基于PLC的煤矿局部通风机集中控制平台.pdf

第２期（总第２１３期）２０１９年４月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．２Ａｐｒ．文章编号１６７２－６４１３（２０１９）０２－０１７２－０２基于ＰＬＣ的煤矿局部通风机集中控制平台武忠（山西汾西矿业南关煤业有限责任公司，山西晋中０３１３０４）摘要以ＰＬＣ控制器为核心，结合ＣＡＮ通信以及变频器技术，设计并实现了煤矿局部通风机集中控制平台。详细给出了ＰＬＣ控制器与变频器、传感器组以及上位机的程序设计。实际应用结果表明集中控制平台运行稳定，进一步保障了煤矿的安全生产，为实现煤矿生产少人化、无人化的目标又迈进了一步。关键词局部通风机；集中控制；ＣＡＮ通信；变频器；ＰＬＣ中图分类号ＴＰ２７３文献标识码Ａ收稿日期２０１８－０９－０４；修订日期２０１９－０１－２８作者简介武忠（１９８０－），男，山西灵石人，工程师，本科，从事煤矿电气以及煤矿自动化方面的工作。０引言煤矿井下的局部通风是煤矿通风系统的重要组成部分，更是直接关系到煤矿安全生产的关键因素。局部通风系统是根据煤矿井下工作面瓦斯、有毒有害气体的浓度而进行工作的通风设备。但是，我国７０％～８０％的煤矿局部通风系统长期处于工频状态，需要操作人员根据经验判断生产环境中的瓦斯浓度、粉尘浓度以及一氧化碳浓度等的变化在主风机、备风机之间进行切换来控制风机的风速、风量，给煤矿生产埋下了巨大的安全隐患。同时电机长期处于工频运行状态也造成了极大的电能浪费。针对此，本文提出了一种基于ＰＬＣ的煤矿局部通风机集中控制平台，可智能、实时地调节局部通风机的风速和风量。１煤矿局部通风机集中控制平台的组成图１为煤矿局部通风机集中控制平台的组成框图，由ＰＬＣ控制器以及扩展模块、变频器－风机、传感器组以及上位机４部分组成。ＰＬＣ控制器通过模拟量采集的方式获取实时瓦斯浓度、风速、ＣＯ浓度、粉尘浓度等数据，然后对这些数据进行分析和计算，实现对局部通风机的集中控制。图１煤矿局部通风机集中控制平台的组成框图１．１ＰＬＣ控制器以及扩展模块ＰＬＣ控制器是集中控制平台的核心，集中控制平台中各类数据的显示、故障报警、驱动风机的运行等功能都是在ＰＬＣ控制器中完成的。本集中控制平台选用当下较流行的倍福ＣＸ８０５０控制器以及ＥＬ系列的扩展模块。ＰＬＣ控制器与变频器之间采用ＣＡＮ通信方式实现控制和数据传输。传感器组输出４ｍＡ～２０ｍＡ的电流信号，ＰＬＣ控制器通过ＥＬ６０２１模拟量采集模块实现对传感器组模拟数据的采集。ＰＬＣ控制器与上位机之间采用ＣＡＮ通信方式实现数据的传输。１．２变频器风机为提高电能的有效利用率，对风机施行变频控制。选用ＩｎｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌ的Ｗ４变频器，以转速模式控制风机的转速。１．３传感器组瓦斯浓度的测量选用ＫＧＹ－００２Ａ智能瓦斯传感器，该传感器测量精度高、稳定性强，并且具有自动清零、软启动等功能。风速传感器选用矿用ＧＦＣ－１５型风速传感器，该传感器利用超声波检测原理实现对风速的测量。一氧化碳浓度传感器选用测量精度较高的ＧＴＨ１００／５００型传感器，该传感器采用红外遥控技术对检测精度、校正零点以及报警点进行操作。粉尘浓度传感器选用矿用本质安全型ＧＣＧ１０００粉尘浓度传感器。该传感器的工作原理是将待检测的含有粉尘的空气吸入至暗室，利用光散射原理，通过光电倍增管将光信号转化为电信号。１．４上位机上位机采用威伦通的ｅｍｔ３０７０型ＨＭＩ人机界面，该上位机支持ＣＡＮ通信，直流２４Ｖ供电。２软件设计２．１ＰＬＣ与变频器程序设计ＰＬＣ控制器与变频器之间采用ＣＡＮ通信方式实现控制和数据传输，其ＣＡＮ通信协议如表１所示。ＰＬＣ控制器通过读取变频器的“ 状态值” 信息，发送 “ 控制字” 、 “ 控制方式” 指令来控制变频器的启停。变频器启动后，会将运行数据发送给ＰＬＣ，如“ 故障代码” 、 “ 温度” 、 “ 直流母线电压” 等。表１ＰＬＣ控制器与变频器的ＣＡＮ通信协议ＣＡＮ－ＩＤ１２３４５６７８０ｘ２０２控制字心跳控制方式设定转速设定转矩０ｘ３０２目标值加速时间减速时间保留保留０ｘ１８２状态值温度直流母线电压输入电流系统绝缘值０ｘ２８２故障代码转矩转速保留保留ＣＡＮ通信启动流程如图２所示。首先启动并打开ＣＡＮ通信口，一般有ＣＡＮ０口和ＣＡＮ１口两种。启动ＣＡＮ口成功后，定义接收数据、发送数据的连接，其参数包括ＣＡＮ端口、连接ＩＤ、数据长度、数据类型以及数据Ｂｕｆｆｅｒ等。在发送数据连接中，要设置需要循环发送的数据连接，通过调用ＣＬＬＩ＿ＲｘＱｕｅｕｅ函数读取接收连接的数据。图２ＣＡＮ通信启动流程２．２ＰＬＣ与传感器组程序设计传感器组的信号均为４ｍＡ～２０ｍＡ的模拟量信号，ＰＬＣ控制器通过模拟量输入扩展模块获取该信号。ＰＬＣ控制器获取该信号后，转换成传感器的实际值。ＰＬＣ控制器以轮询的方式获取瓦斯浓度、ＣＯ浓度以及粉尘浓度传感器的数据，当检测到传感器数值超限后，驱动风机增加风机转速，接着检测风机转速是否达到最大转速，如果达到，则发出报警。传感器组具体控制流程见图３。图３传感器组控制流程２．３ＰＬＣ与人机界面程序设计ＰＬＣ与人机界面的通信方式为ＣＡＮ通信，煤矿局部通风机集中控制平台的人机界面如图４所示。该控制平台由“ 风机状态” 、 “ 通信状态” 、 “ ” 故障信息” 以及 “ 故障提示” ４部分组成，其中，通过“ 风机状态” 可以观察局部通风机（包括主风机以及备用风机）的工作状态，主要有“ 有电” 、 “ 运行” 、 “ 故障” 以及风速信息。“ 通信状态” 用于指示ＰＬＣ控制器与变频器的通信状态以及运行频率。“ 故障信息” 包括传感器故障以及风机故障，并且当故障发生时，经“ 故障提示” 进行指示。图４煤矿局部通风机集中控制平台人机界面３结语以煤矿局部通风机为研究对象，以ＰＬＣ、ＣＡＮ通信以及变频器为技术手段，在分析系统组成、系统设计的基础上，设计并实现了煤矿局部通风机集中控制平台。该控制平台的使用为煤矿安全生产提供了强有力的保障，大大降低了井下工人的工作强度，提高了局部通风机的利用率和生产效率。参考文献［１］安赛，林柏泉．主要通风机远程监测系统的设计［Ｊ］．工矿自动化，２０１２（１）４－７．［２］贾连鑫，王明．煤矿局部通风机远程控制系统的应用［Ｊ］．煤矿机械，２０１７（１１）１１９－１２０．［３］王强．矿井通风机在线监控系统应用研究［Ｊ］．煤矿机械，２００９（５）１９６－１９８．［４］陈海峰．一种煤矿主要风机监控系统的设计［Ｊ］．工矿自动化，２０１１（９）１０３－１０５．［５］梁涛，侯友夫，吴楠楠．掘进工作面局部通风智能监控系统的研究［Ｊ］．矿山机械，２００８（１）１９－２２．［６］郑建兰．矿井通风机故障预测的策略研究［Ｄ］．淮南安徽理工大学，２０１４２２－２７．［７］李铁军，朱成实，叶龙，等．变频调速技术在风机节能中的应用［Ｊ］．风机技术，２００８（２）６７－６９．ＣｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｔｆｏｒｍＢａｓｅｄｏｎＰＬＣｆｏｒＬｏｃａｌＶｅｎｔｉｌａｔｏｒｓｉｎＣｏａｌＭｉｎｅＷＵＺｈｏｎｇ（ＳｈａｎｘｉＦｅｎｘｉＭｉｎｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐＮａｎｇｕａｎＭｉｎｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎｇｚｈｏｎｇ０３１３０４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｓｔｈｅｃｏｒｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＣＡＮｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｎｖｅｒｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｔｈｅｌｏｃａｌｖｅｎｔｉｌａｔｏｒｓｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄ．ＴｈｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｏｆｔｈｅＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｇｒｏｕｐａｎｄｔｈｅｈｏｓｔｃｏｍｐｕｔｅｒａｒｅｇｉｖｅｎｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｓｔａｂｌｅｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｆｕｒｔｈｅｒｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｍｉｎｅ，ａｎｄｈａｓｔａｋｅｎａｎｏｔｈｅｒｓｔｅｐｔｏｗａｒｄｓａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｇｏａｌｏｆｕｎｍａｎｎｅｄｃｏａｌｍｉｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｌｏｃａｌｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ；ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌ；ＣＡＮｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＰＬＣ３７１２０１９年第２期武忠基于ＰＬＣ的煤矿局部通风机集中控制平台

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