張仕元

摘 要：在煤礦生產(chǎn)中，通風(fēng)機(jī)承擔(dān)著整個(gè)礦井的工作任務(wù)，因此是最為重要設(shè)備。良好的礦井通風(fēng)能夠確保煤礦生產(chǎn)安全，通風(fēng)機(jī)作為礦井唯一的通風(fēng)設(shè)備，其在為井下?lián)Q氣的同時(shí)，由于持續(xù)處于強(qiáng)電流、高電壓的狀態(tài)，因此會(huì)消耗電量的能源。在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的今天，為了確保煤礦井下生產(chǎn)安全，需要對(duì)于通風(fēng)機(jī)實(shí)施監(jiān)控，以提高通風(fēng)機(jī)的使用效率。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；通風(fēng)機(jī)

1.通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1.通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)功能

通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括通風(fēng)機(jī)、控制設(shè)備以及電氣設(shè)備。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程中，由于通風(fēng)機(jī)需要不間斷運(yùn)行，所以需要兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)相互切換運(yùn)行。通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制部分可以控制系統(tǒng)中的任意一臺(tái)電機(jī)，對(duì)于電機(jī)的啟動(dòng)或者是停止都屬于控制系統(tǒng)的操作范圍內(nèi)。當(dāng)煤礦處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)會(huì)采用自控控制模式，根據(jù)環(huán)境需求調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，變頻器也會(huì)相應(yīng)地調(diào)整頻率，讓系統(tǒng)處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的傳動(dòng)部分是通過(guò)變頻器來(lái)工作的。為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制和監(jiān)測(cè)，通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的通訊信號(hào)的傳遞通過(guò)PROFIBUS和PLC來(lái)完成。變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行是通過(guò)切換柜來(lái)完成的。

監(jiān)測(cè)部分所采用的是包括變頻器在內(nèi)的采集模塊，除了對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集之外，還要收集設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及通風(fēng)工藝數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被傳送給PLC模擬量模塊并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理之后，控制和監(jiān)測(cè)的性能就會(huì)在上位機(jī)上形成人機(jī)界面。在參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)測(cè)上，所采用的是裝有組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)，所有的功能通過(guò)觸摸屏就可以實(shí)現(xiàn)。煤礦的調(diào)度室對(duì)于這些數(shù)據(jù)的掌握是通過(guò)GPS獲得的，并以這些數(shù)據(jù)信號(hào)作為參數(shù)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)情況統(tǒng)一調(diào)配。

1.2.通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主電氣設(shè)計(jì)方案

1.2.1.高壓電氣方案

為了確保通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)共設(shè)置通風(fēng)機(jī)3臺(tái)，高壓開(kāi)關(guān)柜18臺(tái)，其中進(jìn)線柜兩個(gè)，變壓器柜以及PT柜各3個(gè)，母線柜和出線柜分別為4個(gè)和6個(gè)。高壓開(kāi)關(guān)柜中的元件有高壓熔斷器、高壓真空斷路器、過(guò)壓保護(hù)器以及綜合保護(hù)裝置等等。

1.2.2.低壓電氣方案

根據(jù)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)際應(yīng)用情況，供電方式上由高壓開(kāi)關(guān)柜提供電源。2臺(tái)低壓開(kāi)關(guān)柜中，其中的1號(hào)低壓開(kāi)關(guān)柜采用的是雙回路設(shè)計(jì)，供電情況上，主要由1號(hào)高壓開(kāi)關(guān)柜和2號(hào)高壓開(kāi)關(guān)柜所變柜供電；2號(hào)開(kāi)關(guān)柜由3號(hào)所變柜供電。操作臺(tái)包括有3個(gè)臺(tái)，主臺(tái)1個(gè)，輔臺(tái)2個(gè)，在操作臺(tái)里面設(shè)置有UPS電源，采用了低壓開(kāi)關(guān)柜的供電方式。在主臺(tái)的設(shè)計(jì)上，由觸摸屏和在線檢測(cè)工控機(jī)構(gòu)成，控制方式上分為操作臺(tái)和上位機(jī)兩種，其中的控制臺(tái)主要用于應(yīng)急處理，以確保在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，PLC以及變頻器都可以正常運(yùn)行。系統(tǒng)共設(shè)置3臺(tái)PLC柜，對(duì)于通風(fēng)機(jī)以及輔助設(shè)備都具有一定的控制作用。在正常運(yùn)行的3臺(tái)通風(fēng)機(jī)中，兩臺(tái)相互交替運(yùn)行第三臺(tái)通風(fēng)機(jī)則處于單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)。在電源的提供上，2號(hào)PLC柜和3號(hào)PLC柜都為1號(hào)PLC柜以及PLC模塊提供電源。

2.通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，PLC柜設(shè)計(jì)為3個(gè)，作為整個(gè)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的樞紐，其作用是承擔(dān)系統(tǒng)的控制作用以及對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)的采集。

按照通風(fēng)機(jī)的功能要求，在PLC柜里面安裝有冗余接口模塊、16點(diǎn)數(shù)字量輸出DO模塊、32點(diǎn)數(shù)字量輸出DO模塊、32點(diǎn)數(shù)字量輸入DI模塊、4路模擬量輸出AO模塊和8路模擬量輸入AI模塊。其他的電氣元件包括有繼電器和空氣開(kāi)關(guān)等等。鑒于系統(tǒng)承擔(dān)著單個(gè)CPU以及信號(hào)模塊的故障監(jiān)測(cè)，因此，要將接口模塊連接到模擬量輸入輸出模塊和數(shù)字量輸入輸出模塊進(jìn)行組態(tài)，并選取冗余的使用方式。

3.通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)所采用的為STEP7軟件完成的模塊化設(shè)計(jì)，控制流程以及工藝方案都是建立在確保通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行正常的基礎(chǔ)上的。那么，變頻器控制電機(jī)就可以對(duì)于運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行切換。處于常態(tài)下的切換柜，如果遇到變頻器發(fā)生故障，為了確保通風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，切換柜就會(huì)自動(dòng)切換到備用狀態(tài)。

OB組織模塊的設(shè)計(jì)的功能是當(dāng)CPU停止工作的時(shí)候，確保系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此，要在CPU組塊中安裝OB70、OB80、OB82、OB87、OB121、OB122等。FC、FB程序塊設(shè)計(jì)上，采用FC4程序塊設(shè)計(jì)，其功能用于采集電流信號(hào)、功率信號(hào)以及變頻器轉(zhuǎn)速等等，在信號(hào)的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)上，調(diào)用FBI來(lái)執(zhí)行。FC4程序的處理是通過(guò)上位機(jī)將數(shù)值輸入進(jìn)去，經(jīng)過(guò)程序處理后傳送給變頻器，從而起到了調(diào)節(jié)變頻器的作用。當(dāng)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時(shí)，兩臺(tái)變頻器會(huì)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。按照FC4程序塊設(shè)計(jì)，變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度所采用的方式為同時(shí)給定方式。

4.結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，煤礦礦井的環(huán)境非常惡劣，主要是因?yàn)榈叵碌拿簩又袝?huì)釋放一些有毒氣體，伴隨著容易燃燒的粉塵，加之機(jī)械設(shè)備所釋放出來(lái)的熱量以及空氣中過(guò)高的熱度和濕度，都會(huì)對(duì)于井下工作人員造成極大的健康威脅。本論文對(duì)于通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制與監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以全自動(dòng)化控制的方式實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性的運(yùn)行，以滿(mǎn)足煤礦井下作業(yè)的需求。

參考文獻(xiàn)：

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