CN206532129U - 一种基于plc的矿井通风控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要涉及一种PLC控制领域，涉及一种基于PLC的矿井通风控制系统，具有对驱动风机的电机有过热保护、机械故障报警、瓦斯浓度检测、二氧化碳检测的功能特点，采用触摸屏对所测数据的上下限值进行设定，通过GPRS网络将检测数据传送给数据中心服务器，实现对矿井通风控制系统的监测。基于PLC的矿井通风控制系统的二氧化碳检测模块、瓦斯检测模块、压力检测模块、转速检测模块、控制模块、温度检测模块、供电模块的输出端连接着PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端连接着变频器的输入端，变频器的输出端连接着风机的输入端，风机的输出端连接着温度检测模块的输入端，PLC控制器的输出端连接着指示灯、报警模块的输入端，GPRS DTU模块连接着PLC控制器。

Description

一种基于PLC的矿井通风控制系统

技术领域

本实用新型主要涉及一种PLC控制领域，更具体地说，涉及一种基于PLC 的矿井通风控制系统。

背景技术

煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分，合理，稳定，可靠的矿井通风系统是保证矿井安全生产的基础，矿井随着深度的增加，开采强度的增大，综合机械化程度的提高，瓦斯压力，瓦斯含量和瓦斯涌出量越来越大，使得矿井通风线路长，通风阻力大，同时矿井和采区所需风量也大幅度增加，为此需要及时调整矿井通风系统，对已不能满足矿井安全生产需要和矿井通风能力要求的通风系统进行技术改造。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于PLC的矿井通风控制系统，具有对驱动风机的电机有过热保护、机械故障报警、瓦斯浓度检测、二氧化碳检测的功能特点，采用触摸屏对所测数据的上下限值进行设定，通过GPRS 网络将检测数据传送给数据中心服务器，实现对矿井通风控制系统的监测。

为解决上述技术问题，本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统包括 PLC控制器、二氧化碳检测模块、瓦斯检测模块、压力检测模块、转速检测模块、控制模块、温度检测模块、变频器、风机、指示灯、报警模块、供电模块、 GPRS DTU模块，具有对驱动风机的电机有过热保护、机械故障报警、瓦斯浓度检测、二氧化碳检测的功能特点，采用触摸屏对所测数据的上下限值进行设定，通过GPRS网络将检测数据传送给数据中心服务器，实现对矿井通风控制系统的监测。

其中，所述二氧化碳检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述瓦斯检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述压力检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述转速检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述控制模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述PLC控制器的输出端连接着变频器的输入端；所述变频器的输出端连接着风机的输入端；所述风机的输出端连接着温度检测模块的输入端；所述温度检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述PLC控制器的输出端连接着指示灯的输入端；所述PLC控制器的输出端连接着报警模块的输入端；所述供电模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述GPRS DTU模块连接着PLC控制器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统所述矿井通风控制系统将PLC控制器发往串口的数据通过GPRS网络传送到Internet网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器上。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统所述PLC控制器采用西门子S7-200系列226型CPU。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统所述瓦斯检测模块采用KGJ16B型瓦斯传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统所述压力检测模块采用HM23Y型压力变送器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统所述二氧化碳检测模块采用YT-95H-CO2二氧化碳变送器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统所述变频器采用MM440型变频器。

控制效果：本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统，具有对驱动风机的电机有过热保护、机械故障报警、瓦斯浓度检测、二氧化碳检测的功能特点，采用触摸屏对所测数据的上下限值进行设定，通过GPRS网络将检测数据传送给数据中心服务器，实现对矿井通风控制系统的监测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统的硬件结构图。

图2为本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统的总体结构图。

图3为本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统的PLC控制器的电路图。

图4为本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统的供电模块的电路图。

图5为本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统的风机、温度检测模块、变频器、转速检测模块与PLC控制器连接的电路图。

图6为本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统的瓦斯检测模块、二氧化碳检测模块、压力检测模块与PLC控制器连接的电路图。

图7为本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统的控制模块、GPRS DUT模块与PLC控制器连接的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，本实施方式所述一种基于 PLC的矿井通风控制系统包括PLC控制器、二氧化碳检测模块、瓦斯检测模块、压力检测模块、转速检测模块、控制模块、温度检测模块、变频器、风机、指示灯、报警模块、供电模块、GPRS DTU模块，具有对驱动风机的电机有过热保护、机械故障报警、瓦斯浓度检测、二氧化碳检测的功能特点，采用触摸屏对所测数据的上下限值进行设定，通过GPRS网络将检测数据传送给数据中心服务器，实现对矿井通风控制系统的监测。

其中，所述二氧化碳检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端，二氧化碳检测模块采用YT-95H-CO2二氧化碳变送器，二氧化碳检测模块用于检测矿井中的二氧化碳含量，将二氧化碳浓度信号转换成4～20mA电流信号，并通过EM231模块内部的采样、滤波、转换成PLC控制器识别的数字信号，并保存在PLC控制器的局部存储器中，PLC控制器将采集到的二氧化碳浓度信号与设定的二氧化碳浓度信号进行比较，若大于设定值，则PLC控制器的Q0.7闭合二氧化碳上限指示灯LED5发光，PLC控制器驱动风机运转，进行通风，同时Q0.3 闭合风机运行指示灯LED1发光，并通过GPRS网络传送到Internet网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器上进行处理分析和显示， YT-95H-CO2二氧化碳变送器连接到第二块EM231模数转换模块的B+、B-端， EM231模块的RB端与B+端相连接，第二块EW231模数转换模块连接到第一块EM231模块的E-Stand端。第一块EM231模块连接到PLC控制器的扩展接口E-Stand端。

所述瓦斯检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端，瓦斯检测模块采用KGJ16B型瓦斯传感器，瓦斯检测模块将连续变化的瓦斯浓度信号转换为电流，并通过EM231模块内部的采样、滤波、转换成PLC控制器识别的数字信号，并保存在PLC控制器的局部存储器中，PLC控制器将采集到的瓦斯浓度信号与设定的瓦斯浓度信号进行比较，若大于设定值，则PLC控制器的Q0.6瓦斯上限指示灯LED4发光，PLC控制器驱动风机运转，进行通风，使瓦斯不能聚集在一起，同时Q0.3风机运行指示灯LED1发光，并通过GPRS网络传送到Internet 网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器上进行处理分析和显示，KGJ16B型瓦斯传感器连接到第一块EM231模数转换模块的A+、A-端，EM231 模块的RA端与A+端相连接，第一块EM231模块连接到PLC控制器的扩展接口E-Stand端。

所述压力检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端，压力检测模块采用HM23Y型压力变送器，压力检测模块用于检测矿井内的气压信号，用压力变送器将模拟压力信号转换为统一的1～10V直流电压信号，并通过EM231模块内部的采样、滤波、转换成PLC控制器识别的数字信号，并保存在PLC控制器的局部存储器中，PLC控制器将采集到的压力信号与设定的压力信号进行比较，若小于设定值，则PLC控制器的Q0.4闭合，压力下限指示灯LED2发光，PLC 控制器驱动风机运转，进行通风，同时Q0.3闭合风机运行指示灯LED1发光，并通过GPRS网络传送到Internet网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器上进行处理分析和显示，HM23Y型压力变送器连接到第一块EM231 模数转换模块的D+、D-端，EM231模块的RD端与D+端相连接，第一块EM231 模块连接到PLC控制器的扩展接口E-Stand端。

所述转速检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端，转速检测模块采用欧姆龙E682-CWZ6C型光电编码器，风机与光电编码器同轴连接，利用PLC 控制器的高速计数器HSCO及输入端I0.0采集光电编码器脉冲输出端产生的脉冲；风机转子速度为零时，速度检测模块输出为“0”，风机转子速度大于零时转速检测模块输出为“1”，当PLC控制器的Q0.2有输出时，Q0.2触点闭合，若风机的转子速度不为零时，I0.0闭合，Q1.1和Q1.0闭合，Q1.1和Q1.0闭合，风机故障指示灯LED6发光和蜂鸣器发声进行报警，以提示工作人员风机出现机械故障，进行及时处理。

所述控制模块的输出端连接着PLC控制器的输入端，控制模块包括触摸屏和手动开关，其中，触摸屏采用西门子SMART 700触摸屏，SMART 700触摸屏采用24V供电，触摸屏采用多点接口协议(MPI)方式与PLC控制器进行通信，PLC控制器通过RS-485串口将现场检测数据传送给触摸屏保存，通过触摸屏可以设定PLC控制器的工作参数，完成对历史数据的保存、分析处理，实时显示矿井现场的环境状况，从而实现矿井通风控制；触摸屏连接到PLC控制器的具有MPI协议功能的RS-485串口，PLC控制器的PORT1接口与SMART 700 触摸屏连接，进行通信；手动开关包括急停开关S1、报警解除开关S2、风机启动开关S3，分别连接至PLC控制器的I0.1、I0.2、I0.3端口，分别实现相应的控制。

所述PLC控制器的输出端连接着变频器的输入端，变频器采用MM440型变频器，MM440型变频器具有提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，可以控制电机从静止到平滑启动期间提供3S，有200％的过载能力；PLC控制器通过将压力检测模块检测的气压数据与矿井的气压参数进行运算比较，从而控制变频器，达到风机的转速的控制；PLC控制器的输出端口Q0.0和Q0.1接变频器的数字输入端DIN1和DIN3，用于变频器启动和停止控制；压力检测模块采集压力信号经PLC处理后，由EM235模块的M0口和 V0口输出，M0口和V0口分别连接到变频器的AIN+和AIN-端口，进而控制风机的运行。

所述变频器的输出端连接着风机的输入端，风机采用FBCZ-4型风机，变频器用于控制风机的转速，采用PID调节，完成闭环控制，调节风机的运行速度，从而调节矿井内的瓦斯浓度和二氧化碳浓度，达到稳定的负压和节能的目的。

所述风机的输出端连接着温度检测模块的输入端，风机采用FBCZ-4型风机，温度检测模块采用PTC热敏电阻，放置在风机绕组旁边，紧贴绕组线圈，用于检测风机运转过程中风机绕组温度，PTC热敏电阻不能直接接PLC控制器上，接PLC控制器的是一个常开温度开关，当温度上升到温度开关阈值时，温度开关就会动作，往PLC控制器输入一个开关信号，PLC控制器切断风机电源或向变频器发送控制信号，从而控制风机停止或减速。

所述温度检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端，温度检测模块采用PTC热敏电阻，放置在风机绕组旁边，紧贴绕组线圈，用于检测风机运转过程中风机绕组温度，PTC热敏电阻不能直接接PLC控制器上，接PLC控制器的是一个常开温度开关，当温度上升到温度开关阈值时，温度开关就会动作，往 PLC控制器输入一个开关信号，PLC控制器切断风机电源或向变频器发送控制信号，从而控制风机停止或减速，达到保护风机的目的，同时Q0.5和Q1.0闭合，风机温度上限指示灯LED3发光，蜂鸣器发声提示；温度检测模块连接至 PLC控制器的AIW0端口和1M端口。

所述PLC控制器的输出端连接着指示灯的输入端，指示灯采用LED发光二极管，指示灯包括风机运行指示灯LED1、压力下限指示灯LED2、风机温度上限指示灯LED3、瓦斯上限指示灯LED4、二氧化碳上限指示灯LED5、风机故障指示灯LED6、急停指示灯LED7，分别与PLC控制器的Q0.3、Q0.4、Q0.5、 Q0.6、Q0.7、Q1.1、Q1.2端口相连接，PLC控制器对指示灯进行相应的控制。

所述PLC控制器的输出端连接着报警模块的输入端，报警模块采用蜂鸣器，连接在PLC控制器的Q1.0端口，PLC控制器得到异常信号时，将Q1.0闭合，蜂鸣器接通进行报警。

所述供电模块的输出端连接着PLC控制器的输入端，供电模块用于给系统供电，保证系统正常工作，供电模块采用220V交流电源供电，当有交流电接入后，进入电桥电路中进行整流，将交流电整流为直流电，直流电通过电容滤波后进入稳压器LM7824，得到+24V、-24V直流电给系统供电。

所述GPRS DTU模块连接着PLC控制器，GPRS DUT模块采用XD-2001-1 型GPRS DUT模块，PLC控制器通过RS-485串口将数据发送到GPRS DUT模块，PLC控制器的PORT0接口与GPRS DUT模块连接，在GPRS DUT模块上配置了串口设备的波特率、数据位、校验位等信息和数据中心的IP地址、端口等信息后，就可以将PLC控制器发往串口的数据通过GPRS网络传送到Internet 网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器上，GPRS DUT模块为矿井通风控制系统提供了透明的远程数据通信链路。

具体实施方式二：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述矿井通风控制系统将 PLC控制器发往串口的数据通过GPRS网络传送到Internet网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器上，数据中心服务器主要是接收数据进行相关的处理后保存到数据库中，接收到正确的数据是关键，采用VB6.0的Winsock 控件来实现，数据中心服务器的计算机上必须有网卡，且有固定的IP地址(与 GPRS DUT模块的IP地址一致)。运行系统时，启动Socket监听，与远程矿井通风控制系统建立通信连接之后，就可以进行正常的数据接收，然后对数据进行相应的分析处理，为科学管理提供数据支持。

具体实施方式三：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述PLC控制器采用西门子S7-200系列226型CPU。所述西门子S7-200系列226型CPU集成24点输入， 16点输出，共有40个数字信号I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248 点数字信号I/O点或35路模拟量I/O。226型CPU有13KB程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，配有2个RS-485通信编程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式通信能力，用于较高要求的中小型控制系统。

具体实施方式四：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述瓦斯检测模块采用KGJ16B 型瓦斯传感器。所述KGJ16B型瓦斯传感器是一种智能型检测仪表，具有稳定可靠、实用方便等特点，调零、调精度、报警点设置等均可通过遥控器实现 KGJ16B型瓦斯传感器用于检测煤矿井下空气中的瓦斯含量，并将其进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号传送给PLC控制器，PLC控制器根据接收到的瓦斯浓度信息控制是否发出报警信号。

具体实施方式五：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述压力检测模块采用HM23Y 型压力变送器。所述HM23Y型压力变送器采用欧洲先进的溅射薄膜压力传感器作为敏感元件，和电子线路做成一体化结构，HM23Y型压力变送器具有高温、高压、高精度、高稳定性、抗振动、冲击、耐腐蚀全不锈钢结构、体积小、重量轻直接过程安装等特点。HM23Y型压力变送器用于检测矿井的井巷气压。

具体实施方式六：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述二氧化碳检测模块采用YT-95H-CO2二氧化碳变送器。所述YT-95H-CO2二氧化碳变送器是固定式二氧化碳检测仪采用进口电化学式二氧化碳传感器，具有高精度，高分辨率，性能稳定等特点，同时，将气体信号转换成4～20mA电流信号。

具体实施方式七：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述变频器采用MM440型变频器。所述MM440型变频器采用高性能矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，可以控制电机从静止到平滑启动期间提供3S，有200％的过载能力。

本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统的工作原理为：本实用新型一种基于PLC的矿井通风控制系统，通过供电模块得到+24V、-24V直流电压，给PLC控制器供电，采用220V交流电给变频器供电，通过二氧化碳检测模块检测矿井内的二氧化碳浓度信号，并将其转换为数字量传送给PLC控制器，PLC 控制器将采集到的二氧化碳浓度信号与设定的二氧化碳浓度信号进行比较，若大于设定值，则PLC控制器的Q0.7闭合二氧化碳上限指示灯LED5发光，PLC 控制器驱动风机运转，进行通风，同时Q0.3闭合风机运行指示灯LED1发光；瓦斯检测模块检测矿井内的瓦斯浓度信号，并将其转换为数字量传送给PLC控制器，PLC控制器将采集到的瓦斯浓度信号与设定的瓦斯浓度信号进行比较，若大于设定值，则PLC控制器的Q0.6瓦斯上限指示灯LED4发光，PLC控制器驱动风机运转，进行通风，使瓦斯不能聚集在一起，调节矿井内的空气，保证矿井内的工作人员的安全，同时Q0.3风机运行指示灯LED1发光，为矿井通风，使瓦斯不能聚集到一起；压力模块检测矿井内的气压信号，并将其转换为数字信号传送给PLC控制器进行处理，PLC控制器将采集到的压力信号与设定的压力信号进行比较，若小于设定值，则PLC控制器的Q0.4闭合，压力下限指示灯 LED2发光，PLC控制器通过将压力检测模块检测的气压数据与矿井的气压参数进行运算比较，从而控制变频器，达到风机的转速的控制，同时Q0.3闭合风机运行指示灯LED1发光；温度检测模块放置在风机绕组旁边，紧贴绕组线圈，用于检测风机运转过程中风机绕组温度，PTC热敏电阻不能直接接PLC控制器上，接PLC控制器的是一个常开温度开关，当温度上升到温度开关阈值时，温度开关就会动作，往PLC控制器输入一个开关信号，PLC控制器切断风机电源或向变频器发送控制信号，从而控制风机停止或减速，达到保护风机的目的，同时Q0.5和Q1.0闭合，风机温度上限指示灯LED3发光，蜂鸣器发声提示；转速检测模块用于检测风机运行时的转速，转速检测模块采用光电编码器，输出数字量直接与PLC控制器连接，风机与光电编码器同轴连接，利用PLC控制器的高速计数器HSCO及输入端I0.0采集光电编码器脉冲输出端产生的脉冲；风机转子速度为零时，速度检测模块输出为“0”，风机转子速度大于零时转速检测模块输出为“1”，当PLC控制器的Q0.2有输出时，Q0.2触点闭合，若风机的转子速度不转为零时，I0.0闭合，Q1.1和Q1.0闭合，风机故障指示灯LED6 发光和蜂鸣器发声进行报警，以提示工作人员风机出现机械故障，进行及时处理。当发出声音报警信号时，通过按下开关S2可解除报警，若遇到突发情况通过按下急停开关S1，切断风机电源，停止风机运行，同时Q1.2闭合，急停指示灯LED7发光。通过触摸屏可以设定PLC控制器的工作参数，完成对历史数据的保存、分析处理，实时显示矿井现场的环境状况，从而实现矿井通风控制。每个矿井通风控制系统都有GPRS DUT模块，矿井通风控制系统PLC控制器将接收的检测数据发往串口，通过GPRS网络传送到Internet网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器上，数据中心服务器主要是接收数据进行相关的处理后保存到数据库中。

虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种基于PLC的矿井通风控制系统，其特征在于，所述基于PLC的矿井通风控制系统包括PLC控制器、二氧化碳检测模块、瓦斯检测模块、压力检测模块、转速检测模块、控制模块、温度检测模块、变频器、风机、指示灯、报警模块、供电模块、GPRS DTU模块，所述二氧化碳检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述瓦斯检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述压力检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述转速检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述控制模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述PLC控制器的输出端连接着变频器的输入端；所述变频器的输出端连接着风机的输入端；所述风机的输出端连接着温度检测模块的输入端；所述温度检测模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述PLC控制器的输出端连接着指示灯的输入端；所述PLC控制器的输出端连接着报警模块的输入端；所述供电模块的输出端连接着PLC控制器的输入端；所述GPRS DTU模块连接着PLC控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的矿井通风控制系统，其特征在于：所述矿井通风控制系统将PLC控制器发往串口的数据通过GPRS网络传送到Internet网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器上。

3.根据权利要求1所述的一种基于PLC的矿井通风控制系统，其特征在于：所述PLC控制器采用西门子S7-200系列226型CPU。

4.根据权利要求1所述的一种基于PLC的矿井通风控制系统，其特征在于：所述瓦斯检测模块采用KGJ16B型瓦斯传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于PLC的矿井通风控制系统，其特征在于：所述压力检测模块采用HM23Y型压力变送器。

6.根据权利要求1所述的一种基于PLC的矿井通风控制系统，其特征在于：所述二氧化碳检测模块采用YT-95H-CO2二氧化碳变送器。

7.根据权利要求1所述的一种基于PLC的矿井通风控制系统，其特征在于：所述变频器采用MM440型变频器。