基于PLC的煤矿风机自控系统设计

崔少青

（晋能集团晋中公司， 山西 晋中 030600）

引言

风机主要应用在煤矿生产的冷却系统、锅炉燃烧系统、通风系统中，传统的控制方式是通过对风门和挡板的调节来实现的，不能根据生产需求进行调节和灵活控制，这在很大程度造成了煤矿生产的资源浪费，增加了煤矿企业的生产成本。随着我国节能减排理念的贯彻落实，煤矿企业也在注重品质的同时，注重提高对资源的利用率。为此，将可编程的逻辑控制器应用到风机控制系统中，能够提高控制的精准性，可降低生产成本，减少污染物的排放。

1 煤矿风机自控系统设计方案

1.1 系统设计要求

煤矿生产环境复杂，系统运行的环境较差，为了保障风机自控系统的稳定性和安全性，将PLC应用到风机自控系统中能够更好地适应恶劣的运行环境，而且也方便了煤矿生产对系统的操控，所以要求系统设计中必须具备应急处理功能、灵活且扩展性强的系统结构、实时监控、现场工业操作接口、故障或突发情况预警装置、优越的系统内部环境。

现阶段，煤矿生产中风机自控系统主要是通过人工调节来完成的，自动化水平低，系统内部设计的很多内容都无法满足高强度的生产需要。在具体的设计方案中，系统必须具备以下几项功能：一是系统控制要集合多种方式，比如自动控制方式、半自动控制方式、手动控制方式；二是系统要具备保护功能，在系统发生故障时，能够自动对故障进行诊断，而且在日常系统运行中，能够对其中供电电压、电机轴承温度等多项参数进行监测，一旦参数超出正常值上线时，系统需要及时、准确做出判断，并向工作人员发出警报，立即自动停止故障机组的运行；三是系统应具备实施显示参数信息的功能，这样工作人员可以在控制界面对单台机组的参数进行监测，保障在发生故障时，能够准确定位故障发生位置；四是系统应具备远程控制和远程通信功能，在系统运行中，通过控制器可以实现信号交换、传输、查询、记录等操作[1]。

1.2 系统工作原理

在工业生产中，风机的主要作用是在生产环境中输出风，使输出量能够保持在生产要求的固定参数值上，从而保障生产的顺利进行，避免在不需要情况下电动机空转造成电能资源浪费。在PLC的基础上进行风机自控系统设计，主要是通过闭环控制方式的设置，使现场作业在温度传感器的帮助下，对现场的温度进行实时感应，当温度超过要求范围时，就模拟输出信号，通过A/D转换对设备发出输出信号，将多余的风量传递出去，使温度得到控制，在系统运行过程中，风机的运行主要受变频器的控制[2]。

2 基于PLC的煤矿风机自控系统设计分析

2.1 硬件设计分析

2.1.1 可编程控制器的设计

作为系统的主控设备，可编程控制器必须在煤矿企业生产情况的基础上进行选择，此次设计方案中主要选择的是日本松下生产的FPO系列。这套控制设备的性能十分优越，具有模拟量设定、双路脉冲输出、高速计算等功能，能够在主机单元中作为独立模块进行数据集中处理，而且具有良好的扩展性，可以组合扩展单元进行操作。并且各单元都具备扩展接口，在操作中直接进行连接即可。

整套设备的控制系统由三个模块构成，一个是主模块，一个是扩展模块，一个是A/D转换模块。其中接口共有39个；I/O端口要根据系统的实际需求来确定，但尽量少使用。在尽可能保障系统运行稳定性和安全性不受影响的情况下，主要编写了两项程序，一项是自动控制程序，一项是手动控制程序，采取这项的程序编写主要是为了当自动控制程序发生异常情况时，还可以用过手动程序保障系统运行不受影响[3]。而且当某项单元出现故障时，可以手动停止其继续运转，能够避免故障范围的扩大。

2.1.2 温度传感器的设计

系统在设计过程中，需要在生产车间内安装温度传感器实时对车间内的温度进行监测，并通过系统对监测的温度数据进行换算，再进行标准温度对比，这就能通过控制变频器，调整车间内的温度，使其满足生产要求。温度传感器的选择要结合生产的实际需要，但多数煤矿企业选择的温度传感器都为热电偶传感器，这种传感器能够直接与需要测试的对象进行连接，不会受到其他介质因素的影响，所以测试的结果具有较高的准确性。而且这种传感器的测试范围较大，可以随着测试对象的温度变换，并将测试的结果传输到控制器中进行温度值换算[4]。

2.1.3 变频器的设计

此次系统设计选择的是森兰品牌的变频器，这款变频器在使用过程中要十分注意连接，一旦构建的连接出现错误，后果十分严重。

2.2 软件设计分析

2.2.1 控制系统的程序设计

程序设计主要根据系统所具备的功能进行，其中最重要的一项功能是变频恒温运行功能，这种功能在程序设计上十分复杂，其能够在系统控制下通过控制器对变频器的调节和控制实现全自动变频恒温运行。这项设计程序是可编程逻辑控制器的核心内容，能够保障系统在运行过程中自动调节，避免多余构件的安装，提高系统整体的可靠性和安全性。而且通过在计算机上的程序操作，借助通信功能，可以实现远程控制和远程辅助操作，为各项设备在运行过程中提供更安全的保障。

2.2.2 程序梯形图设计

首先是启动与体制程序。这项程序主要负责系统停止运行和启动运行，启动键按下后，就代表系统进入了运行中，直至按下停止键前，系统将会持续处于运行状态；停止键被按下后，系统即进入了停止运行的状态。

其次是模拟量输入程序。这项程序主要根据温度传感器传输的输入，对车间内的空间温度进行温度值换算，保障车间内温度值达到标准要求。模拟量程序读取数值的次数要根据车间温度传感器的个数决定，如果车间内两点安置了温度传感器，那么就要读取两次模拟量[5]。最后是比较程序，在读取温度模拟量数据后，要先进行数值滤波，再取其数值的平均值，得到的平均值就可与设定值对比，当二者吻合时，即表明温度正常不需要调节，不吻合时就可以通过系统进行调节。另外，根据比对后数值的差异将调节后的模拟量输出作用到变频器上，通过转速调节控制系统的实际工作量，也就是对温度控制的程度。

3 结语

基于PLC的煤矿风机自控系统设计能够有效帮助煤矿企业节约资源，降低生产成本，提高控制系统的自动化水平，使系统的稳定和安全性得到保障。但在设计过程中，不能单纯只依靠自动化控制系统，还要考虑故障时的控制情况，所以要合理结合多种控制方式进行设计。