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【摘 要】 随着煤矿开采规模的不断扩大，瓦斯灾害问题日益突出。在煤矿安全生產中矿井通风系统起着极其重要的作用。矿井通风机因为承担着向井下输送新鲜空气、瓦斯气体排放的重任，是煤矿安全生产的关键设备，因此对矿井通风机的各个参数和瓦斯浓度的监控非常必要。下面笔者通过对煤矿风机自控系统的构造原理和PLC系统的软件设计的分析，对PLC在煤矿风机控制系统中的应用进行简要的探析。
【关键词】 PLC；煤矿风机；软件设计；控制；应用
一、前言
可编程逻辑控制器系统（PLC）是综合考虑了电气、计算机、机械、信息和其他先进学科领域之后，并以现今飞速发展的编程信息技术作为基础，逐渐应用到传统工程行业领域中来。在我国的煤矿工程的井下开采阶段，通过借助PLC技术，不但能在很大程度上减少开采人员的工作量，节约煤矿企业运行成本，提升生产工作效率，还可以建立良好的矿山安全开采环境。从当前可编程逻辑控制器系统的应用情况来看，不论是在煤矿机械中重型设备的维护，还是自动化安全生产监控方面，PLC技术都取得了良好的成果，为我国社会建设和可持续发展创造了有利条件。
二、煤矿风机自控系统的构造原理
煤矿风机具有需多台同时作业供风、用电量大等特征，因此，整个煤矿风机自控系统需要多台功率较大的电机。本文对煤矿风机自控系统进行了介绍，通过PLC实现四台电机高压风机的自动化远程控制。高压控制柜综合电量采集模块、温度传感器、风包排污管路电动阀、压力传感器、PLC主控制柜、开停传感器、调度室工控机等部件是煤矿压风机自动控制系统的主要组成部分。
1、传感器部分
现场的实时物理量号采集工作是以现场传感器为基础实现的，电流信号输出标准为4至20mA，PLC控制柜分别接收配备二线制RVVP电缆传输的信号。电量、温度、流、电功率、电压及压力等都是这一系统的现场传感器组成部分。全部的传感器相关安装位置为：第一，安装1台湿度、温度传感器，实现环境湿度和稳定的实时监测。第二，通过综合电量监测装置实现电动机无功功率、电压、电流、功率因数以及有功功率等电量参数的实时采集，使用RS485总线将所有综合电量采集设备连接起来，再将其与集分站RS485接口连接在一起。第三，在供电电路中安装开停传感器。第四，在总管路出口部位安装压力传感器，实现总管路压力的实时监测。第五，将压力传感器设置在风包和冷却器之间，实现分管路压力的实时监测。第六，将压力传感器设置在压风机齿轮油泵排油管路上，实现压风机油压的实时监测。第七，将供水状态传感器安装在冷却水管路入口，实现冷却水管路工作状态的实时监测。第八，将温度传感器安装在水泵冷却水出口管路上，实现冷却水出水温度的实时监测。第九，将温度传感器安装在水泵冷却水进水管路上，实现冷却水进水温度的实时监测。第十，将温度传感器安装在风包上，实现风包温度的实时监测。第十一，在一、二级气缸处安装压力传感器，以实时监测一、二级排气压力。第十二，将温度传感器安装于一、二级气缸处，以实时监测一、二级排气温度。
2、PLC控制柜
以西门子S7-200PLC作为PLC控制系统的现场监控核心，具有可以实时人机界面（HMI）选择以及多样性的功能模块等典型优势，这一监控核心具有模块化的结构，通过上位计算机（选择工业以太网或者profibus）和各自通信接口的配置，能够提高该系统技术和配置的可靠性，从而满足现场使用要求。这一部分是完全依据特定的操作方法，实现对总管空气压力的实时采集，保护和运行压风机的功能，从而实现煤矿风机的自动控制。
本次系统设计需进行大量模拟量的采集，所以，需要将1台采集分站安装在PLC控制柜中，从而实现模拟量的传输和采集。PLC控制柜的门板上通常设置有触摸屏，从而为用户对设备运行状态的实时监控和操作提供方便。触摸屏的使用能够为压风机各类的参数监控提供方便，并有助于参数的就地控制和设定。
三、PLC系统的软件设计
1、上位机软件的设计
本次设计中，使用西门子公司WinccV6.OSP3ASIA专业组态软件作为开发平台进行上位机编程，再利用自主研发通过二次开发实现压风机的自动控制，充分体现出该系统便捷的生产数据处理功能，以及人机操作界面特征。这一系统能够同时监控较多的界面，主要涉及报表查询界面、报警查询界面、风机效能曲线界面、压风机参数界面、压风机集控界面等。上位机软件具有远程控制压风机这项功能，可以设置操作密码和权限，防止非专业人员操作导致设备故障。
2、PLC软件的设计
因为所有压风机都具有一定的控制标准，利用PLC实现全部相应闭锁功能、信号传送及信号的控制，再向上位计算机传输数据，并显示所有各自需要的数据。通过西门子公司生产的标准版STEP7STEP7-Micro/WIN编程软件实施PLC程序的编辑和操作。本次设计中软件编写选择模块化的方式，利用通用程序模块编写结构基本相同、功能相近的程序。通过调用数字块（DB）、功能块（FB、FC）、组织块（OB）等各个模块，实现较为复杂的控制算法，而且程序结构则较为简单。
设计软件之前，需将硬件组态置入STEP7软件。将信号模块、电源及CPU等各项设备安装于各自机架上，并对PLC硬件参数进行设置。为了进一步缩减扫描时间，STEP7内各种硬件组态工具将会屏蔽未得到应用的模拟量输入通道，并对硬件上未得到应用的通道输入端进行短路处理，以逐步提高系统的实时处理能力。
四、PLC在煤矿风机控制系统中的应用
本文所涉及煤矿中同时运行5台常规的地面压风机，由于压风机无法对其运行数据进行直接显示，因而在实际运行过程中，压风机得不到有效的安全保障。因此，该煤矿在其风机自控系统中应用PLC，其主要目标在于实时监测风机各项运行参数，同时在压风机监测室中警报或显示全部有关压风机运行状态的各项参数，从而建成交换机下的全矿井综合自动化监控平台。
现场全部电动机均设置有1个电动机励磁柜，2个电流互感器，3个高压启动柜上的电压互感器以及1个高压启动柜。全部压风机都需安装风压测量装置，却均应配置有1个开停传感器，以监视电动机的开停状态；同时，全部电动机都应预设后轴承温度传感器以及绕组温度传感器。如果风包温度达到120℃以上，需停止设备的运行；如果二级排气温度不足160℃，需停止设备的运行；如果二级排气压力超过0.75MPa，需停止设备的运行；如果一级排气压力超过0.24MPa，则需要进行报警处理；如果润滑油温度超过60℃，则需要进行报警处理；如果润滑油的压力降低到不足0.25MPa时，需停止设备的运行。
五、结束语
综上所述，PLC应用于煤矿风机自控系统中，具有控制自动化、采集风机参数、数据处理以及报警故障等功能。现阶段，PLC系统在煤矿生产中得到了广泛的应用，并在运行过程中表现出了稳定性较高的优势，同时，压风机现场安装全方位摄像仪，能够呈缩值班室、压风机以及监视配电室等情况，最终实现无人值守下压风机有效运行的目标。
参考文献：
[1]乔东凯：《PLC和变频器在电厂控制系统中的应用》，《煤矿机械》，2009年02期
[2]吴燕翔，李权任，成萍，刘雨青：《基于PLC的矿井通风机变频控制系统的设计》，《科学技术与工程》，2009年16期
[3]樊金荣，张志俊：《PLC梯形图的顺序控制设计法》，《电气时代》，2008年03期
[4]肖有洋，谷志刚，高冲，刘兆洁：《ABPLC在风机控制系统中的冗余设计与应用》，《科技信息》，2011年22期
【关键词】 PLC；煤矿风机；软件设计；控制；应用
一、前言
可编程逻辑控制器系统（PLC）是综合考虑了电气、计算机、机械、信息和其他先进学科领域之后，并以现今飞速发展的编程信息技术作为基础，逐渐应用到传统工程行业领域中来。在我国的煤矿工程的井下开采阶段，通过借助PLC技术，不但能在很大程度上减少开采人员的工作量，节约煤矿企业运行成本，提升生产工作效率，还可以建立良好的矿山安全开采环境。从当前可编程逻辑控制器系统的应用情况来看，不论是在煤矿机械中重型设备的维护，还是自动化安全生产监控方面，PLC技术都取得了良好的成果，为我国社会建设和可持续发展创造了有利条件。
二、煤矿风机自控系统的构造原理
煤矿风机具有需多台同时作业供风、用电量大等特征，因此，整个煤矿风机自控系统需要多台功率较大的电机。本文对煤矿风机自控系统进行了介绍，通过PLC实现四台电机高压风机的自动化远程控制。高压控制柜综合电量采集模块、温度传感器、风包排污管路电动阀、压力传感器、PLC主控制柜、开停传感器、调度室工控机等部件是煤矿压风机自动控制系统的主要组成部分。
1、传感器部分
现场的实时物理量号采集工作是以现场传感器为基础实现的，电流信号输出标准为4至20mA，PLC控制柜分别接收配备二线制RVVP电缆传输的信号。电量、温度、流、电功率、电压及压力等都是这一系统的现场传感器组成部分。全部的传感器相关安装位置为：第一，安装1台湿度、温度传感器，实现环境湿度和稳定的实时监测。第二，通过综合电量监测装置实现电动机无功功率、电压、电流、功率因数以及有功功率等电量参数的实时采集，使用RS485总线将所有综合电量采集设备连接起来，再将其与集分站RS485接口连接在一起。第三，在供电电路中安装开停传感器。第四，在总管路出口部位安装压力传感器，实现总管路压力的实时监测。第五，将压力传感器设置在风包和冷却器之间，实现分管路压力的实时监测。第六，将压力传感器设置在压风机齿轮油泵排油管路上，实现压风机油压的实时监测。第七，将供水状态传感器安装在冷却水管路入口，实现冷却水管路工作状态的实时监测。第八，将温度传感器安装在水泵冷却水出口管路上，实现冷却水出水温度的实时监测。第九，将温度传感器安装在水泵冷却水进水管路上，实现冷却水进水温度的实时监测。第十，将温度传感器安装在风包上，实现风包温度的实时监测。第十一，在一、二级气缸处安装压力传感器，以实时监测一、二级排气压力。第十二，将温度传感器安装于一、二级气缸处，以实时监测一、二级排气温度。
2、PLC控制柜
以西门子S7-200PLC作为PLC控制系统的现场监控核心，具有可以实时人机界面（HMI）选择以及多样性的功能模块等典型优势，这一监控核心具有模块化的结构，通过上位计算机（选择工业以太网或者profibus）和各自通信接口的配置，能够提高该系统技术和配置的可靠性，从而满足现场使用要求。这一部分是完全依据特定的操作方法，实现对总管空气压力的实时采集，保护和运行压风机的功能，从而实现煤矿风机的自动控制。
本次系统设计需进行大量模拟量的采集，所以，需要将1台采集分站安装在PLC控制柜中，从而实现模拟量的传输和采集。PLC控制柜的门板上通常设置有触摸屏，从而为用户对设备运行状态的实时监控和操作提供方便。触摸屏的使用能够为压风机各类的参数监控提供方便，并有助于参数的就地控制和设定。
三、PLC系统的软件设计
1、上位机软件的设计
本次设计中，使用西门子公司WinccV6.OSP3ASIA专业组态软件作为开发平台进行上位机编程，再利用自主研发通过二次开发实现压风机的自动控制，充分体现出该系统便捷的生产数据处理功能，以及人机操作界面特征。这一系统能够同时监控较多的界面，主要涉及报表查询界面、报警查询界面、风机效能曲线界面、压风机参数界面、压风机集控界面等。上位机软件具有远程控制压风机这项功能，可以设置操作密码和权限，防止非专业人员操作导致设备故障。
2、PLC软件的设计
因为所有压风机都具有一定的控制标准，利用PLC实现全部相应闭锁功能、信号传送及信号的控制，再向上位计算机传输数据，并显示所有各自需要的数据。通过西门子公司生产的标准版STEP7STEP7-Micro/WIN编程软件实施PLC程序的编辑和操作。本次设计中软件编写选择模块化的方式，利用通用程序模块编写结构基本相同、功能相近的程序。通过调用数字块（DB）、功能块（FB、FC）、组织块（OB）等各个模块，实现较为复杂的控制算法，而且程序结构则较为简单。
设计软件之前，需将硬件组态置入STEP7软件。将信号模块、电源及CPU等各项设备安装于各自机架上，并对PLC硬件参数进行设置。为了进一步缩减扫描时间，STEP7内各种硬件组态工具将会屏蔽未得到应用的模拟量输入通道，并对硬件上未得到应用的通道输入端进行短路处理，以逐步提高系统的实时处理能力。
四、PLC在煤矿风机控制系统中的应用
本文所涉及煤矿中同时运行5台常规的地面压风机，由于压风机无法对其运行数据进行直接显示，因而在实际运行过程中，压风机得不到有效的安全保障。因此，该煤矿在其风机自控系统中应用PLC，其主要目标在于实时监测风机各项运行参数，同时在压风机监测室中警报或显示全部有关压风机运行状态的各项参数，从而建成交换机下的全矿井综合自动化监控平台。
现场全部电动机均设置有1个电动机励磁柜，2个电流互感器，3个高压启动柜上的电压互感器以及1个高压启动柜。全部压风机都需安装风压测量装置，却均应配置有1个开停传感器，以监视电动机的开停状态；同时，全部电动机都应预设后轴承温度传感器以及绕组温度传感器。如果风包温度达到120℃以上，需停止设备的运行；如果二级排气温度不足160℃，需停止设备的运行；如果二级排气压力超过0.75MPa，需停止设备的运行；如果一级排气压力超过0.24MPa，则需要进行报警处理；如果润滑油温度超过60℃，则需要进行报警处理；如果润滑油的压力降低到不足0.25MPa时，需停止设备的运行。
五、结束语
综上所述，PLC应用于煤矿风机自控系统中，具有控制自动化、采集风机参数、数据处理以及报警故障等功能。现阶段，PLC系统在煤矿生产中得到了广泛的应用，并在运行过程中表现出了稳定性较高的优势，同时，压风机现场安装全方位摄像仪，能够呈缩值班室、压风机以及监视配电室等情况，最终实现无人值守下压风机有效运行的目标。
参考文献：
[1]乔东凯：《PLC和变频器在电厂控制系统中的应用》，《煤矿机械》，2009年02期
[2]吴燕翔，李权任，成萍，刘雨青：《基于PLC的矿井通风机变频控制系统的设计》，《科学技术与工程》，2009年16期
[3]樊金荣，张志俊：《PLC梯形图的顺序控制设计法》，《电气时代》，2008年03期
[4]肖有洋，谷志刚，高冲，刘兆洁：《ABPLC在风机控制系统中的冗余设计与应用》，《科技信息》，2011年22期