礦用自動風(fēng)門控制系統(tǒng)按照控制方式分有繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)和 PLC 控制系統(tǒng)3 種。
(1)繼電器控制系統(tǒng)
繼電器控制系統(tǒng)是針對一定的生產(chǎn)機械、固定的生產(chǎn)工藝設(shè)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(guān)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(shù)與控制領(lǐng)域一直占主導(dǎo)地位。但是繼電器控制系統(tǒng)只能完成既定的邏輯控制、定時等功能 ,一旦生產(chǎn)工藝過程改變 ,則控制柜必須重新設(shè)計 ,重新配線 ,而且繼電器控制系統(tǒng)體積大、接線復(fù)雜、可靠性差 ,很難滿足現(xiàn)代控制設(shè)備的要求。
1994 年 ,趙崇忱等[1] 研制開發(fā)了適用于人車回風(fēng)斜井和電機車運輸巷道的自動開閉風(fēng)門 ,通過電液控制和伺服裝置控制風(fēng)門的開或閉 ,同時發(fā)出燈光報警。
(2)單片機控制系統(tǒng)
礦用自動風(fēng)門的單片機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
單片機體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、功耗低 ,為應(yīng)用提供了便利的同時也節(jié)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(tǒng) ,該系統(tǒng)用紅外光電傳感器作為控制觸發(fā)源 ,采用硬件與軟件相結(jié)合的抗干擾設(shè)計 ,并具有與地面監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通信的功能。1998 年蔣曙光等開發(fā)了由多道風(fēng)門組成的采區(qū)反風(fēng)系統(tǒng)并在平頂山一礦得到應(yīng)用 ,其特點是采用單片機控制 ,遠(yuǎn)程遙控反風(fēng) , 壓氣驅(qū)動風(fēng)門 ,UPS 不間斷電源確保在災(zāi)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(fēng)門 ,采用 MCS - 51 系列 8 位單片機作為系統(tǒng)主機 ,采用雷達(dá)微波探測技術(shù)全方位檢測移動物體 ,以電磁閥、氣缸作為風(fēng)門開關(guān)執(zhí)行機構(gòu) ,共同構(gòu)成井下自動風(fēng)門。
單片機控制系統(tǒng)能有針對性地解決各類工業(yè)控制問題 ,特別適用于較高速和較復(fù)雜的實時控制應(yīng)用。但是單片機控制系統(tǒng)抗干擾性差 ,系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。
(3) PLC 控制系統(tǒng)
PLC 是以微處理為基礎(chǔ) ,綜合計算機與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器 ,是現(xiàn)代工業(yè)控制中進(jìn)行直接數(shù)字控制 (DDC) 的最理想的控制設(shè)備。眾所周知 ,PLC 有極高的可靠性 ,據(jù)有關(guān)資料介紹 , 其 MBTF(平均無故障時間) > 20 kh ,修復(fù)時間 < 10 min ,能在嚴(yán)酷的工作條件下長期可靠地工作[4] , 因此 ,在工業(yè)生產(chǎn)自動化控制過程中得到了廣泛的應(yīng)用。圖 2 為礦用自動風(fēng)門的 PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
PLC 控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比有如下優(yōu)點 :反應(yīng)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(tǒng)穩(wěn)定 ,安全可靠。
自動風(fēng)門是煤礦重要的通風(fēng)設(shè)施 ,其安全性能直接關(guān)系到礦井的通風(fēng)及運輸安全。要求自動風(fēng)門要有較高的可靠性 ,而自動風(fēng)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(tǒng)。
2010 年第 1 期
吳海衛(wèi)等 :礦用自動風(fēng)門技術(shù)的發(fā)展及其分析比較
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1997 年李少鵬等[6] 將 PLC 用于煤礦井下自動風(fēng)門中 ,進(jìn)一步提高了煤礦自動風(fēng)門的運行可靠性。 2001 年廉自生等[7] 研制了 KHFM - 1 型自動風(fēng)門 , 其控制系統(tǒng)由 PLC、傳感器組成 ,執(zhí)行機構(gòu)由防爆電機、減速器和鋼絲繩構(gòu)成 ,通過控制電機正反轉(zhuǎn)帶動風(fēng)門開關(guān)。2005 年鄭運廷等[8] 研制了 PLC 控制自動風(fēng)門 ,其執(zhí)行機構(gòu)采用電液推桿。2008 年蔣曙光等研制了以 PLC 為控制系統(tǒng)的推拉式自動風(fēng)門系統(tǒng) ,該系統(tǒng)不僅能控制風(fēng)門可靠開啟和關(guān)閉 ,還實現(xiàn)了對風(fēng)門的軟件互鎖以及對系統(tǒng)故障的診斷與處理功能。
