佟智勇

（龍煤股份鶴崗分公司機電裝備部，黑龍江鶴崗154100）

0 引言

煤礦主通風機的作用就是把地面新鮮空氣送入井下，供井下工人呼吸，同時把有害氣體從井下排出，保證井下工人擁有良好的工作環(huán)境。因此，在現(xiàn)代化礦井中稱主通風機為“礦井之肺”。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，當運行風機發(fā)生故障時，10 min內(nèi)必須啟動備用風機以保證井下礦工的生命和生產(chǎn)安全。龍煤股份鶴崗分公司新陸煤礦現(xiàn)用主扇風機為BDK-8-N02.8型，電控系統(tǒng)為黑龍江省阿城繼電器股份有限公司生產(chǎn)的GG-10-112型高壓開關柜，電控部分為繼電器控制系統(tǒng)，2005年安裝投用至今，現(xiàn)電器設備出現(xiàn)老化現(xiàn)象，主通風機電控系統(tǒng)因為使用大量的繼電器，觸點較多，造成容易發(fā)生故障的點很多，且發(fā)生故障后不能及時發(fā)現(xiàn)。一旦發(fā)生故障，處理上需要參照電氣控制圖紙進行查找、判斷，費時費力，不能保證快速處理；同時因為控制回路使用220 V直流電源，對控制電源的要求比較高，一些老式直流繼電器已經(jīng)不再生產(chǎn)，一旦損壞，沒有部件進行更換，對主扇的安全運行造成很大影響。

針對上述問題，為確保礦井主通風機安全運行，需對電控系統(tǒng)進行改造。經(jīng)多次方案論證，綜合比較，確定使用PLC（可編程序控制器）控制系統(tǒng)對主扇控制系統(tǒng)進行改造。

1 使用PLC對主扇控制系統(tǒng)進行改造的優(yōu)點

1）使用PLC進行主扇控制系統(tǒng)改造，可以在保證使用安全的情況下簡化控制線路。因為原有的控制系統(tǒng)有相當一部分線路和設備是為了實現(xiàn)各種狀態(tài)顯示和故障顯示而使用的，采用PLC控制后可以節(jié)省大量的指示燈和儀表顯示及線路，發(fā)生故障時容易查找。

2）增加故障判斷及系統(tǒng)狀態(tài)顯示功能，可以對系統(tǒng)中的開關、設備及觸點狀態(tài)進行實時監(jiān)控并在上位機畫面顯示出來，通過對輸入PLC各種模擬量和數(shù)字量的采集和處理以及在程序中進行邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理，及時發(fā)現(xiàn)設備存在的故障并輸出報警信息，提醒維修人員進行處理，對司機的操作過程進行監(jiān)視以及時發(fā)現(xiàn)操作中存在的錯誤，保證風機的運行安全。

3）使用高速計數(shù)模塊和編碼器對主通風機風門進行控制，直接控制風門上提和下放行程，使之控制更加精確。設備控制和顯示可以使用西門子MP277（8inch觸摸屏），該觸摸屏適用于工業(yè)控制現(xiàn)場，具有抗沖擊振動、抗干擾能力強、設備壽命長、顯示畫面分辨率高等優(yōu)點。

4）PLC具有通訊功能，可以與計算機直接或通過通信處理單元、通信轉接器相連構成網(wǎng)絡，實現(xiàn)信息的交換，滿足實現(xiàn)遠程監(jiān)控或與其他控制設備通信的要求。

2 PLC改造的硬件設備選型

根據(jù)礦井主通風機控制要求，采用西門子S7-300系統(tǒng)。該PLC控制器為中型機，采用模塊式結構，各種單獨模塊之間可以根據(jù)需要進行廣泛組合和擴展，模塊的輸入輸出端口均采用光電隔離和濾波。具體結構如下：1）電源模塊使用PS307；2）中央處理器單元模塊采用CPU314，適用于要求高速處理和中等I/O規(guī)模的任務，最大可擴展512點數(shù)字量I/O或64路模擬通道；3）數(shù)字量輸入模塊SM321，將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉換成S7-300的內(nèi)部信號電平。選用直流16點輸入型，使用2塊，共32個輸入點；4）模擬量輸入模塊使用SM331，模塊各個通道可以分別使用電流或電壓輸入，采用8AI×12位模塊2塊，共16個輸入通道；5）數(shù)字量輸出使用SM322，選用16點繼電器輸出型，使用2塊，共32個輸出點；6）模擬量輸出使用SM332型，模塊用于將CPU送給它的數(shù)字信號轉換為成比例的電流或電壓信號，對執(zhí)行機構進行調(diào)節(jié)或控制。采用4AO×12位模塊1塊；7）高速計數(shù)模塊使用FM350，如果使用編碼器對風門的運動狀態(tài)進行監(jiān)視，可以采用該模塊對編碼器的脈沖進行計數(shù)采集，計算轉換成風門的位移值，實現(xiàn)對風門位置的精準控制。

3 需要采集和輸出的數(shù)字量和模擬量

1）PLC需要采集的模擬量（AI）包括高低壓電源的電壓、電流模擬量信號，可以采用電流電壓轉換板將其轉換為0～5 V電壓信號或4～20 mA電流信號后輸入PLC的AI模塊，在PLC內(nèi)部轉換為0～27 468之間的數(shù)字信號，這樣在程序中就可以對其進行監(jiān)視、比較、處理，邏輯判斷，從而對風機啟動及運行時的電流電壓進行程序比較，及時發(fā)現(xiàn)電源欠壓或過壓故障以及電動機啟動和運行時過電流等故障問題，輸出報警或輸出跳閘信號，防止事故的擴大，還可以將電流電壓數(shù)值實時的在畫面上進行顯示。

2）PLC需要采集的數(shù)字量（DI）包括：電動機啟動柜真空接觸器開關狀態(tài)，高開柜的各個隔離開關的位置狀態(tài)，電動機保護儀保護輸出報警或跳閘信號，風門限位開關的狀態(tài)，風機啟動開關狀態(tài)值以及原設備需要保留的一些開關量狀態(tài)值。在程序中通過對各個開關量的采集、邏輯比較和判斷可以檢測設備狀態(tài)是否正常，在倒機操作時還可以對司機的操作過程進行監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)操作錯誤并報警。

3）PLC需要輸出的開關量（DO）包括：一些原有由繼電器控制的指示燈指示，報警信息的輸出，風機啟動控制輸出信號，以及顯示畫面需要的開關量輸出等。開關量的DI/DO輸入輸出均使用歐姆龍24 V繼電器進行隔離轉換，防止干擾信號對PLC的影響，歐姆龍繼電器經(jīng)過在PLC控制系統(tǒng)的長期運行，證明其可靠性非常高。

4 改造方案的技術難點

1）PLC控制系統(tǒng)與老系統(tǒng)設備的對接融合問題，包括PLC控制需要接入的DI/DO，AI/AO的信號的采集和輸出控制信號的執(zhí)行，由于老系統(tǒng)零部件控制電壓均為直流220V，采集輸入和輸出控制需要通過繼電器或選擇設計合適的電流電壓轉換電路進行轉換。

2）PLC控制系統(tǒng)和觸摸屏控制程序的編制，因為主扇運行要求有很高的安全性、可靠性，控制程序的設計對系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行起到至關重要的作用，必須充分考慮系統(tǒng)運行可能出現(xiàn)的任何問題、現(xiàn)象，并針對性地進行判斷、解決。觸摸屏畫面設計也要考慮充分，盡可能全面顯示出系統(tǒng)的各種信息（包括每一個觸點的狀態(tài)信息），保證主扇司機通過畫面顯示對系統(tǒng)的運行狀態(tài)、故障信息及時全面地了解。

5 結語

新陸煤礦主通風機控制系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，故障率低，可以實時監(jiān)測主扇運轉狀態(tài)，確保了主通風機安全運行，達到了預期效果。