煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的plc控制實(shí)現(xiàn)【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　電氣工程及自動化</b></p><p>　　煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的PLC控制實(shí)現(xiàn)</p><p>　　摘要：簡要介紹礦井通風(fēng)的重要性，了解我國礦井通風(fēng)的發(fā)展情況，介紹PLC的特點(diǎn)和基本情況，著重介紹礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的工作原理，設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方案

2、。</p><p>　　關(guān)鍵詞：煤礦礦井通風(fēng)；PLC；通風(fēng)機(jī)；檢測系統(tǒng)</p><p>　　礦井通風(fēng)機(jī)是煤礦中最重要的設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著向井下輸送新鮮空氣，同時(shí)向外排出高危氣體和粉塵的重要任務(wù)，在現(xiàn)在對于煤礦安全高要求的環(huán)境下，它的發(fā)展就有很大的必要性 [1]。礦井通風(fēng)技術(shù)是煤礦中減少因瓦斯、煤塵及火災(zāi)造成損失的基礎(chǔ)，合理高效的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的基本保證。隨著科技的發(fā)展，礦井的深度

3、開采，再加上地?zé)?，氣候變暖等一系列因素，?dǎo)致了礦井的溫度增加。要求減少和杜絕煤礦事故的發(fā)生，促進(jìn)煤礦安全技術(shù)的發(fā)展，煤礦礦井通風(fēng)機(jī)的安全監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要 [2]。隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展及企業(yè)煤礦中的需要，國內(nèi)各主要科研單位和生產(chǎn)廠家又相繼推出了KJ90、KJ95、KJ101、kjf2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等監(jiān)控系統(tǒng)，以及MSNM、WEBGIS等煤礦安全綜合化和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測管理系

4、統(tǒng)[3]。</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)上是一臺用于工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，它與一般計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)及組成相似，為了便于接線、擴(kuò)充功能，便于操作與維護(hù)，以及提高系統(tǒng)的抗干擾能力，其結(jié)構(gòu)及組成又與一般計(jì)算機(jī)有所區(qū)別?；窘M成包括CPU、存儲器模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊及外部設(shè)備[4]。用戶將程序輸入到PLC的程序存儲器中，當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，其工作過程一般分為3個(gè)階段，分別為輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段。完

5、成這3個(gè)階段稱為一個(gè)掃描周期[5]。目前，PLC技術(shù)已在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)[6]。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的一個(gè)煤礦礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)，主控部分用PLC來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)施參照某一實(shí)際現(xiàn)場來設(shè)定。系統(tǒng)總體指標(biāo)及功能要求：了解主通風(fēng)機(jī)的工作原理和工作流程；根據(jù)設(shè)定的應(yīng)用參數(shù)給出可行的控制實(shí)施方案；進(jìn)行PLC選型和電氣控制綜合設(shè)置

6、考慮；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、監(jiān)測風(fēng)門位置、風(fēng)機(jī)開停狀態(tài)、反風(fēng)信號等；控制風(fēng)門開/關(guān)、風(fēng)機(jī)啟/停；保證系統(tǒng)安全。 </p><p>　　礦井主通風(fēng)系統(tǒng)主要有組成部分是通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、風(fēng)井等，其中系統(tǒng)的核心部分是主通風(fēng)機(jī)，并且根據(jù)風(fēng)流在葉輪內(nèi)部的流動方向可分為離心式和軸流式。主通風(fēng)機(jī)的特性主要是風(fēng)壓、風(fēng)量、功率、和轉(zhuǎn)速五個(gè)參數(shù)。目前國內(nèi)外主要使用的是軸流式風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)由整流罩、葉輪、導(dǎo)葉、整流體、集風(fēng)器及擴(kuò)散筒等

7、部分組成。對旋軸流式通風(fēng)機(jī)是將一個(gè)葉輪裝在另一葉輪的后面，而葉輪的轉(zhuǎn)向彼此相反，因此需要兩個(gè)容量、型號1完全相同的有隔爆作用的電動機(jī)按相反方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。即第一葉輪順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，第二級葉輪逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。兩級葉輪互為導(dǎo)葉，第一級形成的旋轉(zhuǎn)速度由第二級反向旋轉(zhuǎn)消除并形成單一的軸向流動排出[7]。對旋式軸流式通風(fēng)機(jī)應(yīng)開風(fēng)門啟動，即應(yīng)將通往井下的風(fēng)門關(guān)閉，同時(shí)將地面的進(jìn)風(fēng)門打開，啟動后，打開通往井下的風(fēng)門，同時(shí)關(guān)閉地面進(jìn)風(fēng)門。初始程序中設(shè)定通

8、往井下的風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，地面風(fēng)門處于開啟狀態(tài)。通風(fēng)機(jī)的通道有三個(gè)電動風(fēng)門：立式風(fēng)門，斜風(fēng)門，地面風(fēng)門。其中立式風(fēng)門用低壓三相交流電動機(jī)拖動，由左右限位開關(guān)來檢測風(fēng)門的位置，斜風(fēng)門采用交流電動機(jī)拖動，由上下限位開關(guān)檢測風(fēng)門的位置，限位開關(guān)的常開或常閉觸點(diǎn)向PLC發(fā)出信號并切斷電機(jī)供</p><p>　　下位機(jī)系統(tǒng)的可靠性作為選取的主要參數(shù)，由于PLC具有很高的可靠性，因此符合風(fēng)機(jī)的高可靠性要求[9]。從PLC 的

9、機(jī)外電路來說，使用PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)，與同等規(guī)模的繼電器系統(tǒng)相比，電氣接線已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，因此故障率也就大大降低了。此外PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障可以報(bào)警，在上位機(jī)軟件中也編寫了外圍器件的故障自診斷程序，使外圍電路也獲得故障自我保護(hù)。這樣就使整體控制系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性[10]。</p><p>　　根據(jù)礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行規(guī)程和有關(guān)規(guī)定，并且由于風(fēng)機(jī)裝置的不間斷運(yùn)行特性，礦井主通風(fēng)機(jī)自

10、動控制系統(tǒng)一般設(shè)置兩臺風(fēng)機(jī)，一臺工作，一臺備用。原先采用人工操作的方式來管理和運(yùn)行風(fēng)機(jī)以及觀察風(fēng)機(jī)參數(shù)。但是該方式因操作過程復(fù)雜、工作強(qiáng)度大、自動化程度低、不適合現(xiàn)代化礦井管理，為了提高效率及保護(hù)設(shè)備，該系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)的各種運(yùn)行、工藝參數(shù)進(jìn)行了在線監(jiān)控；同時(shí)為了能夠做到遠(yuǎn)程無人值守控制及遠(yuǎn)程故障診斷的需要，組建了企業(yè)級的以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[11]。整個(gè)監(jiān)測控制系統(tǒng)主要包括PLC檢測系統(tǒng)和上位機(jī)組態(tài)軟件系統(tǒng)兩個(gè)部分，其中PLC 測控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對主

11、通風(fēng)機(jī)溫度，風(fēng)洞，電氣等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將上位機(jī)軟件傳來的控制命令傳至電機(jī)，風(fēng)門等被控對象；而上位機(jī)組態(tài)軟件系統(tǒng)要求將PLC 測控系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按照生產(chǎn)實(shí)際在上位機(jī)上進(jìn)行顯示，使工作人員簡化工作，并能達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，同時(shí)將用戶的控制命令傳給PLC 測控系統(tǒng)[12]。</p><p>　　PLC在礦井主通風(fēng)機(jī)自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它是這個(gè)控制系統(tǒng)的核心，引導(dǎo)指揮著整套系統(tǒng)的運(yùn)作順序。所以選

12、擇PLC型號也應(yīng)慎之以慎。需要經(jīng)過對通風(fēng)機(jī)性能的分析，控制系統(tǒng)實(shí)際需要的點(diǎn)數(shù)，以及考慮到今后煤礦安全的需要，合理選定PLC型號[13]。盡管PLC在設(shè)計(jì)制造時(shí)已采取了很多措施，使它對工業(yè)環(huán)境比較適應(yīng)，但是為了確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，還是應(yīng)當(dāng)盡量使PLC有良好的工作環(huán)境條件，并采取必要的抗干擾措施。例如對于電源干擾的抑制。一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。選用隔離性能較好的設(shè)備、選用優(yōu)良的電源、動力線和信號線走線要

13、更加合理等等，對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁性良好的材料進(jìn)行屏蔽處理，以防止外界干擾信號的影響。還有正確選擇接地地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)[14]。</p><p>　　在選定PLC的型號以及保護(hù)裝置之后，接下來就是對PLC進(jìn)行編程。PLC 是專門為工業(yè)控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的自動控制裝置，有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，邏輯設(shè)計(jì)法，時(shí)序圖設(shè)計(jì)法，順序控制設(shè)計(jì)法等編程方法[15]。對于在通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中編程實(shí)現(xiàn)。首先系統(tǒng)帶

14、電進(jìn)行初始化，檢查系統(tǒng)外部條件是否正常。若不正常，則顯示相應(yīng)設(shè)備故障，提醒操作人員進(jìn)行處理；若正常，則進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)的處理。包括邏輯控制及邏輯判斷。然后將上位機(jī)需要的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)，等待上位機(jī)的讀取。然后根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理[16]。</p><p>　　基于PLC的通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中,選用傳感器、交流器等檢測裝置，實(shí)現(xiàn)了主扇風(fēng)機(jī)性能及狀態(tài)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制，并實(shí)現(xiàn)了正常通風(fēng)與發(fā)風(fēng)的控制。同時(shí)風(fēng)

15、機(jī)無人值守自動控制系統(tǒng)用于現(xiàn)場后,由于改善了風(fēng)機(jī)的控制方式及風(fēng)機(jī)供風(fēng)性能,提高了系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性,減少了風(fēng)機(jī)的風(fēng)量損耗,提高了運(yùn)行效率,大量節(jié)省了系統(tǒng)電量消耗，保證了主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行，提高了主通風(fēng)機(jī)的自動化管理水平。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊波,王峰,劉自學(xué). 基于PLC 的礦井主扇風(fēng)機(jī)無人值守系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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