基于PLC的煤矿瓦斯浓度监控系统.doc

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蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅蒀蚄螄肄芀蒇螀肃莂螃肈肃蒅薆羄肂薇螁袀肁芇薄螆肀荿蝿蚂腿蒁薂羁膈膁螈袇膇莃薀袃膇蒆袆蝿膆薈虿肇膅芈蒂羃膄莀蚇衿芃蒂蒀螅节膂蚅蚁芁芄蒈羀芁蒆蚄羆芀蕿薆袂艿芈螂螈芈莁薅肇芇蒃螀羃莆薅薃衿莆芅蝿螅羂莇薁蚁羁薀螇聿羀艿蚀羅罿莂袅袁罿蒄蚈螇羈薆蒁肆羇芆蚆羂肆莈葿袈肅肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒈蚈袄膁莄蚇羆莇芀螇聿膀薈螆螈莅蒄螅袁膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螁聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肆薇袈羄芁薃袇膆肄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袅肀莈薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羅腿芈薈肇莄蚆薈袇膇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膄肈蚃薄袃芄蕿蚃羅肆蒅蚃肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒈蚈袄膁莄蚇羆莇芀螇聿膀薈螆螈莅蒄螅袁膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螁聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肆薇袈羄芁薃袇膆肄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袅肀莈薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羅腿芈薈肇莄蚆薈袇膇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膄肈蚃薄袃芄蕿蚃羅肆蒅蚃肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒈蚈袄膁莄蚇羆莇芀螇聿膀薈螆螈莅蒄螅袁膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螁聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肆薇袈羄芁薃袇膆肄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袅肀莈薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羅腿芈薈肇莄蚆薈袇膇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膄肈蚃薄袃芄蕿蚃羅肆蒅蚃肈节莁蚂螇 基于PLC的煤矿瓦斯浓度监控系统目 录摘要1Abstract.21概述 21.1绪论.21.2瓦斯气体 .31.3目前国家的政策环境 .31.4国家关于煤矿安全浓度的规定 .41.5本课题研究的意义.52系统总体设计方案 53系统的硬件设计 63.1PLC简介 .63.2 FX2N PLC介绍 .73.3机型选择、I/O地址分配 .83.4系统的风量控制模式 93.5风机控制开关的设计 .104系统的软件设计 .114.1控制系统梯形图编制 114.2软件系统的工作过程 .125结和展望 .136结束语 .14答谢辞 15参考文献 15基于PLC的煤矿瓦斯浓度监控系统摘要：本文介绍了一种采用麦冬通风技术与变频调速技术相结合的掘进面智能通风控制系统，该系统能够对瓦斯浓度传感器采集的瓦斯浓度信号进行分析判定，实时监控掘进面局部通风机的转速，从而实现对掘进面通风机的智能控制。当瓦斯涌出时，系统发出声光报警，并加大局部通风机转速，达到快速稀释瞬间涌出的瓦斯浓度，确保煤矿掘进面的安全生产。关键词：煤矿；瓦斯；PLC；智能监控；脉动通风Coal-mine Gas Concentration Monitoring System based on PLCAbstract： This paper presents a ventilation intelligent control system for mining driving face based on freguency conversion technique and pulsating ventilation technique.This system can analyze the gas concentration signal from the gas sensor and makes a judgemengt to the environment of the driving face. Through controllong the rotating speed of the local fan in real-time，intellingently controlling the ventilation of the face can be realized，When the gas gushes，the system gives out instantly a sound-light alaroing and the rev of the fan will be accelerated，so the gas concentration will be dilutd immediately.The production safety of the mining driving face can be ensured.Keywords：Colliery；Gas；PLC；Intelligent control；Pulsating ventilation1概述1.1绪论随着社会的发展，能源结构正在发生深刻的变化，各种清洁能源技术不断取得新的应用。但是，对于我国这样一个发展中的大国，煤炭在很长时间内仍然是我国的主要能源，占我国能源消费的67%。从2001年到2006年，我国的煤炭产量每年增长2亿吨以上，这在煤炭工业史上是前所未有的，但仍然满足不了国内更快的需求增长。煤炭供应紧张、价格直线上升，煤矿超能力生产问题非常严重，煤矿安全成为社会广泛关注的重点，国家安全生产监督管理局的统计数字令人触目惊心：在去年19.5亿吨的产量中，只有12亿吨是有安全保证的，而全国煤矿安全欠帐已经达到500亿元左右。国家安全生产监督管理局局长在六月份召开的全国煤矿推广数字化瓦斯远程监控系统电视电话会议上明确指出：瓦斯灾害是煤矿安全的第一杀手，要扭转煤矿安全的被动状况，必须紧紧抓住这个重中之重，紧抓不放，一抓到底。据统计2005年一月到五月全国事故总起数和死亡人数虽然有所下降，但煤矿事故死人数达2187人，增加9.7%。煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故23起，死亡人数682人，分别上升67%和162%，其中瓦斯事故18起，死亡599人，同比增加8起，382人。瓦斯事故仍然是煤矿安全生产中发生最多和最严重的。这些事故的发生有其客观的原因，但也跟管理和技术手段的应用有着紧密的联系。据资料显示美国的煤矿死亡人数一年大约在30人左右，澳大利亚2003年的死亡为零。山西省晋城市自2002年实现数字化远程瓦斯监测系统以来，瓦斯事故也得到了很好的治理。由此可见，煤矿瓦斯事故并非不可治理，只要加强管理再配合先进的技术手段（煤矿安全生产监测系统和数字化远程瓦斯监测系统）的应用，瓦斯事故是可以得到治理的。从而大大减少安全事故的发生，保护广大煤矿工人的生命财产安全，为建立一个和谐、平等的社会，为国家的发展做出贡献。1.2瓦斯气体1.2.1 瓦斯气体性质了解瓦斯的特点和性质是搞好瓦斯管理的先决条件。瓦斯是煤矿开采过程中的一种有害气体的总称，它有自己的性质和特点，是可以被认识的，也是可以被控制和利用的。所以说要搞好瓦斯管理工作，必须首先学习有关瓦斯的知识，了解瓦斯的性质和特点。矿井瓦斯是指从煤体和围岩中逸出的以及在生产过程中产生的多成分的混合气体，包括CH4、COZ、CO、NZ、CZH6、502、HZS等。主要成分是甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（COZ）、硫化氢（HZS）等。沼气是矿井瓦斯的主要成分，是一种无色无味的气体。不助燃，但当与空气混合到一定浓度时，遇火能燃烧或爆炸，爆炸界限为5一16.5%；空气中沼气浓度超过40%时，空气中的氧含量将下降到12%以下，此时空气与沼气的混合气体不再发生爆炸，但将使人窒息。1.2.2 瓦斯气体的爆炸瓦斯爆炸须具备3个条件：C氏浓度、02浓度及引爆温度。瓦斯在煤体和围岩中以游离状态和吸附状态存在，一般情况下处于动态平衡，当外界温度、压力变化时，几种状态会互相转化，煤层在开采过程中，瓦斯被逸散出来，在井下积聚，造成瓦斯浓度增加，当CH4浓度达5%16%时具有爆炸性，CH4浓度为9.5%时，爆炸威力最大，当CH4浓度小于5%或大于16%时，一般不会爆炸，遇明火只会燃烧，瓦斯爆炸的上下限是可变的，当CH4混合气体的温度和压力发生变化或混入煤尘及其它可燃气体时，可影响瓦斯爆炸的上下限，如空气中的煤尘含量为10-12mg/m3，cH4浓度达到4%时，遇火就会爆炸。要消除引爆火源，必须严禁明电、明火下井，禁止明电、明火放炮，并要求井下电器设备必须防爆。所以控制瓦斯浓度是防止瓦斯爆炸的根本，实时掌握瓦斯浓度状况是煤矿安全的头等大事。（此处对照你发给我的原文看一看）！1.3目前国家的政策环境温家宝总理在2月23日主持召开国务院第81次常务会议上，研究部署进一步加强煤矿安全生产工作，强调各级政府和煤炭企业要加强领导，落实责任，痛下决心，标本兼治，坚决防范煤矿重特大事故的发生。并明确指出，煤炭是我国一次能源的主体，煤炭行业又是高危行业，高瓦斯和瓦斯突出矿井占一半左右，煤矿安全是整个工业安全生产工作的重中之重。目前煤炭供应持续紧张，部分地区煤矿超产严重，违规操作问题突出，煤矿安全生产形势十分严峻。必须充分认识到加强煤矿安全生产工作的重要性，采取更加有力的措施，切实解决煤矿安全生产的突出问题，坚决防范煤矿重特大事故的发生。国务院决定，把国家安全生产监督管理局升格为国家安全生产监督管理总局，同时专设由总局管理的国家煤矿安全监察局，提高监察的权威性，强化煤矿安全监察执法。要落实地方政府煤矿安全监督管理职责，建立地方政府领导分工联系本地区重点煤矿安全生产工作制度。强化企业安全生产主体地位，所有煤矿都要落实法人代表作为安全生产第一责任人。坚持煤矿企业内部安全生产机构派驻制，严格执行煤矿领导干部下井带班作业制度，及时发现和消除事故隐患。国务院决定今年安排30亿元基建资金，支持国有重点煤矿安全技术改造，主要用于瓦斯治理。各级地方政府也要筹措资金，支持煤矿安全技术改造。要监督企业履行投资主体责任，提高安全技改费用，并做到专款专用，在煤矿实行安全生产风险抵押金制度。会议确定，采取7项措施大力开展瓦斯集中整治，切实防范重特大瓦斯事故发生。一是对瓦斯灾害严重的45户重点煤矿派驻安全督导组，进行跟踪监察；二是从全国抽调煤矿安全专家，对瓦斯灾害严重和存在重大隐患的煤矿逐个进行安全评估，帮助制定具体的防范措施；三是严格执行“以风定产”的规定，凡超通风能力生产的矿井，必须把产量降到通风能力许可的范围内；四是历史上有过瓦斯动力现象，但未按突出矿井管理的，一律按突出矿井管理；五是推广数字化瓦斯远程监控系统，高瓦斯和高突矿井没有建立瓦斯抽放和监测系统的，一律限期整改；六是加快煤与瓦斯突出机理及预测预报科研攻关，尽快取得突破：七是成立国家煤层气工程研究中心，推进煤层气综合开发利用，变害为利。根据国务院第81次常务会议精神，在6月21日召开的远程数字化监测、监控电话会议上明确了加05年及以后的工作重点：“高瓦斯、煤矿与瓦斯突出矿井要全部建立和完善监测、监控系统。原有国有重点煤矿要实现矿务局（集团公司）内部联网；国有地方煤矿、乡镇煤矿要实现县（区）范围内联网”。“制定数字化远程监测、监控系统的相关标准，严格监测、监控设备的市场准入”。“根据电子信息快速发展的实际情况，结合煤矿的不同需求，加快研制新产品更新换代、开发适用软件，以推动信息技术在煤矿安全生产中发挥更大的作用”。在这次会议上还提出了以下四大政策措施用来保证以上工作的实施：（一）加大投入力度，保障系统建设所需资金。要疏通资金渠道，建立国家、地方和企业共同投入、以企业投入为主的投入机制，解决监控系统建设资金问题。（二）搞好系统建设和管理维护，保证正常运转。（三）落实责任，把工作抓实。推广和建立煤矿瓦斯数字化监控系统是一项很实际的工作，每个步骤、每个环节都需要付出实实在在的努力，必须明确责任，在抓落实上狠下功夫。（四）加大煤矿安全监察执法力度，强力推进瓦斯监控系统建设和瓦斯治理各项工作。各级煤矿安全监察机构要认真履行国家监察职责，推进瓦斯监控系统建设和煤矿安全工作。从以上两次会议可以看出国家对煤矿安全生产非常重视，对建立瓦斯监测监控系统及远程瓦斯监测监管系统提出了非常明确的要求和政策支持，为实现煤矿瓦斯事故的治理创造了非常好的政策环境，充分体现了以人为本的治国方略。1.4国家关于煤矿安全浓度的规定煤矿安全规程对井下各点瓦斯浓度如下规定：（l） 矿井总回风巷或一翼回风巷风流中瓦斯浓度超过0.75%，矿总工程师必须立即查明原因，进行处理，并报告矿务局总工程师。（2） 采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过l%时，必须停止工作，撤出人员，并由矿总工程师负责采取措施，进行处理。（3） 综合机械化、水采和煤层厚度小于0.8米的保护层的采煤工作面，经抽放瓦斯和增加风量已达到最高允许风速后，其回风巷风流中瓦斯浓度仍不能降低到1%以下时，经矿务局局长批准，瓦斯浓度最高不得超过1.5%，并应符合下列要求：工作面的风流控制必须可靠；通风巷必须保持设计断面；必须制定安全措施，配有专职瓦斯检查员并安设瓦斯自动检测报警断电装置。（4）采掘工作面风流中瓦斯浓度达到1%时，必须停止用电钻打眼；放炮地点附近20米以内风流中的瓦斯浓度达到1%时，严禁放炮。采掘工作面风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理；电动机或其开关地点附近20米以内风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理。（5）采掘工作面内，体积大于0.5立方米的空间，局部积聚瓦斯浓度达到2%时，附近20米内，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。（6）综合机械化采掘工作面，应在采煤机和掘进机上安设机载式断电仪，当其附近瓦斯浓度达到1%时报警，达到1.5%时必须停止工作，切断采煤机和掘进机的电源。1.5本课题研究的意义该项目的实施，可以提高煤炭安全生产作业率，加大安全生产管理力度，降低事故率，保障国家及人民生命财产安全。保障煤矿瓦斯监测、监控系统的正常运行，保障煤矿的每一次报警都能得到相应解决，及时发现并解决煤矿所存在的安全隐患，保障煤矿安全生产信息上下达的通畅，提高煤矿安全生产管理信息系统的应用水平，及煤炭从业人员的整体素质，力争使煤矿安全生产管理实现量化、标准化、规范化。因为信息化管理是一个量化、标准化、规范化管理的实现，其中系统的运行提供了一个量化井下工作作业环境的工具，计算机的处理过程则要求将整个管理过程展开成一个个标准化的单元，计算机系统的运行是一个由标准单元所组成的一个规范化的执行过程。瓦斯联网监测系统的建立将使安全生产的整个管理工作向量化、标准化、规范化的工作管理模式转变。该项目的建设将为我国乡镇中小煤矿行业信息化建设做出积极贡献。该项目的建设是以煤矿瓦斯联网监测系统为龙头，建成提供数据、语音、视频传输的统一系统平台，实现信息资源的充分共享和广泛使用。实现煤炭信息化管理，实施“煤电强县”的战略，建设中国煤炭大县，抓“滇东电厂”和曲靖煤化工基地建设的机遇，建设富源煤炭瓦斯联网监测系统非常必要。以信息化带动工业化，为推进富源经济社会的快速发展和全面进步做出贡献。2系统总体设计方案掘进面智能通风控制系统由风机自动切换控制开关、防暴变频器、多信息融合的软传感器瓦斯检测装置、风量检测装置、执行机构（掘进面局部通风机几部分组成。整个控制系统的结构框图如图2-1所示。 图2-1控制系统结构框图采用国际流行的PLC智能化控制，中文人机界面显示，变频调速技术的应用，双机准热备控制模式，脉动供风以实现风量的闭环控制，灵活的参数设定方式、完善的报警提示以及故障诊断功能，同时提供设备的实时运行状态信息。3系统的硬件设计3.1PLC简介PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，）是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”3.1.1 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。3.1.2 PLC的工作原理PLC大多采用成批输入/输出的周期扫描方式工作，按用户程序的先后次序逐条运行。一个完整的周期可分为三个阶段：（1）输入刷新阶段程序开始时，监控程序使机器以扫描方式逐个输入所有输入端口上的信号，并依次存入对应的输入映象寄存器。（2）程序处理阶段所有的输入端口采样结束后，即开始进行逻辑运算处理，根据用户输入的控制程序，从第一条开始，逐条加以执行，并将相应的逻辑运行结果，存入对应的中间元件和输出元件映象寄存器，当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输出刷新处理。（3）输出刷新阶段将输出元件映象寄存器的内容，从第一个输出端口开始，到最后一个结束，依次读入对应的输出锁存器，从而驱动输出器件形成可编程的实际输出。3.2 FX2N PLC介绍3.2.1 概述FX2N系列是PLC FX家族中最先进的系列。由于FX2N系列具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块。3.2.2 PLC的硬件结构（1） 硬件框图图3-2-1 PLC硬件框图（2） 输入接口电路为了保证能在恶劣的工业环境中使用，PLC输入接口都采用了隔离措施。如下图，采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。（3） 输出接口电路PLC一般都有三种输出形式可供用户选择，即继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出。在线路结构上都采用了隔离措施。特点：继电器输出：开关速度低，负载能力大，适用于低频场合。晶体管输出：开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。晶闸管输出：开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。3.3机型选择、I/O地址分配为实现上述T68镗床的控制要求，系统共需开关量输入点17个，开关量输出点8个，现选择三菱公司主机为FX2N-48MR（24点输入/24点继电器输出）型PLC。I/O信号地址分配如表1、表2。表输入信号地址分配表作用名称地址M1停止按钮SB6X000M1正转按钮SB1X001M1反转按钮SB2X002M1正转电动按钮SB3X003M1反转电动按钮SB4X004高低速转换行程开关SQX005主轴变速行程开关SQ1X006主轴变速行程开关SQ2X007进给变速行程开关SQ3X010进给变速行程开关SQ4X011工作台或主轴箱机动进给限位SQ5X012主轴或花盘刀架机动进给限位SQ6X013快速M2电动机正转限位SQ7X014快速M2电动机反转限位SQ8X015M1过载保护FRX016速度继电器正转触点KS1X017速度继电器反转触点KS2X020表输出信号地址分配表作用名称地址M1正转接触器KM1Y000M1反转接触器KM2Y001限流电阻接触器KM3Y002M2正转接触器KM4Y003M2反转接触器KM5Y004M1低速接触器KM6Y005M1高速YY接触器KM7Y006M1高速YY接触器KM8Y0073.4系统的风量控制模式掘金面智能通风控制系统的风量控制模式为：风量闭环控制。对矿井掘进面瓦斯浓度可靠稳定的控制是保证煤矿掘进面安全生产的关键，掘进面风机的风量、风压是重要的控制参数。采用变频调速技术和脉动供风技术，可以有很好的节能效果，更重要的是通过变频技术和脉动供风技术实现对风机电动机转速的改变以直接调节风量、风压大小，保证煤矿掘进面瓦斯的安全排放和充足的供氧量，并达到人性化供风的目标。掘进面智能通风系统的风量控制策略图如图3-4-1所示。图3-4-1风量控制策略图3.5风机控制开关的设计鉴于矿用局部通风机开关使用的环境比较恶劣，并且对于局部通风机开关的安全可靠性要求相当高，控制系统理想的选择为热备控制设备。但是由于热备控制系统的回路较为复杂、体积较大以及成本较高等原因，在设计过程中没有采用，而在同行业中首次提出双机准热备的设计理念。具体的实现方法如图3-5-1所示。图3-5-1双机准热备系统功能框图当PLC1作为主控制（MASTER STATION）处于运行控制时，信号的联锁控制、动作状态输出以及人机界面的显示和信息提示，均以PLC1为主，备机作为从机（SLAVE STATION）实时监测主机的运行状态、电源状态以及信号逻辑联锁的可靠性，当PLC1发生故障、主机侧设备故障、主机侧断电等故障情况发生，系统自动切换到备用方，此时PLC2担负起设备的联锁运行输出任务，作为主机继续设备的运行，而PLC1作为从机承担系统运行的监测以及信号逻辑联锁安全性校验的工作。双机准热备控制系统很好地提高了对掘进面局部通风机控制的安全可靠性，完全符合煤矿安全生产的要求。4系统的软件设计4.1控制系统梯形图编制根据控制要求和I/O地址编制的控制系统梯形图如图4-1-1所示。图4-1-1控制系统梯形图4.2软件系统的工作过程在设计软件系统的过程中，充分利用了模块化编程的思想，是软件系统的结构清晰，功能明确，维护方便。软件系统的工作过程如下：（l）人机界面 中文化的人机界面，主要实现相关参数的设定，系统状态运行信息显示（当前风量、风压、设备的运行状态等），瓦斯超限报警，系统故障报警信息（这里的故障报警信息指的是电气可以检测的各类故障信息），包括电机过热、过流、接触器故障、传感器故障等；（2）手动控制模式 根据掘进巷道的实际情况，系统通过按下相应的按钮，实现通风系统风量和风压的增加和减少，调整系统运行的初始状态。手动控制主要用于系统的初次调节和进行设备的调试以及维护时使用；（3）自动控制模式 选择开关处于自动位置，按下自动启动按钮，系统的风量控制采用闭环控制，根据掘进面巷道的实际状况设定一个初始值，反馈信号由局部通风机风量实际值和瓦斯浓度实际值经风量传感器检测提供，作为变频器给定信号并结合脉动供风原理，以控制电动机的转速，达到自动控制风量、稳定控制瓦斯浓度和供氧量的目的。当出现巷道瓦斯瞬间涌出时，系统发出声光报警，并大幅度提高转速，以稀释瓦斯浓度，确保煤矿掘进面的安全生产。该系统的软件流程如图4-2-1所示。图4-2-1软件流程图5结论和展望传统的通风系统进行风量调节主要是通过风流断续器来实现的。当风流断续其工作时，空气被周期性“封闭”并存储在风筒中，然后在过剩的压力下抛向工作面空间，此法虽然实现了脉动通风，但仍和原有的利用“三通”、“掐风布带”等控风措施相同，在调节风量的同时电机仍在恒速运转，并没有降低能耗。本文所设计的掘进面智能通风控制系统，采用让电机工作于开关方式，这恰好使脉动通风在理论上和实践上得到了统一，因此，在系统中对于局部通风机的风量调节系统采用“ON-OFF”的电机运行模式。此时虽然局部通风机