環保的優勢。

（6）應用領域廣泛。隨著PLC技術的發展，PLC技術應用領域愈加廣泛。PLC技術已經廣泛應用于交通運輸，機械制造，石油等各領域。進行PLC技術應用與學習，可以為PLC技術使用打下基礎，為以后進行更多PLC技術應用做好準備。

PLC技術的優點很多，本次研究選用PLC技術在有色金屬礦井通風機控制系統進行研究。

2 系統功能設計以及系統相關方案

（1）系統的功能設計。在有色金屬礦井通風機控制系統設計時，應用PLC系統更加容易接線，高可靠性，低故障率，容易維修等優勢。PLC控制系統的應用極大地改善了通風系統自動化功率，有助于降低工作人員的工作強度。PLC技術配合空氣變聲器結合變頻器共同應用，可以提高系統控制的可靠程度以及安全程度，降低通風機組運行故障概率，節約能源，同時保證設備的運轉率滿足上述要求，本次系統設計如下：①本次系統設計操作時將自動以及手動兩種工作方式進行結合，使得系統同時可以進行故障警報以及狀態可視等能力。②對模擬量壓力，進行相關分析，借助PID，最終傳達出控制變頻器模擬量。③在進行自動控制運行模式時，考慮井下壓力，對比井下壓力與壓力值設定下限，覺得運轉風機組數量，以及是否發出指示或信號報警。④系統可以對瓦斯輸入進行模擬量計算，根據瓦斯濃度與設定值進行對比，同時根據對比情況，覺得相關工作是否終止，以及電影是否切斷，避免爆炸發生。⑤手動運行時可以防止風機組過多進行相關功能啟動，防止風機組因溫度處于臨界溫度條件過多自主啟動。

（2）系統結構及系統組成部分。通風控制系統主要包括斷路器，熱繼電器，溫度傳感器，變頻器，空氣壓力變送聲器等部分。其中通風機組包括兩臺通機組，一組通風機組包括兩臺電機，每臺電機包括一組扇片。兩種單片處于對旋狀態，一組用來吸風，一組用來增加供風，實現井下供風需求。根據井下風量判斷風機型號。本次設計參考風機組2×30KW，采用一臺西門子S7-200可編程控制器（PLC），空氣壓力變動器對閉環控制系統進行控制。相關結果中，溫度傳感器，瓦斯傳感器用來保護電機以及PLC，電機。硬件功能框架如下所示。

圖1 硬件系統結構組成過程

3 構成系統的硬件，以及構成硬件的相關用途

3.1 PLC可編程控制系統

（1）什么是PLC。PLC采用電子系統，遵循數字運算規律，是一種電子器件，出現于電氣電路中，進行電機控制。其本質是一類存儲器，可實現編程功能，對用戶操作，比如算數操作，順序控制操作等進行實現，可用來控制各種生產過程與機械過程。當下，PLLC技術與通風控制系統相關技術結合使用，已經成為推動礦井通風控制技術進步的新動力。

（2）PLC相關結構。PLC相關的主要結構如下圖，同時，PLC相關的主要部件介紹如下：

圖2 PLC相關結構流程

①存儲器：存儲器主要存儲系統相關軟件。PLC常用存儲器有EEPROM、EPROM、RAM等。②電源：PLC電源可以直接連上交流電壓為220V（1±10%）的交流電，以滿足外部設備使用需要。

3.2 傳感器

傳感器在控制系統中主要進行模擬量信號的儲存。傳感器主要對相關信號進行收集，將收集到的信號送到PLC輸入模塊，PLC輸入模塊對相關信號進行轉換。

3.3 變頻器

本次系統采用西門子全新一代標準變頻器MicroMaster440，采用矢量控制技術進行低速高轉矩輸出，動態特性更好，同時擴展能力極強，能夠充分滿足應用需求。

3.4 通風機組

本色系統采用KXJT型礦用通風機，根據瓦斯濃度值對通用機轉速進行調整，對通風量進行控制，同時這樣瓦斯量控制在一定范圍內，對瓦斯量進行快速有效的排放，保證瓦斯濃度相關安全。通風機組成。本款通風機風量大，噪聲小，效率極佳，通風機結構主要由人機操作界面，散熱器，隔爆箱體等單元組成。

4 軟件設計

（1）壓力控制部分。壓力控制系統主要控制操作由壓力決定，采用PID算法對壓力數據進行處理，PID是指微分、積分和比例。PID算法采用積分，可以更加精消除靜態誤差，為系統帶來更大的穩定性以及抗干擾性，改善系統動態響應速度，系統PID調節主要由微分項、積分項、比例項三部分構成，根據礦井內氣壓信號用變聲器將壓力信號進行轉換，變成直流電信號之后，進行模數轉換，變成二進制信號，本次設計主要采用PID參數設置的觸摸屏。

（2）瓦斯濃度控制。瓦特濃度控制是將瓦斯濃度信號轉變成電流信號，然后經EM235經內部轉換成PLC2進制信號，然后存儲至VD196。VD196存儲值與斷電瓦斯濃度上限進行比較，決定PLC電源，PLC內部情況，輸出情況，并切斷相關電源，發出報警以保證安全，在瓦斯抽放后，等瓦斯濃度再次小于濃度設定值，風機組不會重新進行工作運轉，必須瓦斯濃度VD196低于瓦斯濃度報警值上限，PLC才會繼續工作。

5 結語

綜上所述，本文主要研究了PLC在有色金屬礦井通風機控制系統中的應用。這種應用有助于提高礦井通風效率，同時實現機器運轉節能減排，也有助于保護驅動風機電機，及時進行故障報警，自動進行機械故障警報，根據瓦斯濃度準時斷電，是提高礦井通風系統節能的新方式。本文主要介紹了系統的功能設計，系統結構及系統組成部分。同時介紹了構成系統的硬件，以及構成硬件的相關用途。當前，礦井業仍是我國經濟發展的重要推動力，進行相關技術升級，推動礦井業發展是推動經濟發展的重要方式。進行PLC技術的相關應用，推動相關技術發展，對我國經濟更好發展有著重要意義。