基于PLC实现矿井瓦斯通风系统的集中控制

摘 要：瓦斯是一种无色无味的气体，达到一定浓度时，能造成人发生窒息，遇到高温会发生燃烧甚至爆炸，给矿井生产带来安全隐患。矿井通风是实现其安全生产的基本条件。优良的通风系统为高效的生产奠定基础。为了提高通风系统自动化程度，决定在矿井瓦斯通风集中控制系统中引入采用PLC进行控制。以实现矿井该系统的控制精度，从而达到提高生产效率的目的。

关键词：瓦斯;PLC;矿井通风;控制系统

0 引言

通风机作为井下生产的呼吸系统，不仅承担着为工作面人员输送新鲜空气的职责，还承担着将工作面粉尘、有毒气体排出的职责，其通风性能的好坏直接决定着工作面生产的安全性[1-2]。然而，传统的瓦斯通风控制系统使得风机始终处于满负荷的状态运行，其控制手段虽然可以有效地降低风量，但是存在极大的浪费，且其控制精度较低。鉴于上述通风控制缺陷，本文主要研究PLC在瓦斯通风控制系统中的应用，该控制系统提高了工作面的自动化水平及工作效率。

1 瓦斯通风集中控制系统方案概述

通风系统主要由两台通风机组成，而且每台通风机都有其独立的电机控制，两台通风机是对旋的，其中一台主要功能是吸风，另一台的主要功能是增加扇片的风速，两台风机相互配合达到为工作面输送新鲜空气的目的。

实际生产中，根据工作面的风量大小，选用不同型号的通风机，并与PLC以及空气压力传感器等设备组成一套闭环的控制系统。为了实现对PLC以及电机的有效保护和对电机切换控制，在该系统中添加相关的继电器、断路器等保护器[3]。

瓦斯通风控制系统的控制方案如下：该通风控制系统设计有手动和自动两种工作模式，可以实现对现场工作状态的显示和监控。其中，在手动工作模式时，通风机的工作状态不受工作面气压的影响，为了防止通风机由于运行时间过长出现故障，任何一台风机工作时间达到上限时都将切换至另一台通风机工作。

PLC在瓦斯通风控制系统中的应用，实现了瓦斯通风控制系统的自动工作模式。自动模式具体工作流程如下：控制系统中的压力传感器采集工作面的气压并将其转换为数字信号输入PLC中，PLC对数据进行比较处理后，输出信号对通风机进行控制。其中，当工作面的气压大于地面的气压时，PLC控制两个通风机循环工作;当工作面的气压低于设定的气压值时，PLC控制两个通风风机同时工作，直至工作面气压满足要求时，两台通风机恢复到循环工作的状态。此外，该瓦斯通风控制系统中的瓦斯浓度传感器还能够监测工作面瓦斯的浓度值，当其浓度值超过设定值时，PLC控制两台通风机停止工作，并将工作面电源自动切断，从而预防瓦斯事故的发生。

2 PLC输入与输出地址配置

根据瓦斯通风控制系统的控制要求，该控制系统采用S7-200PLC CPU224为控制核心。该控制器拥有14个输入接口，10个输出接口。为了进一步丰富该控制系统的功能，扩展了一个模拟输入模块和一个数字量输出模块。模拟输入模块的主要功能是实现采集信号的数模转换;数字量输出模块的功能是增加系统的输出点。为了保证瓦斯通风控制系统的稳定性，对控制系统的输入输出等数量进行统计。

经过统计分析后，将PLC的输入输出接口与外部设备一一相连，PLC各个地址分配结果下：PLC的I0.0～I0.3分别于1号、2号风机的各个电机相对应;I0.4～I0.5与1号、2号风机的控制开关相对应;I1.0与设备的消音开关相对应;I1.1～I1.2分别于手动开关和自动开关相对应;I1.3与停机按钮对应;I2.0～I2.1分别与气压信号和瓦斯信号对应。Q0.0为故障显示接口;Q0.1～I0.2分别与中高压、低压气压显示相对应;报警接口为Q0.3;Q0.4～I0.5分别与四个继电器对应;Q1.0～I1.1分别与1号风机的两个电机工作状态显示对应;Q2.0～I2.1分别与2号风机的两个电机工作状态显示对应;Q2.2与手动工作状态的显示相对应;Q2.3与自动工作状态的显示相对应;Q2.4与瓦斯浓度值相对应。

3 PLC控制系统的软件设计

该瓦斯通风控制系统采用顺序控制的策略。通常，PLC的控制程序一般表达方式为梯形图。经过对该控制系统的关键控制因素进行研究，得出该控制系统的控制流程图，如图1所示。

图1中：D为传感器采集到的工作面当前的浓度值，D0为系统设定的瓦斯浓度值;F1为传感器采集到的工作面的气压值，F2为系统设定的工作面气压值。当工作人员按下启动按钮后，PLC先对系统进行自检，如果系统此时为手动模式，即对通风系统进行手动控制;反之，通风控制系统自动运行。第二步，系统对采集到的工作面的浓度值进行分析，若其大于系统设定的浓度值，则发出报警并停止工作面的运行;第三步，系统对采集到工作面的气压值进行判断，若其大于系统设定的气压值，此时通风机进入轮休的工作状态，否则两台通风机同时工作。

4 结语

PLC在矿井瓦斯通风集中控制系统中的应用从一定程度上提升了工作面的自动化程度，提高了瓦斯通風集中控制系统的控制精度，达到了节能减排的效果。此外，PLC在矿井瓦斯通风集中控制系统中的应用，实现了对通风系统的集散式控制，从而可以监控远程设备的工作状态。

参考文献：

[1]崔鑫，李继勇.PLC在煤矿主通风机自动控制系统的应用[J].煤矿机械，2004（4）：109-111.

[2]刘法治.基于PLC的矿井通风安全控制系统[J].金属矿山，2007（6）：65-66.

[3]陈冬梅，孔祥振，陈庆光，等.基于PLC与上位机的矿井通风机监控系统研制[J].煤矿机电，2014（1）：65-67.

作者简介：

赵丞达（1990- ），男，山西盂县人，本科，毕业于太原理工大学，机电助理工程师，从事矿井机电设备管理工作。