摘要：通过对PLC模块的控制对象进行分析，采用西门子PLC模块对通风机监控系统中的PLC模块及变频器等主要配置进行了匹配选型设计，并对通风机工业监控系统的显示功能进行了设计，以期为提高通风机通风效果和能源节约、实现通风机的远程监控提供理论支撑。
关键词：煤矿通风机PLC控制
引言
通风机是保障井下作业环境的重要设备。良好的通风效果和较低的能量消耗成为煤矿企业考虑的重点。而现有的通风机设计较少具有远程监控、操作方便和可靠的监控控制系统，主要通过机械式现场调解方式对通风机进行通风量调解和检测，存在操作复杂、人员较多、准确率较低等问题，影响着井下作业的安全。而PLC模块作为当下控制领域的主要控制方式，已成为发展自动化、智能化控制通风机的主要趋势。
1 PLC模块对通风机闭环控制的分析
PLC闭环控制系统主要包括通风机、PLC控制模块、变频器、传感器、工业组态监控系统等，具体如图1所示。目前，市场上性能相对较稳定是西门子公司生产的PLC。该PLC模块可对通风机中的信号进行采集，并运行相关算法，实现对信号数据的转换、输出及显示等功能，其中，PLC在通风机上具有多个控制参数，具体如下：
1）通过PLC模块，可实现对通风机上各类传感器的控制，进而控制电机的启动和停止操作，并根据通风机运行状态，对通风量和风向进行调整和控制。
2）在实际运行过程中，需对通风机的电流、电压等参数进行采集，并将数据传送至工控机上进行实时显示，以便操作人员实时掌握通风机的运行情况。
3）通过PLC模块，可对通风机的风压、运行温度、振动情况等进行信号采集，并传输至设备上进行实时显示。
4）当通风机出现运行故障时，可通过PLC模块对通风机运行故障进行诊断、检测，并通过算法判断发出不同状态的报警提示，以及时为维修人员提供有效信息。
图1PLC闭环控制系统框图
2 PLC模块的选型匹配
结合西门子PLC的结构特点，根据PLC模块存储大小、处理速度、通信接口数量等参数的不同，其PLC模块的整体性能指标也不尽相同。因此，需对其主要性能指标进行匹配选型。
2.1直流低压接线端子选择
PLC一般的工作电压包括12V和24V，结合通风机的综合性能，选用了24V低压直流作为其工作电压，并确定了L端为电压的正极，作为CPU开关信号的输入端。M端为电压的负极，作为外部器件的电源端。
2.2后备电池选择
后备电池主要在PLC工作电源断电时为CPU的正常运行提供保障，并及时保存通风机运行过程中的相关数据参数。因此，选用了24V/80Ah的骆驼牌铅酸电池作为PLC运行过程中的后备电池。
2.3PLC模块组成结构确定
结合西门子现有产品特点，确定了本文所需的PLC模块组成，包括85个数字量输入、50个数字量输出、20个模拟量输入等，同时，还包括电源、SM模块、通信模块、323扩展模块、接口模块、机架、隔离继电器、接线端子等组成。
3变频器的原理及优势分析
3.1变频器的工作原理
在PLC闭环控制系统中，变频器的变频方式直接决定通风机的运行效果。目前，变频器主要采用交-直-交型变频方式，分为了PAM脉冲幅值调制变频控制和PWM脉宽调制两种方式，具有控制精度高、技术成熟等特点，其内部主要由整流、中间直流、逆变等环节组成。而根据变频器中变频方式应用情况可知，PWM脉宽调制更适用于通风机系统，而采用PWM脉宽调制的变频器具有电路结构简单、调节速度快、变频精度高等特点。PWM脉宽调制主要是将变压和变频集中于逆变器，通过逆变器的同时工作，实现对电压幅值和信号输出频率的改变。通过信号发生器，将发出的参数信号与三角波载波信号进行对比，输出“0”或“1”信号，并将产生的Ua、Ub、Uc脉冲序列作为逆变器功率器件的驱动控制信号，对脉冲序列的电压幅值宽度和频率进行改变，从而实现脉冲调制控制。
3.2 VLT5252型变频器的优势
VLT5252型变频器作为PLC闭环控制系统中的重要组成部分，与其他变频器相比，具有较多的性能优势，具体如下：
1）该变频器具有操作简单的特点，在使用过程中，只需接通电源，设置电机工作频率、功率及电压等参数，即可快速实现对通风机的最佳运行状态。同时，它具有全记忆功能，可对设置的参数进行永久保存。
2）该变频器中设计了滤波器可对内部的振动信号及外交的干扰信号进行过滤，保证传感器及PLC模块获取的信号的纯正性和准确性。
3）该变频器在出现故障时，会发生报警信号，但整个设备处于正常运行状态，可保证对变频器进行故障诊断和更换前正常工作时间的记录。同时，该变频器具有全兼容性和复位功能，可减少设备的生产停机时间。
4工业监控界面的设计
4.1组态环境设计
通风机的组态监控环境主要通过MCGS组态软件系统来实现，该软件系统主要以Windows为应用平台，实现对实际工程问题的数据采集、处理、显示、控制及故障报警等操作，通过特殊的实时显示功能，为操作人员提供便利。通风机监控系统所采用的组态软件系统包括组态环境和运行环境，通过组态环境，使用者可根据实际需求，定制构造实际需要的用户应用系统，以实现对通风机各类运行状态的实时监控功能，同时，运行环境与组态环境的有机结合，将所设计的流程控制、报警组态、设备报表等环节中的数据汇集到数据库，并传输至组态软件中进行分析处理后，在运行环境中进行动画、报警等各类信号数据的输出，并实时显示在监控室的工业监控终端中。
4.2监控系统设计
结合前文设计的通风机组态环境结构，对通风机监控系统进行了设计，包括风机的工作模式、风向调节、风机运行参数及状态的显示等功能，以此实现对通风机运行参数的实时显示和监控。
4.2.1通风机工作模式设计
结合市场上常用的风门调节和变频调速两种工作模式，在监控系统中，可通过变频器的开关模式切换，选择依靠风门的开合度和控制通风量还是通过调整电机的转速来实现通风量的调节，实现通风机不同工作模式的任意切换。
4.2.2通风机运行参数及故障报警设计
在监控系统中，设置了通风机运行参数的实时显示界面，可通过参数的大小来判断通风机的运行状态，以此来实现对通风机运行的控制。针对通风机运行过程中出现的故障问题，可通过风机的声光报警提示来显示，保证了通风机的运行安全，实现了通风机运行情况的远程监控。
4.2.3通信系统设计
该系统主要所包含的程度主要有两类，分别为采集供配电开关参数子程序和外界温度巡检仪子程序，运用相应的标准化通信协议，将其波特率设定为4800bit/s。对于收集到的数据[6]，可以将其进行填充及分块处理，运用配置完善的通信收发程序块来进行数据传输。
5结语
PLC模块作为当下控制领域的主要控制方式，在现有矿用通风机上配置PLC控制模块，解决传统通风机运行过程中存在的常见问题，成为发展自动化、智能化控制通风机的主要方向。
参考文献：
[1]王洋.黄陵矿业公司二矿主通风机变频节能监控系统设计与应用[D].西安：西安科技大学，2015.
[2]聂丹凤.煤矿通风机控制系统改造与设计[D].成都：成都理工大学，2009.
[3]吴新忠.煤矿主通风机通风失稳控制的研究与应用[D].徐州：中国矿业大学，2010.
[4]孙传余，肖林京，孙慧，等.煤矿通风机变频控制系统的开发与应用[J].工矿自动化，2009，35（11）：72-75.
[5]崔仁杰.变频器在煤矿通风机节能监控系统中应用研究[J].煤炭与化工，2017，40（12）：86-89
论文作者:徐建
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
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