基于PLC自动风门的程序设计

万仁保，张永选

WAN Ren-bao,ZHANG Yong-xuan

（江西经济管理干部学院，南昌 330088）

0 引言

保持通风是煤矿井下安全生产的一个重要的环节，通风系统中的很重要的部分是风门。隔离进风系统和回风系统是风门设计者要注意的主要问题，使得风道内的通行不受影响是个很重要的前提。很长时间里都是采用人工的风门或者是比较简单的风门比如说电动风门、自撞式风门等等。传统的风门本身的结构简单易实现，但是有一定的缺点：自动化不高，易损坏。一旦风门系统损坏，就造成在矿井下的运输效率降低，影响通风质量。随着煤矿开采的自动化程度越来越高，风门的自动化要求也越来越高，为此我们讨论如利用简单的电路并辅以软件实现自动风门控制。

矿井下需要具有安全性的自动风门来保持矿井的通风、安全和运输。自动风门的可靠性要求很高，目前矿井下运用的情况而言，由于出现很多的控制系统问题如自动控制系统并没有预想的可靠度，自动风门控制系统本身的可靠性差，系统故障经常发生，故而大多数被拆除。PLC带来了矿井下自动风门的控制系统实现了风门的自动化，保证了系统的稳定性可靠性。提高了生产效率，降低了安全隐患。

1 工作原理

本文中的自动风门系统中有风门1、2两道风门，我们记为：FM1、FM2。图中的人行小门是在安装于风门的手动开启的门。矿车位置传感器用于接收矿车位置信息，安装于矿车的两侧轨道之上，左侧表示为S1-1到S8-1，右侧表示为S1-2到S8-2。由门位信号来进行判断风门的开启是否到位。用来判断风门的开关与否的是人行门开关传感器；电磁阀控制的人行门能否开启由人行门指示灯来进行指示。绞车司机通过观察风门运行显示情况来决定进行通行与否，这个显示系统并不受PLC控制。强制开关是在有事故发生时，可对风门立即进行动作。

2 自动风门的程序设计

2.1 输入和输出分配

位置信号S1-1到S8-1对应的输入寄存器是I0.0到I0.7；I2.0到I2.7对应的是右侧位置S1-2到S8-2。I1.0-I1.3对应的分别是风门FM1开，风门FM2开，风门FM1关，风门FM2关。风门1、2强制开启分别由I3.0和I3.1来表示。I1.4和I1.5信号分别表示是人行门1和2的开启与关闭。

输出寄存器Q0.0和Q0.1分别表示的风门FM1的开关控制；Q0.2和Q0.3分别表示的风门FM2的开关控制。Q0.4表示的是人行小门1，Q0.5表示门2的指示灯的控制。控制Q0.6的是液压；刹车控制是Q0.6。系统报警有声和光分别表示为Q1.0-Q1.1。

2.2 程序分析

本文控制系统分为两种工作状态：程序工作状态和人工工作状态。当风门的强制开关都处于低电平是为自动，即是在系统无故障时的工作状态，服务子程序来控制风门的开启、闭合，此时加入一些子程序来提高系统的可靠性。比如说有：对手动小门的开关进行检测，对有故障时进行报警的程序。在手动状态时，强制开关之少有一个被按下，系统会进行工作并且不会产生任何的报警。

2.3 程序的设计

这里我们采用的是梯形图来进行设计程序的编写，主程序如图1所示。

图1 程序梯形图

主程序的设计用到的是输入寄存器I，存储器M和V。功能程序调用的字节有MB4-MB8，S1-S8的信号分别对应V存储器中的V0.0-V0.7。由于有左右两侧的位置传感器，PLC把检测到的信号与相关的设定进行比较，并在相同时，将它们的输入转换为在存储器V中的状态，即将S1-S8的信号转换为V0.0-V0.7。系统在正常运行时，一旦故障标志位出现了置位，如果对应的是M1.0-M1.7，则说明位置传感器出现了故障，需要及时修复。

2.4 子程序设计

2.4.1 服务功能程序

矿车如何进行通过风门，就是矿车服务子程序的设计过程。具体来讲，风门有两个FM1、FM2，我们将矿车下风门FM1的程序叫做D1，叫矿车下风门FM2的程序叫做D2；把矿车上升通过风门1的程序叫U1，把矿车上升通过风门2的程序叫做U2。对于各种情况我们来作下分析。对于矿车的位置传感器来检测矿车的位置，当MB4=0时，则表示在S1-S8区域里没有矿车。一旦在MB4=1时，表示在这段时间里，有矿车接近，于是进入了D1子程序。

子程序中，先判断风门FM2是否关闭，为了保持有一道门始终关闭。当风门FM2没有关好时，I1.3就不为零，此时M0.3置位表示风门FM2未关闭故障。同样矿车到达S2时，对于风门FM1来说，若未关闭，则I1.0不为零，显示的是风门FM1没有及时打开，有故障MD0＞0。一旦系统有故障时，系统自动转入故障处理程序。在子程序中，若对应的寄存器一直被置位此时人行门上的人行指示灯提示故障，人行小门则被禁止开启。在下风门子程序D1工作流程，在程序的扫描过程中，若在下降D1程序中检测到S5信号，MB1由1变为0时，就跳出下降程序D1进入主程序，MB1被置为2时，从而进入主程序。在下降程序D2中继续顺序执行，如果S7检测到信号时，则在系统作出延时后退出该程序。UI和U2工作原理相同。

2.4.2 监视子程序

监视人行门1和人行门2的程序我们分别表示为P1和P2。对于禁止打开人行门时，门上的通行指示灯为红灯，同时Q0.4置位。运行监视程序P1的条件是在门1被违章开启，检测到后主程序将MB7置为1时。监视子程序运行，MB4的值先赋给VB1中同时将MB4置0，表示故障的M0.6置位，矿车服务程序和系统主程序同时暂停工作。

有违章打开人行门时，系统转入故障子程序。一旦故障消除，即人行门关闭的时候，MB7置0,M0.6复位，MB4恢复以前值，转入系统正常运行状态。对于风门FM2的监视程序P2而言，其工作原理与风门FM1监视程序P1相同，MB8置为1时，子程序被调用，对应的故障标志位为M0.7。

2.4.3 自行检测程序

对风门开启与否的状态进行检测和对矿车信号进行的检测统称为自检子程序，其中把前者表示为F，把后者表示为L。系统在扫描检测无矿车状态信号时，风门1和风门2闭合。一旦在扫描时发现风门1没关闭时，系统将风门1故障标志位置位MD0＞0，系统转入故障处理。

对于矿车信号逻辑状态检测子程序L，检测V0.0到V0.7的变化是否符合系统的要求。在矿车上风门时，系统要求V0.7到V0.0由0到1再到0进行变化，下风门时要求V0.0到V0.7也是进行如此规律的变化。若在其中遗漏了一项变化，比如说在上风门时检测未检测到有一项未变化，则系统置位用作传感器逻辑故障标志位的M0.0，系统自动进行处理故障处理。

2.4.4 系统故障程序

在系统出现故障时，系统自动进行处理故障处理。在系统进入故障处理子程序时，首先判断故障的严重程度。不同的故障的严重程度不一样，系统将故障分为三个等级，一等级时系统可以正常运行，二等级时系统可以由绞车的司机将绞车进行停止，三等级时系统紧急停止绞车，切断绞车的电源，根据系统对于故障的的分级进行不同的处理。

对于以上不同的子程序出现的故障而言也有着相对应的处理方式。如在矿车服务时，MW1＞0时系统进入故障处理程序，处理的方式是采用第一等级的方式。系统会显示报警，提示有故障，但是正常运行。如果一旦M1.0置位，表示的S1-1故障，进入故障处理程序，系统采用的是第二等级的处理方式进行报警。如果执行程序时一旦出现风门没有开的故障我们系统采用的是立即停止运行即系统最严重的处理方式。

3 手动工作

本文设计的基于PLC的自动风门的系统工作状态：一种是程序控制工作状态，一种是手动工作状态。程序的设计主要是应用于自动工作状态，而对于系统有故障时，或有事故发生时，应采用手动工作。只有风门的强制开启和关闭的相关子程序可以工作，系统不进行监视矿车的信号，不在进行报警。当开关1按下时，系统将风门进行开启，一旦此开关复位时，风门就被系统关闭。

4 结束语

以上是PLC控制的自动风门的分析，风门在无故障情况下的自动控制和在有故障时的手动控制，系统对于不同的情况有着不同的处理。实现了风门可以进行软件的自动开启与关闭，也能通过传感器进行检测风门是否出现故障。通过检测矿车的位置，来进行发现其是否有故障。自检程序可以发现风门在开关时是否出现故障，也可以发现是否遗漏测试点信号的处理。对于故障进行分等级处理可以提高系统对于故障处理能力。

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[2] 张卫国. 对煤矿井下风门自动控制的构想[J]. 矿业安全与环保,1992(2)： 39-40.

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