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[摘 要]本文设计的煤矿通风机自动监测控制系统。PLC作为下位机采集通风机的各个参数，PLC控制技术的矿井风机控制系统的系统结构、功能实现以及系统设计方案等进行了较为详细的阐述，在煤矿风机自控系统中应用PLC后，不仅能够提高煤矿生产的效率，减少生产所需耗电量，而且有助于实现煤矿生产企业经济效益的提高。
[关键词]PLC；煤矿风机；自控系统
中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0103-01
0 引言
矿井通风机是矿井的主要设备之一。它的正常、稳定运行直接影响到矿井生产条件、生产效率和井下工人的人身安全。传统的矿井通风机采用的是恒速电动机拖动风机，通过调节挡板或阀门来调节风量，其功率损耗大，运行效率低。随着自动化的发展，结合PLC控制技术和变频调速技术，对通风机进行自动化改造，使其可以根据风量自动调节风机转速，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果，还具有较高的经济效益。
1 系统结构与功能实现
煤矿的矿井通风系统通常是由多台通风机构成对矿井进行供风。通风机的型号大小一般是根据矿井风量的需求来确定，一般应按矿井各阶段中通风最困难时期选择风机型号。在基于PLC的煤礦矿井风机控制系统结构设计中，一般包括风机、PLC以及各种传感器（通常为气压传感器、瓦斯浓度传感器、温度传感器等），以此来组合构成一个完整的闭环控制系统，这其中还应包括由各种系统保护电器组成的保护电路，是对电机以及PLC进行有效保护的重要组成，也是系统各项控制功能实现的基础。将PLC应用到煤矿矿井通风系统中，可以更加方便有效的实现系统的起停、切换、监测、风电联锁以及过热保护等功能。通过PLC与各式传感器的有效配合使用 ，可以在很大程度上提高控制系统的可靠性与安全性，降低系统运行中的故障率，从而有效提高系统设备的运行效率。基于PLC的煤矿矿井通风自控系统，根据其系统的控制要求，一般会提供手动控制以及自动控制两种工作模式，两种工作模式可以自由切换，可以根据系统运行中的实际情况来进行选择。在自动控制的工作模式下，其控制信号的采集与传输是通过传感器与变送器来完成的。采取空气压力传感器可以检测及采集到矿井内的气压信号，然后再通过变送器，将采集到的气压信号变换后送入到A/D转换模块 ，在转换模块中将把模拟信号 转 换 为 数 字 信 号 ，之 后 再 送 入 PLC中，PLC将检测采集到的气压值与内部事先设定好的气压值进行比对，然后根据控制要求输出控制信号来控制通风机的运行工作方式。如果矿井内的气压值在PLC设计控制的范围之内，那么通风机将会实行正常的循环工作方式；当矿井内的气压值没有达到符合PLC内的设计控制要求时，系统将判定为出现突发事故，则会进行系统切换控制，将备用通风机启动与工作通风机一起运行，加大矿井内的通风量，在矿井内的气压值达到设计的控制要求时，再恢复到正常的工作状态。系统的这一工作流程是一个不间断的过程，信号的采集是实时的，控制程序是根据矿井的实际情况事先设定好的，因此可以实现系统的最优化运行，具备安全节能的特性。如果是在有瓦斯气体的矿井通风系统中，那么还应该有瓦斯浓度传感器，通过瓦斯浓度传感器来检测采集矿井的瓦斯浓度信号，然后通过变送器将检测信号变换后送入A/D转换模块进行模数转换，再送入PLC将检测到的数值与设定的数值进行比对分析。当井内瓦斯浓度大于系统设定数值时，PLC将输出控制信号来控制通风机停止工作，并自动将井下的供电电源切断，这是煤矿矿井的风电联锁要求，目的是为了避免因机械触点动作产生电子火花从而点着瓦斯，发生矿井瓦斯爆炸事故。在手动控制的工作模式下，通风机是通过手动开关来进行控制的，不受矿井内气压及其它因素的影响，但是为了防止通风机过度或是疲劳运行，无论是在手动还是自动状态下，当风机累计运行时间超出设定时间后，都要将其切换至另一台风机运行，从而确保风机的运行效率，降低故障率。
2 系统设计方案
为实现上述功能要求，本系统以气压压力和瓦斯浓度为输入参数，利用压力传感器和瓦斯传感器为模拟量输入端接入PLC。以风机为控制对象，PLC为核心控制器，连接两台变频器，控制风机的变频运行。此外，PLC还可控制通风机变频/工频运行状态，手动变频运行状态及故障的报警和停运等。控制系统方框图如图1所示。
3 系统功能实现
（1）风机的远程监控需要经过授权并且采用无人值守的运行方式；
（2）系统安全管理功能：为了避免各种不必要的事故和经济损失， 系统规范了煤矿操作制度，通过用户管理给每个用户设置了不同的操作权限，用户必须使用用户名和密码登录后才能进行操作，个人操作记录模块记录操作情况以备日后查询，这样就避免了因个人随意操作以及误操作所带来的不必要的损失。 还可以在用户管理功能中进行用户的添加、删除以及改变用户权限级别等操作；
（3）对矿井风机的通风负压进行检测，然后计算测绘风机的工况电气特性， 对每台风机的电压、电流、功率以及功率因数等参数进行检测；风机运行数据经远程通信传送到调度室并显示出来，而运行参数以及数据则保存在数据库中供以后进行事故分析和查询使用；
（4）对风机前后轴承的温度进行实时检测现不正常的情况时启动报警装置进行报警并自动切换状态，还可以对不同的报警情况进行类型查询、日期查询、显示结果查询等功能；系统还提供监测数据的实时数据报表、历史数据报表查询和打印等功能。
4 总结
由PLC、变频器、上位机监控等组成的矿井通风机监测控制系统是矿井综合自动化监控系统的一个重要组成部分。在实现向井下输送新鲜空气，维持正常生产，保障安全作业和人员身体健康等方面，起着重要的作用。系统主要通过瓦斯传感器和风压传感器监测工作面的瓦斯浓度和风量大小，进而由PLC调节变频器来控制风机的送风量的大小。PLC和变频器的综合应用使风机始终保持在高效、经济的运行状态，降低了瓦斯事故发生率。同时上位机监控系统具有很强的实时监测和故障诊断能力，对电机的各个运行参数有很好的监控，提高了系统的工作效率、数据精度与可靠性。本文介绍的基于PLC和变频器的煤矿风机自动监测控制系统已经在淮南某矿成功应用，现场运行情况良好，具有较大的推广及应用价值。该系统的应用，将使通风机系统更加安全可靠，必将为企业创造更大的经济和社会效益。
参考文献
[1] 武喜尊. 中国煤矿瓦斯防治形势及钻探技术应用 [J]. 中国煤田地质，2006（4）：12-13.
[2]胡学林. 可编程控制器教程 ：提高篇 [K]. 北京：电子工业出版社，2005.
[关键词]PLC；煤矿风机；自控系统
中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0103-01
0 引言
矿井通风机是矿井的主要设备之一。它的正常、稳定运行直接影响到矿井生产条件、生产效率和井下工人的人身安全。传统的矿井通风机采用的是恒速电动机拖动风机，通过调节挡板或阀门来调节风量，其功率损耗大，运行效率低。随着自动化的发展，结合PLC控制技术和变频调速技术，对通风机进行自动化改造，使其可以根据风量自动调节风机转速，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果，还具有较高的经济效益。
1 系统结构与功能实现
煤矿的矿井通风系统通常是由多台通风机构成对矿井进行供风。通风机的型号大小一般是根据矿井风量的需求来确定，一般应按矿井各阶段中通风最困难时期选择风机型号。在基于PLC的煤礦矿井风机控制系统结构设计中，一般包括风机、PLC以及各种传感器（通常为气压传感器、瓦斯浓度传感器、温度传感器等），以此来组合构成一个完整的闭环控制系统，这其中还应包括由各种系统保护电器组成的保护电路，是对电机以及PLC进行有效保护的重要组成，也是系统各项控制功能实现的基础。将PLC应用到煤矿矿井通风系统中，可以更加方便有效的实现系统的起停、切换、监测、风电联锁以及过热保护等功能。通过PLC与各式传感器的有效配合使用 ，可以在很大程度上提高控制系统的可靠性与安全性，降低系统运行中的故障率，从而有效提高系统设备的运行效率。基于PLC的煤矿矿井通风自控系统，根据其系统的控制要求，一般会提供手动控制以及自动控制两种工作模式，两种工作模式可以自由切换，可以根据系统运行中的实际情况来进行选择。在自动控制的工作模式下，其控制信号的采集与传输是通过传感器与变送器来完成的。采取空气压力传感器可以检测及采集到矿井内的气压信号，然后再通过变送器，将采集到的气压信号变换后送入到A/D转换模块 ，在转换模块中将把模拟信号 转 换 为 数 字 信 号 ，之 后 再 送 入 PLC中，PLC将检测采集到的气压值与内部事先设定好的气压值进行比对，然后根据控制要求输出控制信号来控制通风机的运行工作方式。如果矿井内的气压值在PLC设计控制的范围之内，那么通风机将会实行正常的循环工作方式；当矿井内的气压值没有达到符合PLC内的设计控制要求时，系统将判定为出现突发事故，则会进行系统切换控制，将备用通风机启动与工作通风机一起运行，加大矿井内的通风量，在矿井内的气压值达到设计的控制要求时，再恢复到正常的工作状态。系统的这一工作流程是一个不间断的过程，信号的采集是实时的，控制程序是根据矿井的实际情况事先设定好的，因此可以实现系统的最优化运行，具备安全节能的特性。如果是在有瓦斯气体的矿井通风系统中，那么还应该有瓦斯浓度传感器，通过瓦斯浓度传感器来检测采集矿井的瓦斯浓度信号，然后通过变送器将检测信号变换后送入A/D转换模块进行模数转换，再送入PLC将检测到的数值与设定的数值进行比对分析。当井内瓦斯浓度大于系统设定数值时，PLC将输出控制信号来控制通风机停止工作，并自动将井下的供电电源切断，这是煤矿矿井的风电联锁要求，目的是为了避免因机械触点动作产生电子火花从而点着瓦斯，发生矿井瓦斯爆炸事故。在手动控制的工作模式下，通风机是通过手动开关来进行控制的，不受矿井内气压及其它因素的影响，但是为了防止通风机过度或是疲劳运行，无论是在手动还是自动状态下，当风机累计运行时间超出设定时间后，都要将其切换至另一台风机运行，从而确保风机的运行效率，降低故障率。
2 系统设计方案
为实现上述功能要求，本系统以气压压力和瓦斯浓度为输入参数，利用压力传感器和瓦斯传感器为模拟量输入端接入PLC。以风机为控制对象，PLC为核心控制器，连接两台变频器，控制风机的变频运行。此外，PLC还可控制通风机变频/工频运行状态，手动变频运行状态及故障的报警和停运等。控制系统方框图如图1所示。
3 系统功能实现
（1）风机的远程监控需要经过授权并且采用无人值守的运行方式；
（2）系统安全管理功能：为了避免各种不必要的事故和经济损失， 系统规范了煤矿操作制度，通过用户管理给每个用户设置了不同的操作权限，用户必须使用用户名和密码登录后才能进行操作，个人操作记录模块记录操作情况以备日后查询，这样就避免了因个人随意操作以及误操作所带来的不必要的损失。 还可以在用户管理功能中进行用户的添加、删除以及改变用户权限级别等操作；
（3）对矿井风机的通风负压进行检测，然后计算测绘风机的工况电气特性， 对每台风机的电压、电流、功率以及功率因数等参数进行检测；风机运行数据经远程通信传送到调度室并显示出来，而运行参数以及数据则保存在数据库中供以后进行事故分析和查询使用；
（4）对风机前后轴承的温度进行实时检测现不正常的情况时启动报警装置进行报警并自动切换状态，还可以对不同的报警情况进行类型查询、日期查询、显示结果查询等功能；系统还提供监测数据的实时数据报表、历史数据报表查询和打印等功能。
4 总结
由PLC、变频器、上位机监控等组成的矿井通风机监测控制系统是矿井综合自动化监控系统的一个重要组成部分。在实现向井下输送新鲜空气，维持正常生产，保障安全作业和人员身体健康等方面，起着重要的作用。系统主要通过瓦斯传感器和风压传感器监测工作面的瓦斯浓度和风量大小，进而由PLC调节变频器来控制风机的送风量的大小。PLC和变频器的综合应用使风机始终保持在高效、经济的运行状态，降低了瓦斯事故发生率。同时上位机监控系统具有很强的实时监测和故障诊断能力，对电机的各个运行参数有很好的监控，提高了系统的工作效率、数据精度与可靠性。本文介绍的基于PLC和变频器的煤矿风机自动监测控制系统已经在淮南某矿成功应用，现场运行情况良好，具有较大的推广及应用价值。该系统的应用，将使通风机系统更加安全可靠，必将为企业创造更大的经济和社会效益。
参考文献
[1] 武喜尊. 中国煤矿瓦斯防治形势及钻探技术应用 [J]. 中国煤田地质，2006（4）：12-13.
[2]胡学林. 可编程控制器教程 ：提高篇 [K]. 北京：电子工业出版社，2005.