一種基於PLC的礦井通風控制系統的製作方法

2023-04-25 07:49:47 2

本實用新型主要涉及一種PLC控制領域，更具體地說，涉及一種基於PLC 的礦井通風控制系統。

背景技術：

煤礦礦井通風系統是煤礦礦井安全生產的重要組成部分，合理，穩定，可靠的礦井通風系統是保證礦井安全生產的基礎，礦井隨著深度的增加，開採強度的增大，綜合機械化程度的提高，瓦斯壓力，瓦斯含量和瓦斯湧出量越來越大，使得礦井通風線路長，通風阻力大，同時礦井和採區所需風量也大幅度增加，為此需要及時調整礦井通風系統，對已不能滿足礦井安全生產需要和礦井通風能力要求的通風系統進行技術改造。

技術實現要素：

本實用新型主要解決的技術問題是提供一種基於PLC的礦井通風控制系統，具有對驅動風機的電機有過熱保護、機械故障報警、瓦斯濃度檢測、二氧化碳檢測的功能特點，採用觸控螢幕對所測數據的上下限值進行設定，通過GPRS 網絡將檢測數據傳送給數據中心伺服器，實現對礦井通風控制系統的監測。

為解決上述技術問題，本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統包括 PLC控制器、二氧化碳檢測模塊、瓦斯檢測模塊、壓力檢測模塊、轉速檢測模塊、控制模塊、溫度檢測模塊、變頻器、風機、指示燈、報警模塊、供電模塊、 GPRS DTU模塊，具有對驅動風機的電機有過熱保護、機械故障報警、瓦斯濃度檢測、二氧化碳檢測的功能特點，採用觸控螢幕對所測數據的上下限值進行設定，通過GPRS網絡將檢測數據傳送給數據中心伺服器，實現對礦井通風控制系統的監測。

其中，所述二氧化碳檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端；所述瓦斯檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端；所述壓力檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端；所述轉速檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端；所述控制模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端；所述PLC控制器的輸出端連接著變頻器的輸入端；所述變頻器的輸出端連接著風機的輸入端；所述風機的輸出端連接著溫度檢測模塊的輸入端；所述溫度檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端；所述PLC控制器的輸出端連接著指示燈的輸入端；所述PLC控制器的輸出端連接著報警模塊的輸入端；所述供電模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端；所述GPRS DTU模塊連接著PLC控制器。

作為本實用新型的進一步優化，本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統所述礦井通風控制系統將PLC控制器發往串口的數據通過GPRS網絡傳送到Internet網絡，然後再通過區域網將數據傳送到數據中心伺服器上。

作為本實用新型的進一步優化，本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統所述PLC控制器採用西門子S7-200系列226型CPU。

作為本實用新型的進一步優化，本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統所述瓦斯檢測模塊採用KGJ16B型瓦斯傳感器。

作為本實用新型的進一步優化，本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統所述壓力檢測模塊採用HM23Y型壓力變送器。

作為本實用新型的進一步優化，本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統所述二氧化碳檢測模塊採用YT-95H-CO2二氧化碳變送器。

作為本實用新型的進一步優化，本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統所述變頻器採用MM440型變頻器。

控制效果：本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統，具有對驅動風機的電機有過熱保護、機械故障報警、瓦斯濃度檢測、二氧化碳檢測的功能特點，採用觸控螢幕對所測數據的上下限值進行設定，通過GPRS網絡將檢測數據傳送給數據中心伺服器，實現對礦井通風控制系統的監測。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方法對本實用新型做進一步詳細的說明。

圖1為本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統的硬體結構圖。

圖2為本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統的總體結構圖。

圖3為本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統的PLC控制器的電路圖。

圖4為本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統的供電模塊的電路圖。

圖5為本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統的風機、溫度檢測模塊、變頻器、轉速檢測模塊與PLC控制器連接的電路圖。

圖6為本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統的瓦斯檢測模塊、二氧化碳檢測模塊、壓力檢測模塊與PLC控制器連接的電路圖。

圖7為本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統的控制模塊、GPRS DUT模塊與PLC控制器連接的電路圖。

具體實施方式

具體實施方式一：

結合圖1、2、3、4、5、6、7說明本實施方式，本實施方式所述一種基於 PLC的礦井通風控制系統包括PLC控制器、二氧化碳檢測模塊、瓦斯檢測模塊、壓力檢測模塊、轉速檢測模塊、控制模塊、溫度檢測模塊、變頻器、風機、指示燈、報警模塊、供電模塊、GPRS DTU模塊，具有對驅動風機的電機有過熱保護、機械故障報警、瓦斯濃度檢測、二氧化碳檢測的功能特點，採用觸控螢幕對所測數據的上下限值進行設定，通過GPRS網絡將檢測數據傳送給數據中心伺服器，實現對礦井通風控制系統的監測。

其中，所述二氧化碳檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端，二氧化碳檢測模塊採用YT-95H-CO2二氧化碳變送器，二氧化碳檢測模塊用於檢測礦井中的二氧化碳含量，將二氧化碳濃度信號轉換成4～20mA電流信號，並通過EM231模塊內部的採樣、濾波、轉換成PLC控制器識別的數位訊號，並保存在PLC控制器的局部存儲器中，PLC控制器將採集到的二氧化碳濃度信號與設定的二氧化碳濃度信號進行比較，若大於設定值，則PLC控制器的Q0.7閉合二氧化碳上限指示燈LED5發光，PLC控制器驅動風機運轉，進行通風，同時Q0.3 閉合風機運行指示燈LED1發光，並通過GPRS網絡傳送到Internet網絡，然後再通過區域網將數據傳送到數據中心伺服器上進行處理分析和顯示， YT-95H-CO2二氧化碳變送器連接到第二塊EM231模數轉換模塊的B+、B-端， EM231模塊的RB端與B+端相連接，第二塊EW231模數轉換模塊連接到第一塊EM231模塊的E-Stand端。第一塊EM231模塊連接到PLC控制器的擴展接口E-Stand端。

所述瓦斯檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端，瓦斯檢測模塊採用KGJ16B型瓦斯傳感器，瓦斯檢測模塊將連續變化的瓦斯濃度信號轉換為電流，並通過EM231模塊內部的採樣、濾波、轉換成PLC控制器識別的數位訊號，並保存在PLC控制器的局部存儲器中，PLC控制器將採集到的瓦斯濃度信號與設定的瓦斯濃度信號進行比較，若大於設定值，則PLC控制器的Q0.6瓦斯上限指示燈LED4發光，PLC控制器驅動風機運轉，進行通風，使瓦斯不能聚集在一起，同時Q0.3風機運行指示燈LED1發光，並通過GPRS網絡傳送到Internet 網絡，然後再通過區域網將數據傳送到數據中心伺服器上進行處理分析和顯示， KGJ16B型瓦斯傳感器連接到第一塊EM231模數轉換模塊的A+、A-端，EM231 模塊的RA端與A+端相連接，第一塊EM231模塊連接到PLC控制器的擴展接口E-Stand端。

所述壓力檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端，壓力檢測模塊採用HM23Y型壓力變送器，壓力檢測模塊用於檢測礦井內的氣壓信號，用壓力變送器將模擬壓力信號轉換為統一的1～10V直流電壓信號，並通過EM231模塊內部的採樣、濾波、轉換成PLC控制器識別的數位訊號，並保存在PLC控制器的局部存儲器中，PLC控制器將採集到的壓力信號與設定的壓力信號進行比較，若小於設定值，則PLC控制器的Q0.4閉合，壓力下限指示燈LED2發光，PLC 控制器驅動風機運轉，進行通風，同時Q0.3閉合風機運行指示燈LED1發光，並通過GPRS網絡傳送到Internet網絡，然後再通過區域網將數據傳送到數據中心伺服器上進行處理分析和顯示，HM23Y型壓力變送器連接到第一塊EM231 模數轉換模塊的D+、D-端，EM231模塊的RD端與D+端相連接，第一塊EM231 模塊連接到PLC控制器的擴展接口E-Stand端。

所述轉速檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端，轉速檢測模塊採用歐姆龍E682-CWZ6C型光電編碼器，風機與光電編碼器同軸連接，利用PLC 控制器的高速計數器HSCO及輸入端I0.0採集光電編碼器脈衝輸出端產生的脈衝；風機轉子速度為零時，速度檢測模塊輸出為「0」，風機轉子速度大於零時轉速檢測模塊輸出為「1」，當PLC控制器的Q0.2有輸出時，Q0.2觸點閉合，若風機的轉子速度不為零時，I0.0閉合，Q1.1和Q1.0閉合，Q1.1和Q1.0閉合，風機故障指示燈LED6發光和蜂鳴器發聲進行報警，以提示工作人員風機出現機械故障，進行及時處理。

所述控制模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端，控制模塊包括觸控螢幕和手動開關，其中，觸控螢幕採用西門子SMART 700觸控螢幕，SMART 700觸控螢幕採用24V供電，觸控螢幕採用多點接口協議(MPI)方式與PLC控制器進行通信，PLC控制器通過RS-485串口將現場檢測數據傳送給觸控螢幕保存，通過觸控螢幕可以設定PLC控制器的工作參數，完成對歷史數據的保存、分析處理，實時顯示礦井現場的環境狀況，從而實現礦井通風控制；觸控螢幕連接到PLC控制器的具有MPI協議功能的RS-485串口，PLC控制器的PORT1接口與SMART 700 觸控螢幕連接，進行通信；手動開關包括急停開關S1、報警解除開關S2、風機啟動開關S3，分別連接至PLC控制器的I0.1、I0.2、I0.3埠，分別實現相應的控制。

所述PLC控制器的輸出端連接著變頻器的輸入端，變頻器採用MM440型變頻器，MM440型變頻器具有提供低速高轉矩輸出和良好的動態特性，同時具備超強的過載能力，可以控制電機從靜止到平滑啟動期間提供3S，有200％的過載能力；PLC控制器通過將壓力檢測模塊檢測的氣壓數據與礦井的氣壓參數進行運算比較，從而控制變頻器，達到風機的轉速的控制；PLC控制器的輸出埠Q0.0和Q0.1接變頻器的數字輸入端DIN1和DIN3，用於變頻器啟動和停止控制；壓力檢測模塊採集壓力信號經PLC處理後，由EM235模塊的M0口和 V0口輸出，M0口和V0口分別連接到變頻器的AIN+和AIN-埠，進而控制風機的運行。

所述變頻器的輸出端連接著風機的輸入端，風機採用FBCZ-4型風機，變頻器用於控制風機的轉速，採用PID調節，完成閉環控制，調節風機的運行速度，從而調節礦井內的瓦斯濃度和二氧化碳濃度，達到穩定的負壓和節能的目的。

所述風機的輸出端連接著溫度檢測模塊的輸入端，風機採用FBCZ-4型風機，溫度檢測模塊採用PTC熱敏電阻，放置在風機繞組旁邊，緊貼繞組線圈，用於檢測風機運轉過程中風機繞組溫度，PTC熱敏電阻不能直接接PLC控制器上，接PLC控制器的是一個常開溫度開關，當溫度上升到溫度開關閾值時，溫度開關就會動作，往PLC控制器輸入一個開關信號，PLC控制器切斷風機電源或向變頻器發送控制信號，從而控制風機停止或減速。

所述溫度檢測模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端，溫度檢測模塊採用PTC熱敏電阻，放置在風機繞組旁邊，緊貼繞組線圈，用於檢測風機運轉過程中風機繞組溫度，PTC熱敏電阻不能直接接PLC控制器上，接PLC控制器的是一個常開溫度開關，當溫度上升到溫度開關閾值時，溫度開關就會動作，往 PLC控制器輸入一個開關信號，PLC控制器切斷風機電源或向變頻器發送控制信號，從而控制風機停止或減速，達到保護風機的目的，同時Q0.5和Q1.0閉合，風機溫度上限指示燈LED3發光，蜂鳴器發聲提示；溫度檢測模塊連接至 PLC控制器的AIW0埠和1M埠。

所述PLC控制器的輸出端連接著指示燈的輸入端，指示燈採用LED發光二極體，指示燈包括風機運行指示燈LED1、壓力下限指示燈LED2、風機溫度上限指示燈LED3、瓦斯上限指示燈LED4、二氧化碳上限指示燈LED5、風機故障指示燈LED6、急停指示燈LED7，分別與PLC控制器的Q0.3、Q0.4、Q0.5、 Q0.6、Q0.7、Q1.1、Q1.2埠相連接，PLC控制器對指示燈進行相應的控制。

所述PLC控制器的輸出端連接著報警模塊的輸入端，報警模塊採用蜂鳴器，連接在PLC控制器的Q1.0埠，PLC控制器得到異常信號時，將Q1.0閉合，蜂鳴器接通進行報警。

所述供電模塊的輸出端連接著PLC控制器的輸入端，供電模塊用於給系統供電，保證系統正常工作，供電模塊採用220V交流電源供電，當有交流電接入後，進入電橋電路中進行整流，將交流電整流為直流電，直流電通過電容濾波後進入穩壓器LM7824，得到+24V、-24V直流電給系統供電。

所述GPRS DTU模塊連接著PLC控制器，GPRS DUT模塊採用XD-2001-1 型GPRS DUT模塊，PLC控制器通過RS-485串口將數據發送到GPRS DUT模塊，PLC控制器的PORT0接口與GPRS DUT模塊連接，在GPRS DUT模塊上配置了串口設備的波特率、數據位、校驗位等信息和數據中心的IP位址、埠等信息後，就可以將PLC控制器發往串口的數據通過GPRS網絡傳送到Internet 網絡，然後再通過區域網將數據傳送到數據中心伺服器上，GPRS DUT模塊為礦井通風控制系統提供了透明的遠程數據通信鏈路。

具體實施方式二：

結合圖1、2、3、4、5、6、7說明本實施方式，所述礦井通風控制系統將 PLC控制器發往串口的數據通過GPRS網絡傳送到Internet網絡，然後再通過區域網將數據傳送到數據中心伺服器上，數據中心伺服器主要是接收數據進行相關的處理後保存到資料庫中，接收到正確的數據是關鍵，採用VB6.0的Winsock 控制項來實現，數據中心伺服器的計算機上必須有網卡，且有固定的IP位址(與 GPRS DUT模塊的IP位址一致)。運行系統時，啟動Socket監聽，與遠程礦井通風控制系統建立通信連接之後，就可以進行正常的數據接收，然後對數據進行相應的分析處理，為科學管理提供數據支持。

具體實施方式三：

結合圖1、2、3、4、5、6、7說明本實施方式，所述PLC控制器採用西門子S7-200系列226型CPU。所述西門子S7-200系列226型CPU集成24點輸入， 16點輸出，共有40個數位訊號I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至248 點數位訊號I/O點或35路模擬量I/O。226型CPU有13KB程序和數據存儲空間，6個獨立的30kHz高速脈衝輸出，具有PID控制器，配有2個RS-485通信編程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式通信能力，用於較高要求的中小型控制系統。

具體實施方式四：

結合圖1、2、3、4、5、6、7說明本實施方式，所述瓦斯檢測模塊採用KGJ16B 型瓦斯傳感器。所述KGJ16B型瓦斯傳感器是一種智能型檢測儀表，具有穩定可靠、實用方便等特點，調零、調精度、報警點設置等均可通過遙控器實現 KGJ16B型瓦斯傳感器用於檢測煤礦井下空氣中的瓦斯含量，並將其進行模數轉換，將模擬信號轉換為數位訊號傳送給PLC控制器，PLC控制器根據接收到的瓦斯濃度信息控制是否發出報警信號。

具體實施方式五：

結合圖1、2、3、4、5、6、7說明本實施方式，所述壓力檢測模塊採用HM23Y 型壓力變送器。所述HM23Y型壓力變送器採用歐洲先進的濺射薄膜壓力傳感器作為敏感元件，和電子線路做成一體化結構，HM23Y型壓力變送器具有高溫、高壓、高精度、高穩定性、抗振動、衝擊、耐腐蝕全不鏽鋼結構、體積小、重量輕直接過程安裝等特點。HM23Y型壓力變送器用於檢測礦井的井巷氣壓。

具體實施方式六：

結合圖1、2、3、4、5、6、7說明本實施方式，所述二氧化碳檢測模塊採用YT-95H-CO2二氧化碳變送器。所述YT-95H-CO2二氧化碳變送器是固定式二氧化碳檢測儀採用進口電化學式二氧化碳傳感器，具有高精度，高解析度，性能穩定等特點，同時，將氣體信號轉換成4～20mA電流信號。

具體實施方式七：

結合圖1、2、3、4、5、6、7說明本實施方式，所述變頻器採用MM440型變頻器。所述MM440型變頻器採用高性能矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態特性，同時具備超強的過載能力，可以控制電機從靜止到平滑啟動期間提供3S，有200％的過載能力。

本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統的工作原理為：本實用新型一種基於PLC的礦井通風控制系統，通過供電模塊得到+24V、-24V直流電壓，給PLC控制器供電，採用220V交流電給變頻器供電，通過二氧化碳檢測模塊檢測礦井內的二氧化碳濃度信號，並將其轉換為數字量傳送給PLC控制器，PLC 控制器將採集到的二氧化碳濃度信號與設定的二氧化碳濃度信號進行比較，若大於設定值，則PLC控制器的Q0.7閉合二氧化碳上限指示燈LED5發光，PLC 控制器驅動風機運轉，進行通風，同時Q0.3閉合風機運行指示燈LED1發光；瓦斯檢測模塊檢測礦井內的瓦斯濃度信號，並將其轉換為數字量傳送給PLC控制器，PLC控制器將採集到的瓦斯濃度信號與設定的瓦斯濃度信號進行比較，若大於設定值，則PLC控制器的Q0.6瓦斯上限指示燈LED4發光，PLC控制器驅動風機運轉，進行通風，使瓦斯不能聚集在一起，調節礦井內的空氣，保證礦井內的工作人員的安全，同時Q0.3風機運行指示燈LED1發光，為礦井通風，使瓦斯不能聚集到一起；壓力模塊檢測礦井內的氣壓信號，並將其轉換為數位訊號傳送給PLC控制器進行處理，PLC控制器將採集到的壓力信號與設定的壓力信號進行比較，若小於設定值，則PLC控制器的Q0.4閉合，壓力下限指示燈 LED2發光，PLC控制器通過將壓力檢測模塊檢測的氣壓數據與礦井的氣壓參數進行運算比較，從而控制變頻器，達到風機的轉速的控制，同時Q0.3閉合風機運行指示燈LED1發光；溫度檢測模塊放置在風機繞組旁邊，緊貼繞組線圈，用於檢測風機運轉過程中風機繞組溫度，PTC熱敏電阻不能直接接PLC控制器上，接PLC控制器的是一個常開溫度開關，當溫度上升到溫度開關閾值時，溫度開關就會動作，往PLC控制器輸入一個開關信號，PLC控制器切斷風機電源或向變頻器發送控制信號，從而控制風機停止或減速，達到保護風機的目的，同時Q0.5和Q1.0閉合，風機溫度上限指示燈LED3發光，蜂鳴器發聲提示；轉速檢測模塊用於檢測風機運行時的轉速，轉速檢測模塊採用光電編碼器，輸出數字量直接與PLC控制器連接，風機與光電編碼器同軸連接，利用PLC控制器的高速計數器HSCO及輸入端I0.0採集光電編碼器脈衝輸出端產生的脈衝；風機轉子速度為零時，速度檢測模塊輸出為「0」，風機轉子速度大於零時轉速檢測模塊輸出為「1」，當PLC控制器的Q0.2有輸出時，Q0.2觸點閉合，若風機的轉子速度不轉為零時，I0.0閉合，Q1.1和Q1.0閉合，風機故障指示燈LED6 發光和蜂鳴器發聲進行報警，以提示工作人員風機出現機械故障，進行及時處理。當發出聲音報警信號時，通過按下開關S2可解除報警，若遇到突發情況通過按下急停開關S1，切斷風機電源，停止風機運行，同時Q1.2閉合，急停指示燈LED7發光。通過觸控螢幕可以設定PLC控制器的工作參數，完成對歷史數據的保存、分析處理，實時顯示礦井現場的環境狀況，從而實現礦井通風控制。每個礦井通風控制系統都有GPRS DUT模塊，礦井通風控制系統PLC控制器將接收的檢測數據發往串口，通過GPRS網絡傳送到Internet網絡，然後再通過區域網將數據傳送到數據中心伺服器上，數據中心伺服器主要是接收數據進行相關的處理後保存到資料庫中。

雖然本實用新型已以較佳的實施例公開如上，但其並非用以限定本實用新型，任何熟悉此技術的人，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，都可以做各種改動和修飾，因此本實用新型的保護範圍應該以權利要求書所界定的為準。