PLC在煤矿风机自控系统中的应用探究

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【摘 要】本文对煤矿风机自控系统中plc的应用情况进行了分析，这一控制器能够对外界各种设备的状态信号进行采集，从而远程控制四台风机电机运行情况，并与上位机相互连通，对各台电机进行故障报警和处理以及启停控制。在煤矿风机自控系统中应用PLC后，不仅能够提高煤矿生产的效率，减少生产所需耗电量，而且有助于实现煤矿生产企业经济效益的提高。

【关键词】PLC；煤矿风机；自控系统

煤矿压风机的主要作用在于对矿井生产过程中的空气进行压缩，保持煤矿生产过程中具有较好的风动力。人工进行就地控制是压风机控制的主要方式，因而在压缩空气的供气质量上以及压风机的运行时间方面无法利用这一控制方法进行有效管理，而且，在日常的维护管理方面，压风机的使用和管理也存在较大的难度，且使用寿命有限。

1.煤矿风机自控系统的构造原理

煤矿风机具有需多台同时作业供风、用电量大等特征，因此，整个煤矿风机自控系统需要多台功率较大的电机。本文对煤矿风机自控系统进行了介绍，通过PLC实现四台电机高压风机的自动化远程控制。高压控制柜综合电量采集模块、温度传感器、风包排污管路电动阀、压力传感器、PLC主控制柜、开停传感器、调度室工控机等部件是煤矿压风机自动控制系统的主要组成部分。

1.1传感器部分

现场的实时物理量号采集工作是以现场传感器为基础实现的，电流信号输出标准为4至20mA，PLC控制柜分别接收配备二线制RVVP电缆传输的信号。电量、温度、流、电功率、电压及压力等都是这一系统的现场传感器组成部分。全部的传感器相关安装位置为：第一，安装1台湿度、温度传感器，实现环境湿度和稳定的实时监测。第二，通过综合电量监测装置实现电动机无功功率、电压、电流、功率因数以及有功功率等电量参数的实时采集，使用RS485总线将所有综合电量采集设备连接起来，再将其与集分站RS485接口连接在一起。第三，在供电电路中安装开停传感器。第四，在总管路出口部位安装压力传感器，实现总管路压力的实时监测。第五，将压力传感器设置在风包和冷却器之间，实现分管路压力的实时监测。第六，将压力传感器设置在压风机齿轮油泵排油管路上，实现压风机油压的实时监测。第七，将供水状态传感器安装在冷却水管路入口，实现冷却水管路工作状态的实时监测。第八，将温度传感器安装在水泵冷却水出口管路上，实现冷却水出水温度的实时监测。第九，将温度传感器安装在水泵冷却水进水管路上，实现冷却水进水温度的实时监测。第十，将温度传感器安装在风包上，实现风包温度的实时监测。第十一，在一、二级气缸处安装压力传感器，以实时监测一、二级排气压力。第十二，将温度传感器安装于一、二级气缸处，以实时监测一、二级排气温度。

1.2PLC控制柜

以西门子S7-200PLC作为PLC控制系统的现场监控核心，具有可以实时人机界面（HMI）选择以及多样性的功能模块等典型优势，这一监控核心具有模块化的结构，通过上位计算机（选择工业以太网或者pr0fibus）和各自通信接口的配置，能够提高该系统技术和配置的可靠性，从而满足现场使用要求。这一部分是完全依据特定的操作方法，实现对总管空气压力的实时采集，保护和运行压风机的功能，从而实现煤矿风机的自动控制[1]。

本次系统设计需进行大量模拟量的采集，所以，需要将1台采集分站安装在PLC控制柜中，从而实现模拟量的传输和采集。PLC控制柜的门板上通常设置有触摸屏，从而为用户对设备运行状态的实时监控和操作提供方便。触摸屏的使用能够为压风机各类的参数监控提供方便，并有助于参数的就地控制和设定[2]。

2.PLC系统的软件设计

2.1上位机软件的设计

本次设计中，使用西门子公司WinccV6.OSP3ASIA专业组态软件作为开发平台进行上位机编程，再利用自主研发通过二次开发实现压风机的自动控制，充分体现出该系统便捷的生产数据处理功能，以及人机操作界面特征。这一系统能够同时监控较多的界面，主要涉及报表查询界面、报警查询界面、风机效能曲线界面、压风机参数界面、压风机集控界面等。上位机软件具有远程控制压风机这项功能，可以设置操作密码和权限，防止非专业人员操作导致设备故障[3]。

2.2PLC软件的设计

因为所有压风机都具有一定的控制标准，利用PLC实现全部相应闭锁功能、信号传送及信号的控制，再向上位计算机传输数据，并显示所有各自需要的数据。通过西门子公司生产的标准版STEP7STEP7-Micro/WIN编程软件实施PLC程序的编辑和操作。本次设计中软件编写选择模块化的方式，利用通用程序模块编写结构基本相同、功能相近的程序。通过调用数字块（DB）、功能块（FB、FC）、组织块（OB）等各个模块，实现较为复杂的控制算法，而且程序结构则较为简单[4]。

设计软件之前，需将硬件组态置入STEP7软件。将信号模块、电源及CPU等各项设备安装于各自机架上，并对PLC硬件参数进行设置。为了进一步缩减扫描时间，STEP7内各种硬件组态工具将会屏蔽未得到应用的模拟量输入通道，并对硬件上未得到应用的通道输入端进行短路处理，以逐步提高系统的实时处理能力[5]。

3.PLC在煤矿风机自控系统中的应用

本文所涉及煤矿中同时运行5台常规的地面压风机，由于压风机无法对其运行数据进行直接显示，因而在实际运行过程中，压风机得不到有效的安全保障。因此，该煤矿在其风机自控系统中应用PLC，其主要目标在于实时监测风机各项运行参数，同时在压风机监测室中警报或显示全部有关压风机运行状态的各项参数，从而建成交换机下的全矿井综合自动化监控平台[6]。

现场全部电动机均设置有1个电动机励磁柜，2个电流互感器，3个高压启动柜上的电压互感器以及1个高压启动柜。全部压风机都需安装风压测量装置，却均应配置有1个开停传感器，以监视电动机的开停状态；同时，全部电动机都应预设后轴承温度传感器以及绕组温度传感器。如果风包温度达到120℃以上，需停止设备的运行；如果二级排气温度不足160℃，需停止设备的运行；如果二级排气压力超过0.75MPa，需停止设备的运行；如果一级排气压力超过0.24MPa，则需要进行报警处理；如果油温度超过60℃，则需要进行报警处理；如果油的压力降低到不足0.25MPa时，需停止设备的运行。

4.总结

综上所述，PLC应用于煤矿风机自控系统中，具有控制自动化、采集风机参数、数据处理以及报警故障等功能。现阶段，PLC系统在煤矿生产中得到了广泛的应用，并在运行过程中表现出了稳定性较高的优势，同时，压风机现场安装全方位摄像仪，能够呈缩值班室、压风机以及监视配电室等情况，最终实现无人值守下压风机有效运行的目标。

参考文献

[1]肖有洋.AB PLC在风机控制系统中的冗余设计与应用[J].科技信息.2012，1（1）：773-774.

[2]陈蕊.基于PLC的矿井主扇风机的监控系统设计[J].太原理工大学.2012，1（1）：12-14.

[3]王卫东，田金云，张成莲.基于S7―300PLC的煤矿压风机控制系统[J].矿山机械.2010，1（21）：35-37.

[4]于水娟.基于两级网络的煤矿通风机监控系统的研究[J].安徽理工大学.2007，1（7）：12-13.

[5]汪广，姚晓光.PLC在监控系统中的具体应用[J].电器传动自动化.1997，1（4）：102-103.

[6]石志鹏，雷如海，靳文献.触摸屏在风机房监控系统中的应用[J].工矿自动化.2011，1（5）：88-90.