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摘 要

本文介绍了一种基于PLC的矿井通风控制系统，以瓦斯浓度为主控参数，通过PLC控制变频器实现变频调速，调节通风电机转速实现最优控制，达到安全监控与节能的目的，可以有效地解决以前矿井通风控制负荷波动大、系统故障率高、能源浪费严重等一系列问题。同时，系统具有自动和手动两种控制方式，便于对系统进行维护，并能通过应用软件对矿井通风控制系统进行监控和远距离控制，提高效率，从而实现自动控制。

关键词：PLC，变频调速，自动控制

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PLC-based mine ventilation control system design

Abstract

This paper introduces a PLC-based control system of the mine ventilation, gas concentration of the control parameters, by PLC control achieving VVVF inverter and motor speed regulation of ventilation to achieve optimal control, achieve security monitoring and energy efficiency. It can be effectively addressed mine ventilation control load fluctuations, the system failure rate is high and the serious waste of energy and other issues. Meanwhile, both manual and automatic control system to facilitate maintenance of the system repair, Application software and pass on mine can be controlled by application software. Improve efficiency, so as to achieve automatic control.

Keywords: PLC, Speed Regulation by Frequency Variation, Automatic Control

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目 录

1 引言 ...................................................................................................................... 3 2 设计方案的拟定 .................................................................................................. 3 3 系统的结构及工作原理 ...................................................................................... 4 3.1 系统的结构 ................................................................................................. 4 3.2 系统的控制原理 ......................................................................................... 4 3.3 系统的运行方式 ......................................................................................... 5 3.4 变频调速原理 ............................................................................................. 6 3.5 PID调节原理介绍 ................................................................................... 7 4 提高通风机装臵综合效率 .................................................................................. 9 4.1 风机调速 ..................................................................................................... 9 4.2 调整轴流风机叶片安装角度 ................................................................... 10 4.3 更换电机 ................................................................................................... 10 4.4 采用“子母”风机 ................................................................................... 11 5 硬件的设计 ........................................................................................................ 11 5.1 PLC类型的选用 .................................................................................... 11 5.2 变频器类型的选用及接线方式 ............................................................... 12 5.3 瓦斯传感器的选择 ................................................................................... 12 5.4 压力传感器的选择 ................................................................................... 13 5.5 变送器的选择 ........................................................................................... 13 5.6 电机的选择 ............................................................................................... 14 5.6 电源的供电方式 ....................................................................................... 14 5.7 故障处理及保护功能 ............................................................................... 16 6 软件的实现 ........................................................................................................ 17 6.1 PLC的I/O分配 ..................................................................................... 17 6.2 PLC接线图 ............................................................................................ 18 6.3 程序控制流程图 ....................................................................................... 18 6.4 程序的调试、测试和监控 ....................................................................... 19 6.5 上位机联机调试 ....................................................................................... 20 6.6 软件操作应注意事项 ............................................................................... 21 7 结束语 ................................................................................................................ 21 谢辞 ........................................................................................................................ 22 参考文献 ................................................................................................................ 22 附录1 程序清单 ................................................................................................... 24

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1 引言

矿井通风控制是井下采、掘行业必不可少的环节，特别是在瓦斯浓度要求严格的作业面，井内的通风状态以及瓦斯气体含量对工作人员来说非常重要。因此，矿井通风的控制具有重要的理论意义与实际意义，近年来受到格外关注。所谓通风控制，主要是针对矿井风流的控制，通过对通风机进行调速来控制风流状态。在通常状况下，井下环境恶劣且风流压力受各种扰动影响而变化无常、难以把握。原先用人工进行通风控制，由于无法每时每刻对矿井的风量进行准确的定位监测，很难准确控制风机的启停；并且出现故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。以往通风控制系统中有很大一部分通风电机是不变速拖动，不变速电机的电能大多消耗在适应风量的变化而频繁的开停风机中，这样不但使电机工作在低效区、减短电机的使用寿命，而且电机的频繁开停使设备故障率很高，系统的维护、维修工作量较大；另一方面，由于风量的随机性，所使用的风量是动态的，采用传统方法难以保证通风的实时性。从整体最优目标要求出发，这些因素必须在控制设计中加以考虑，这就需要寻找并应用行之有效的理论，从而来满足这些要求使设计变得简单易行。针对以上提出的问题，本文采用自动化控制对整个矿井通风系统进行改进，将所关心区域主风流作为当前状态，井下环境干扰作为外部扰动输入，通风机输出功率作为控制输入，并考虑实际上瓦斯浓度、风流流速检测滞后的基础上，应用控制理论与技术解决这类矿井通风控制问题，在整体上求得技术与经济的最佳效益。

2 设计方案的拟定

用变频调速来控制风机的运行，通常有单片机或PLC控制两种方式，但在软件设计上，PLC比单片机的编程更简洁、直观；从硬件接口考虑，单片机电路稍微复杂一些；从经济方面考虑，由于PLC工艺的日渐成熟，小型PLC的成本与单片机相差无几，由于要根据现场情况调整系统参数，PLC的软件中时间参数的调整更简单，硬件接口简易可行、提高系统运行的可靠性，特别是整个系统的稳定性和抗干扰能力很强，这样更有利于售后服务人员掌握。

本设计方案将PLC与变频器结合在一起组成自动化的通风控制系统，更好的优化了传统的通风系统，解决了传统系统中能耗大、通风质量差等诸多问题，它用PLC进行逻辑控制，用变频器对电机速度进行调节，自动控制电机转速，在保持恒压状况下，达到控制风量的目的。

系统通过瓦斯传感器检测瓦斯浓度和压力传感器检测的负压，经变送器转换后，送到PLC进行比较、判断，将控制信号送给变频器，从而控制通风电机的转速，使之实现最优控制。系统应具有“变频/工频”切换功能，当变频器出现故障或电机需要长期在工频状态下运行时，可将电机切换到工频状态，有手动和

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