工作面通風機集中控制系統的設計

劉慶寶

（山西寧武大運華盛能源集團有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

通風系統是保障綜采工作面安全生產的基礎，其主要為工作面輸送新鮮空氣，降低工作面粉塵濃度等。為保證通風系統的自動化水平能夠與綜采工作面其他分系統的自動化水平相匹配，實現工作面通風機的集中控制是非常有必要的。本文著重設計一款可應用于實際生產中的通風機集中控制系統。

1 通風機集中控制系統總體設計方案

某礦所采用的通風方式為機械通風，根據工作面生產需求為其配置兩臺互為備用通風機，且通風機為抽出式軸流通風機，具體型號為AGF606-3.0-1.58-2，其主要技術參數如表1所示[1-2]。

表1 AGF606-3.0-1.58-2通風機主要技術參數

為保證通風機集中控制系統能夠實現對工作面通風機的精確、節能控制，要求集中控制系統滿足如下要求：

1）在保證工作面需風量的基礎上，盡可能降低通風機的能耗；

2）要求通風機系統將高低壓配電、變頻調速以及遠程監控等功能有機結合；

3）集中控制系統除了實現通風機運行狀態控制外，還可對通風系統中冷卻風機、潤滑站等裝置進行控制[3]；

4）可實現對工作面兩臺通風機切換運行的控制，并實時監測通風機的運行狀態，并將所監測到的數據上傳進行顯示并存儲；當通風機出現故障時，做出停機或者報警等對應操作。

基于一體化冗余控制原則，設計如圖1所示的通風機集中控制方案。

圖1 通風機集中控制的總體方案設計

2 集中控制系統的硬件設計

2.1 變頻器的選型

變頻器作為該系統的執行機構，其性能直接決定最終對通風機風量及風速的調節效果。綜合分析通風機工作特點及電壓功率因素、電壓波形等，且為實現較寬的調速范圍，本文所選型變頻器的型號為5HK62-5B。

2.2 PL控制器的選型與配置

根據通風控制系統的控制要求，本控制系統采用S7-400HPLCCPU224為控制核心。該控制器的擁有14個輸入接口，10個輸出接口。為了進一步豐富該控制系統的功能，擴展了一個模擬輸入模塊和一個數字量輸出模塊。模擬輸入模塊的主要功能是實現采集信號的數模轉換；數字量輸出模塊的功能是增加系統的輸出點[4]。

為了保證通風控制系統的穩定性，對控制系統的輸入輸出等數量進行統計，統計結果如下頁表2所示。

經過統計分析后，將PLC的輸入輸出接口與外部設備一一相連，PLC各個地址分配結果下：PLC的I0.0～I0.3分別與1號、2號風機的各個電機相對應；I0.4～I0.5與1號、2號風機的控制開關相對應；I1.0與設備的消音開關相對應；I1.1～I1.2分別與手動開關和自動開關相對應；I1.3與停機按鈕對應；I2.0～I2.1分別與氣壓信號和瓦斯信號對應。Q0.0為故障顯示接口；Q0.1～I0.2分別與中高壓、低壓氣壓顯示相對應；報警接口為Q0.3；Q0.4～I0.5分別與四個繼電器對應；Q1.0～I1.1分別與1號風機的兩個電機工作狀態顯示對應；Q2.0～I2.1分別與2號風機的兩個電機工作狀態顯示對應；Q2.2與手動工作狀態的顯示相對應；Q2.3與自動工作狀態的顯示相對應；Q2.4與瓦斯濃度值相對應。

表2 PLC通風控制系統的輸入輸出量統計表

2.3 集中控制系統關鍵傳感器的選型

通風機集中控制除了完成基礎的控制功能外，還能增加系統自動化水平和智能化水平，為集中控制系統配置通風機及環境的在線監測系統。集中控制系統的在線監測方案如圖2所示。

如圖2所示，用戶可通過觸摸屏或者工控機獲取工作面通風機的運行參數、供電系統參數以及輔助設備的運行狀態參數。上述功能實現的基礎為在工作面配置對應的功能傳感器，本集中控制系統關鍵傳感器的選型如表3所示。

3 通風機集中控制系統的軟件設計

該通風控制系統采用順序控制的策略。通常，PLC的控制程序一般表達方式為梯形圖。經過對本控制系統的關鍵控制因素進行研究，得出本控制系統的控制流程圖如圖3所示。

圖2 集中控制在線監測系統框圖

如圖3所示，D為傳感器采集到的工作面當前的瓦斯濃度值，D0為系統設定的瓦斯濃度值；F1為傳感器采集到的工作面的氣壓值，F2為系統設定的工作面氣壓值。第一步，當工作人員按下啟動按鈕后，PLC先對系統進行自檢，如果系統此時為手動模式，即對通風系統進行手動控制；反之，通風控制系統自動運行。第二步，系統對采集到的工作面的濃度值進行分析，若其大于系統設定的濃度值，則發出報警并停止工作面的運行；第三步，系統對采集到工作面的氣壓值進行判斷，若其大于系統設定氣壓值，此時通風機進入輪休的工作狀態；否則兩臺通風機同時工作[5]。

表3 關鍵傳感器選型

圖3 PLC控制流程圖

4 結語

PLC（可編程控制器）是實現礦井通風控制系統的核心控制器。PLC在礦井通風集中控制系統中的應用可從一定程度上提升工作面的自動化程度，更重要的是PLC提高通風集中控制系統的控制精度，達到節能減排的效果。此外，PLC在礦井通風集中控制系統中的應用，還能夠為其添加相應的通信模塊，增加其輸出模塊，可實現對通風系統的集散式控制，從而可以監控遠程設備的工作狀態。總的來說，PLC在礦井通風集中控制系統的應用可從根本上提升綜采工作面的工作效率，降低工作面的運行成本，在實際生產中具有一定的推廣價值。