礦用自動風門的控制系統

礦用自動風門控制系統按照控制方式分有繼電器控制系統、單片機控制系統和 PLC 控制系統
3 種。
(1) 繼電器控制系統
繼電器控制系統是針對一定的生產機械、固定的生產工藝設計的 ,采用硬接線方式將人們熟悉的各種定時器、繼電器、接觸器、開關等電器的觸點裝配而成。由于各電器功能直觀 ,價格低廉 ,在一定范圍能夠滿足控制要求 ,在電工技術與控制領域一直占主導地位。但是繼電器控制系統只能完成既定的邏輯控制、定時等功能 ,一旦生產工藝過程改變 ,則控制柜必須重新設計 ,重新配線 ,而且繼電器控制系統體積大、接線復雜、可靠性差 ,很難滿足現代控制設備的要求。
1994 年 ,趙崇忱等^[1] 研制開發了適用于人車回風斜井和電機車運輸巷道的自動開閉風門 ,通過電液控制和伺服裝置控制風門的開或閉 ,同時發出燈光報警。
(2) 單片機控制系統
礦用自動風門的單片機控制系統結構如圖 1 所示。
 
圖 1 　礦用自動風門的單片機控制系統結構框圖
　　單片機體積小、質量輕、價格便宜、功耗低 ,為應用提供了便利的同時也節省了開支。1994 年蔣曙光等^[2] 研制了以單片機為主的可編程序控制系統 ,該系統用紅外光電傳感器作為控制觸發源 ,采用硬件與軟件相結合的抗干擾設計 ,并具有與地面監測監控系統通信的功能。1998 年蔣曙光等開發了由多道風門組成的采區反風系統并在平頂山一礦得到應用 ,其特點是采用單片機控制 ,遠程遙控反風 , 壓氣驅動風門 ,UPS 不間斷電源確保在災害時期非正常斷電的情況下仍能可靠運行。1995 年 ,李堂軍等^[3] 研制了單片機控制自動風門 ,采用 MCS - 51 系列 8 位單片機作為系統主機 ,采用雷達微波探測技術全方位檢測移動物體 ,以電磁閥、氣缸作為風門開關執行機構 ,共同構成井下自動風門。
單片機控制系統能有針對性地解決各類工業控制問題 ,特別適用于較高速和較復雜的實時控制應用。但是單片機控制系統抗干擾性差 ,系統工作不穩定。
(3) PLC 控制系統
PLC 是以微處理為基礎 ,綜合計算機與自動化技術而開發的新一代工業控制器 ,是現代工業控制中進行直接數字控制 (DDC) 的最理想的控制設備。眾所周知 ,PLC 有極高的可靠性 ,據有關資料介紹 , 其 MBTF(平均無故障時間) > 20 kh ,修復時間 < 10 min ,能在嚴酷的工作條件下長期可靠地工作^[4] , 因此 ,在工業生產自動化控制過程中得到了廣泛的應用。圖 2 為礦用自動風門的 PLC 控制系統結構圖[5] 。

圖 2 　礦用自動風門的 PLC 控制系統結構圖
　　PLC 控制系統與傳統的繼電器控制系統相比有如下優點 :反應速度快 ,噪音低 ,能耗小 ;體積小 ; 功能強大 ,編程方便 ,可以隨時修改程序 ;能夠自動檢測控制過程 ;系統穩定 ,安全可靠。
自動風門是煤礦重要的通風設施 ,其安全性能直接關系到礦井的通風及運輸安全。要求自動風門要有較高的可靠性 ,而自動風門的控制機理屬于典型的過程控制 ,PLC 自然成為首選控制器 ,以此為核心組成自動控制系統。

2010 年第 1 期 吳海衛等 :礦用自動風門技術的發展及其分析比較 ·　63　·

1997 年李少鵬等^[6] 將 PLC 用于煤礦井下自動風門中 ,進一步提高了煤礦自動風門的運行可靠性。 2001 年廉自生等^[7] 研制了 KHFM - 1 型自動風門 , 其控制系統由 PLC、傳感器組成 ,執行機構由防爆電機、減速器和鋼絲繩構成 ,通過控制電機正反轉帶動風門開關。2005 年鄭運廷等^[8] 研制了 PLC 控制自動風門 ,其執行機構采用電液推桿。2008 年蔣曙光等研制了以 PLC 為控制系統的推拉式自動風門系統 ,該系統不僅能控制風門可靠開啟和關閉 ,還實現了對風門的軟件互鎖以及對系統故障的診斷與處理功能。