基于PLC的SL400型通风机智能控制系统的研究

基于 PLC的 SL400型通风机智能控制系统的研究

巩建潇

东营市齐鲁物贸有限公司 山东东营 257000

摘要：矿井瓦斯严重威胁着矿井作业人员的生命安全，需设置通风机进行通风。通过PLC工业控制器设计出智能调节的通风机控制系统，优化该矿通风机整机系统，以瓦斯浓度控制为目标，实时调整通风机供风量。本文以SL400型轴流式通风机为研究对象，应用自动化监测、数据采集、故障诊断、PLC控制等技术构建通风机智能控制系统。在TIAPortal平台上实现对PLC控制程序、监控系统主程序的设计开发，最后完成该套智能控制系统的设计，有力保障了井下作业的安全，为同类型井下通风机控制系统的设计提供了重要参考。

关键词：PLC；SL400型；通风机；智能控制系统

引言

为确保井下综采面的生产安全，在井下设置有矿井通风系统，目前，我国绝大多数煤矿的矿井通风控制系统自动化程度低，风机长期处于全频率工作状态，造成了电力资源的极大浪费，同时无法根据井下巷道内瓦斯的浓度进行风量的实时调整，易造成瓦斯突出事故，因此建立井下矿井通风智能控制系统，使通风系统能够根据瓦斯浓度对风量进行自动调节，降低通风系统的能源消耗，提高煤矿井下作业安全，已经成为煤炭生产企业必须解决的关键问题。

1PLC控制技术的应用

PLC称为可编程控制器，是工业生产领域常用的一种智能控制设备，具有可靠性较高、故障率较低等优点，对外界干扰信号抵制能力强。设备内部有多种可拓展的接口，研究人员可根据自身所需研发出专用的功能模块。PLC控制器编程方法较为简单。在煤矿井下狭小的作业空间内，PLC设备具有体积小、易携带等特点，在煤矿设备上广泛应用。PLC常常与变频器联合应用，可提高通风机的工作效率，减小启动时的功耗，并具有过载保护、超压停机等功能。

2SL400型通风机

矿用通风机从其结构可以分为前、中、后三大部分，前面主要是集流器、流线罩等结构，主要是对流入通风机内的气体流向起到导向控制作用。中间部分主要是通风机电机与叶片，是对空气进行加速的主要结构。通常可以通过控制叶片形状或者是电机转速实现对通风机内流体通量的控制，对于通风机的控制起着重要的作用。通风机后部结构主要包括后导向叶与扩散器，其结构主要作用是降低空气流出通风机时产生的振动噪音，可有效提高空气静压比例，达到节能的效果。SL400型通风机具有很强的通风能力，空气输送效能高。由集流器、流线罩、前导向叶、叶轮、后导向叶、扩散器组成，通风机输送风的能力受诸多因素影响，如通风机电机的功率、节流阀、轴向导流器、旋转叶片等。因此，对通风机风量的控制可以借助上述功能对轴流式通风机进行调整，达到远程控制井下环境通风量的目的。

3基于PLC的SL400型通风机智能控制系统设计

3.1通风机的智能控制系统

主要对通风机的各类运行参数进行监测，并通过PLC控制器对通风机的电机、风门等结构进行控制。基于通风机振动信号，对其信号进行分析、诊断，可以对通风机常见故障进行预先识别与报警。

3.1智能控制系统的硬件设计

3.1.1PLC结构的设计

PLC作为一种可编程的电控操作系统，在工业生产中被广泛使用，能够实现如逻辑运算、计时等操作指令，计算精准、逻辑运算速度快。本套智能控制系统PLC结构主要功能是实现对温度、风量以及电信号的实时监测与分析，可接受控制中心发来的控制命令，同时也可以对通风机进行控制。

3.1.2变压器

考虑到井下作业环境，以及煤矿开采中通风机的重要性，引入两套相对比较独立的供电系统设计，为主副供电关系。当其中一套供电线路产生故障时，可以立马切换到另外一套供电系统。两个独立电源是由2台变压器组成，选择的型号为MJS-1200/6/0.5kV，容量为1200kVA。

3.1.3变频器

根据该通风机实际需要，选择西门子公司生产的SHJ-2050型变频器，该变频器具有较好的可靠性，抗干扰能力强，非常适用于井下作业环境。

3.1.4通风机振动传感器

通风机的振动信号反应了其目前的振动特性，能够较好地反应出通风机的状态，通过振动信号的分析，可以了解、诊断通风机的故障。本设计方案中选择了美国VITEC振动传感器，可实现信号的采集、传输，同时具有较高的测量精度，使用较为方便。

3.2智能控制系统的软件设计

根据通风机的实际功能，以及应用需求，对整个井下通风系统工艺过程、控制要求、性能参数等进行分析，提出对软件的总体结构设计。在TIAPortal平台上实现智能监控系统主系统界面设计、PLC控制程序等。使用嵌套式程序设计，也就是各个子功能单独成一个子系统，智能控制系统的各个功能集成到一个比较大的环境中，实现对程序设计的拆解，有效降低了设计难度。本套系统中软件编程由第三方专业程序编程公司合作完成，智能控制系统的数据库基于微软公司的SQLServer创立，该管理系统具有较好的操作性以及易于使用等特点。

4控制原理

4.1自动停机

利用时间继电器控制启动电路。先设定好工作时间，然后启动风机，等风机运行到设定时间便会自动停止。时间设定可依据现场工作时间而自由设定。停止后的二次启动操作同上。在手动启动运行中，可根据需要随时手动停止运行。

4.2烟雾超标自动启动

通过烟雾检测器感应到烟雾浓度超标后发出报警提示，辅助触点控制启动电路。该系统烟雾超标启动后，特设了防止作业人员自行停机功能，即手动无法停机，只有当达到时间继电器设定值和烟雾浓度降到烟雾检测器标准值以下时，才能自动停机。烟雾检测器的浓度范围可依据现场情况而设定，但不得高于国家规定的数值。

4.3红外线人体感应自动启动

当工作人员进入红外线感应器探测范围内时，红外线感应器的常开触点控制继电器，以达到控制启动电机的目的。由于有些作业面白班人员出入多，为了避免此时段风机频繁启动，在系统中添加了时控开关，每天24小时当中任意时段可控。该功能与烟雾启动方式停机相同，启动后不能手动停机，运行时间通过时间继电器控制。

4.4电动机故障保护自动停机

利用JR系列高灵敏热继电器、JD系列电动机保护器自带的过流、断相、过载、堵转等功能，当两者同时无故障时，方可启动风机；当其中任何一个出现故障时，则无法启动风机或自动停机。

5控制效果

将设计的智能风机控制调节系统应用于辛置煤矿，改造后的智能风机控制系统对风速的变化有了明显的控制，风速波动频率较小，波动幅度范围在8%以内，确保了风速的平稳，针对不同的瓦斯浓度也可以维持稳定的通风量。在新型智能控制调节系统的作用下，通风机通过调整风扇转速有效控制了瓦斯浓度，比原有的通风机系统对瓦斯浓度的控制效果更好，保障了煤矿企业安全生产。

结束语

（1）该控制系统具有更高的智能化控制能力，功能更加全面，对数据的采集及分析处理能力更强；（2）该控制系统的应用，提高了对采煤机的故障报警率，加快了人员对采煤机故障的排除效率；（3）该控制系统的应用，采煤机的故障发生率降低了将近45%，减轻了作业及维修人员的劳动强度，实现了对采煤机的远程检测控制；（4）该研究可对提高采煤机的开采效率及作业安全性具有重要意义，也可为进一步开展采煤机控制功能的升级改进设计提供重要参考。

参考文献

[1]梁斌，牛延博.基于BP神经网络的采煤机自动调高PID控制系统研究[J].煤矿机械，2021，42（2）：165-167.

[2]魏勇.电牵引采煤机电控系统的优化设计与改造[J].机电工程技术，2021，50（1）：197-199.

[3]郭鹏.基于PLC的采煤机电控系统的设计与应用[J].机械管理开发，2020，35（11）：225-226；243.

[4]刘锐红.采煤机截割部滚筒智能化控制研究[J].机械管理开发，2020，35（11）：82-83；124.