PLC在有色金属矿井通风机控制系统中的应用

李 敏

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

有色金属矿井通风控制系统是矿井通风系统正常工作的有效保障。随着我国矿井技术的不断发展，矿井作业强度不断增加，矿井机械化程度不断升级。本文主要将PLC与变频器同时使用，提高矿井通风机工作时的效率以及稳定性，同时实现工作时的节能减排[1]。将PLC技术进行应用，同时可以对电机进行相关故障报警，进行电机故障保护以及自动断电的，为矿井通风系统技术升级提供新的思路。

1 选用PLC技术的原因

（1）抗干扰性能优越，可靠性突出。PLC技术以集成电路技术为依托，可靠性突出，同时内部电路进行了抗干扰技术的升级，保证了PLC技术优越的抗干扰性能。同时，PLC技术自带硬件故障检测功能，可以技术进行故障诊断，对故障进行判定。并且PLC技术接受应用者进行程序编写，升级外围器件故障诊断升级[2]。PLC技术优越的抗干扰能力，为PLC技术被更多企业选用打下了更大的基础，也是本次系统改进选用PLC技术的重要原因。

（2）产品种类多，功能齐全，选择范围较大。时至今日，PLC技术已经形成不同于初始诞生时功能单一，技术粗糙的全新产品及技术状态，在产品上，PLC技术已经形成相对完善的产品体系，规模多样，体系完善，可以满足多种工业应用需求。在技术上，其数据运算能力优越，带来了PLC技术在数控领域的领先地位。同时，随着PLC技术的完善，PLC技术将在系统控制领域扮演更多重要角色。

（3）操作简便，使用难度低。PLC接口简单，是一款通用工业控制技算机，具有编程规范，简便的特点，它采用梯形图语言进行界面展示，与技术人员日常使用界面相似，方便了技术人员理解使用。

（4）设计程序少，容易进行系统设计、改进及维护。不同于以往技术中的接线逻辑，PLC采用存储逻辑进行外部设备接线控制，设计程序少，更容易进行系统设计、改进及维护。同时，该技术相关程序接受改变，使用者可以主动进行生产过程改进，可以适应各种使用环境。

（5）降低设备重量，减小设备空间占比。相比传统设备，PLC技术相关设备的使用，可以降低设备重量，减小设备空间占比，更具有环保的优势。

（6）应用领域广泛。随着PLC技术的发展，PLC技术应用领域愈加广泛。PLC技术已经广泛应用于交通运输，机械制造，石油等各领域。进行PLC技术应用与学习，可以为PLC技术使用打下基础，为以后进行更多PLC技术应用做好准备。

PLC技术的优点很多，本次研究选用PLC技术在有色金属矿井通风机控制系统进行研究。

2 系统功能设计以及系统相关方案

（1）系统的功能设计。在有色金属矿井通风机控制系统设计时，应用PLC系统更加容易接线，高可靠性，低故障率，容易维修等优势。PLC控制系统的应用极大地改善了通风系统自动化功率，有助于降低工作人员的工作强度。PLC技术配合空气变声器结合变频器共同应用，可以提高系统控制的可靠程度以及安全程度，降低通风机组运行故障概率，节约能源，同时保证设备的运转率满足上述要求，本次系统设计如下：①本次系统设计操作时将自动以及手动两种工作方式进行结合，使得系统同时可以进行故障警报以及状态可视等能力。②对模拟量压力，进行相关分析，借助PID，最终传达出控制变频器模拟量。③在进行自动控制运行模式时，考虑井下压力，对比井下压力与压力值设定下限，觉得运转风机组数量，以及是否发出指示或信号报警。④系统可以对瓦斯输入进行模拟量计算，根据瓦斯浓度与设定值进行对比，同时根据对比情况，觉得相关工作是否终止，以及电影是否切断，避免爆炸发生。⑤手动运行时可以防止风机组过多进行相关功能启动，防止风机组因温度处于临界温度条件过多自主启动。

（2）系统结构及系统组成部分。通风控制系统主要包括断路器，热继电器，温度传感器，变频器，空气压力变送声器等部分。其中通风机组包括两台通机组，一组通风机组包括两台电机，每台电机包括一组扇片。两种单片处于对旋状态，一组用来吸风，一组用来增加供风，实现井下供风需求。根据井下风量判断风机型号。本次设计参考风机组2×30KW，采用一台西门子S7-200可编程控制器（PLC），空气压力变动器对闭环控制系统进行控制。相关结果中，温度传感器，瓦斯传感器用来保护电机以及PLC，电机。硬件功能框架如下所示。

图1 硬件系统结构组成过程

3 构成系统的硬件，以及构成硬件的相关用途

3.1 PLC可编程控制系统

（1）什么是PLC。PLC采用电子系统，遵循数字运算规律，是一种电子器件，出现于电气电路中，进行电机控制。其本质是一类存储器，可实现编程功能，对用户操作，比如算数操作，顺序控制操作等进行实现，可用来控制各种生产过程与机械过程。当下，PLLC技术与通风控制系统相关技术结合使用，已经成为推动矿井通风控制技术进步的新动力。

（2）PLC相关结构。PLC相关的主要结构如下图，同时，PLC相关的主要部件介绍如下：

图2 PLC相关结构流程

①存储器：存储器主要存储系统相关软件。PLC常用存储器有EEPROM、EPROM、RAM等。②电源：PLC电源可以直接连上交流电压为220V（1±10%）的交流电，以满足外部设备使用需要。

3.2 传感器

传感器在控制系统中主要进行模拟量信号的储存。传感器主要对相关信号进行收集，将收集到的信号送到PLC输入模块，PLC输入模块对相关信号进行转换。

3.3 变频器

本次系统采用西门子全新一代标准变频器MicroMaster440，采用矢量控制技术进行低速高转矩输出，动态特性更好，同时扩展能力极强，能够充分满足应用需求。

3.4 通风机组

本色系统采用KXJT型矿用通风机，根据瓦斯浓度值对通用机转速进行调整，对通风量进行控制，同时这样瓦斯量控制在一定范围内，对瓦斯量进行快速有效的排放，保证瓦斯浓度相关安全。通风机组成。本款通风机风量大，噪声小，效率极佳，通风机结构主要由人机操作界面，散热器，隔爆箱体等单元组成。

4 软件设计

（1）压力控制部分。压力控制系统主要控制操作由压力决定，采用PID算法对压力数据进行处理，PID是指微分、积分和比例。PID算法采用积分，可以更加精消除静态误差，为系统带来更大的稳定性以及抗干扰性，改善系统动态响应速度，系统PID调节主要由微分项、积分项、比例项三部分构成，根据矿井内气压信号用变声器将压力信号进行转换，变成直流电信号之后，进行模数转换，变成二进制信号，本次设计主要采用PID参数设置的触摸屏。

（2）瓦斯浓度控制。瓦特浓度控制是将瓦斯浓度信号转变成电流信号，然后经EM235经内部转换成PLC2进制信号，然后存储至VD196。VD196存储值与断电瓦斯浓度上限进行比较，决定PLC电源，PLC内部情况，输出情况，并切断相关电源，发出报警以保证安全，在瓦斯抽放后，等瓦斯浓度再次小于浓度设定值，风机组不会重新进行工作运转，必须瓦斯浓度VD196低于瓦斯浓度报警值上限，PLC才会继续工作。

5 结语

综上所述，本文主要研究了PLC在有色金属矿井通风机控制系统中的应用。这种应用有助于提高矿井通风效率，同时实现机器运转节能减排，也有助于保护驱动风机电机，及时进行故障报警，自动进行机械故障警报，根据瓦斯浓度准时断电，是提高矿井通风系统节能的新方式。本文主要介绍了系统的功能设计，系统结构及系统组成部分。同时介绍了构成系统的硬件，以及构成硬件的相关用途。当前，矿井业仍是我国经济发展的重要推动力，进行相关技术升级，推动矿井业发展是推动经济发展的重要方式。进行PLC技术的相关应用，推动相关技术发展，对我国经济更好发展有着重要意义。