工作面通风机集中控制系统的设计

刘庆宝

（山西宁武大运华盛能源集团有限公司， 山西 宁武 036700）

引言

通风系统是保障综采工作面安全生产的基础，其主要为工作面输送新鲜空气，降低工作面粉尘浓度等。为保证通风系统的自动化水平能够与综采工作面其他分系统的自动化水平相匹配，实现工作面通风机的集中控制是非常有必要的。本文着重设计一款可应用于实际生产中的通风机集中控制系统。

1 通风机集中控制系统总体设计方案

某矿所采用的通风方式为机械通风，根据工作面生产需求为其配置两台互为备用通风机，且通风机为抽出式轴流通风机，具体型号为AGF606-3.0-1.58-2，其主要技术参数如表1所示[1-2]。

表1 AGF606-3.0-1.58-2通风机主要技术参数

为保证通风机集中控制系统能够实现对工作面通风机的精确、节能控制，要求集中控制系统满足如下要求：

1）在保证工作面需风量的基础上，尽可能降低通风机的能耗；

2）要求通风机系统将高低压配电、变频调速以及远程监控等功能有机结合；

3）集中控制系统除了实现通风机运行状态控制外，还可对通风系统中冷却风机、润滑站等装置进行控制[3]；

4）可实现对工作面两台通风机切换运行的控制，并实时监测通风机的运行状态，并将所监测到的数据上传进行显示并存储；当通风机出现故障时，做出停机或者报警等对应操作。

基于一体化冗余控制原则，设计如图1所示的通风机集中控制方案。

图1 通风机集中控制的总体方案设计

2 集中控制系统的硬件设计

2.1 变频器的选型

变频器作为该系统的执行机构，其性能直接决定最终对通风机风量及风速的调节效果。综合分析通风机工作特点及电压功率因素、电压波形等，且为实现较宽的调速范围，本文所选型变频器的型号为5HK62-5B。

2.2 PL控制器的选型与配置

根据通风控制系统的控制要求，本控制系统采用S7-400HPLCCPU224为控制核心。该控制器的拥有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[4]。

为了保证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，统计结果如下页表2所示。

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分别与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分别与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。

表2 PLC通风控制系统的输入输出量统计表

2.3 集中控制系统关键传感器的选型

通风机集中控制除了完成基础的控制功能外，还能增加系统自动化水平和智能化水平，为集中控制系统配置通风机及环境的在线监测系统。集中控制系统的在线监测方案如图2所示。

如图2所示，用户可通过触摸屏或者工控机获取工作面通风机的运行参数、供电系统参数以及辅助设备的运行状态参数。上述功能实现的基础为在工作面配置对应的功能传感器，本集中控制系统关键传感器的选型如表3所示。

3 通风机集中控制系统的软件设计

该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。经过对本控制系统的关键控制因素进行研究，得出本控制系统的控制流程图如图3所示。

图2 集中控制在线监测系统框图

如图3所示，D为传感器采集到的工作面当前的瓦斯浓度值，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。第一步，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[5]。

表3 关键传感器选型

图3 PLC控制流程图

4 结语

PLC（可编程控制器）是实现矿井通风控制系统的核心控制器。PLC在矿井通风集中控制系统中的应用可从一定程度上提升工作面的自动化程度，更重要的是PLC提高通风集中控制系统的控制精度，达到节能减排的效果。此外，PLC在矿井通风集中控制系统中的应用，还能够为其添加相应的通信模块，增加其输出模块，可实现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。总的来说，PLC在矿井通风集中控制系统的应用可从根本上提升综采工作面的工作效率，降低工作面的运行成本，在实际生产中具有一定的推广价值。