桂林西门子代理

　 1 绪论
　　煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分，煤矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环境条件、生产效率、安全生产密切相关。随着我国政府对各行各业安全生产监管力度的不断加强，尤其对煤矿安全生产的要求越来越高，对煤矿矿井通风系统进行技术改造，提高其运行稳定性、可靠性、节能降耗等势在必行。目前在煤矿矿井通风系统中，大多仍采用继电接触器控制系统，但这种控制系统存在着体积大、机械触点多、接线复杂、可靠性低、排除故障困难等很多的缺陷；且因工作通风机一直高速运行，备用通风机停止，不能轮休工作，易使工作通风机产生故障，降低使用寿命。针对这一系列问题，本系统将 PLC与变频器有机地结合起来，采用以矿井气压压力为主控参数，实现对电动机工作过程和运转速度的有效控制，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。PLC控制系统具有对驱动风机的电机过热保护、故障报警、机械故障报警和瓦斯浓度断电等功能特点，为煤矿矿井通风系统的节能技术改造提供一条新途径。
　　 2 系统结构和控制方案
　　 2.1 系统的设计功能
　　本控制系统具有通风机组的启动、互锁和过热保护等功能。与常规继电器实施的通风系统相比，PLC系统具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点，PLC的控制功能使通风系统的自动化程度大大提高，减轻了岗位人员的劳动强度。PLC和变频器与空气压力变送器配合使用，使系统控制的安全性、可靠性大大提高，也使通风机运行的故障率大大降低，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率。为满足矿井通风系统自动控制的要求，系统的具体设计要求如下：
　　（1）本系统提供手动／自动两种工作模式，具有状态显示以及故障报警等功能。
　　（2）模拟量压力输入经PID运算，输出模拟量控制变频器。
　　（3）在自动方式下，当井下压力低于设定压力下限时，两组风机将同时投入工作运行，同时并发出指示和报警信号。
　　（4）模拟量瓦斯输入，当矿井瓦斯浓度大于设定报警上限时，发出指示和报警。当瓦斯浓度大于设定断电上限时，PLC将切断工作面和风机组电源，防止瓦斯爆炸。
　　（5）运用温度传感器测定风机组定子温度或轴承温度，当定子温度或轴承温度超过设定报警上线时，发出指示和报警信号。当定子温度或轴承温度超过设定风机组转换温度界线时，PLC将切断指示和报警信号并自动切断当前运行风机组，在自动方式下并能自动接入另一台风机组运行，若在手动方式下，工作人员手动切换。
　　（6）为防止通风机的疲劳运行，在任何状态下，风机在累计运行设定时间后都会自动切换至另一台风机组运行。
　　（7）手动方式下，有防止风机组频繁启动功能。由于定子温度或轴承温度过高，若当前风机组停止运行后，当其温度下降到设定下限时该风机组不能连续二次启动，只有接入另一台风机组进行工作，即防止温度在临界线状态而频繁启动。
　　（8）有风机组机械卡死指示报警功能。
　　 2.2 系统结构及方案
　　通风控制系统主要由2台通风机组成，每台通风机有2台电机，每台电机驱动1组扇片，2组扇片是对旋的，1组用于吸风，1组为增加风速，对井下进行供风。根据井下用风量的不同，采用不同型号的风机。本设计以风机组 2×30kW为例，选用 1台西门子S7—200可编程控制器(PLC)，空气压力变送器等组成一个完整的闭环控制系统。其中还包括瓦斯传感器、温度传感器、接触器、中间继电器、热继电器、矿用防爆型磁力起动器、断路器等系统保护电器，实现对电机和 PLC的有效保护，以及对电机的切换控制。

1. 引言
        随着工业技术的发展越来越快，工业中对中央空调控制精度的要求也越来越高，现在很多工业生产过程都对温度有较高要求，但是中央空调系统是一个参数时变、纯滞后、大惯性的非线性系统，其控制过程与环境条件及空调系统本身的诸多因素密切相关，许多参数是难以计算和测量的，很难建立jingque的数学模型。模块化空调机组是由多台空调组合而成的并联中央空调系统，控制系统采用多台PLC通讯联网处理。当实际环境多变时，传统控制方式对水温的控制效果并不理想。

        近来提出的模糊控制可不必jingque了解对象情况，且具有动态响应好，上升时间快，超调小的优点，随着PLC技术的不断发展，各PLC厂家推出了适于各类过程控制的智能专用模块，应用模糊控制技术合理调节模块化空调的能量，达到良好的温度控制效果和响应速度。

2. 组建PLC网络

        现有三台风冷热泵螺杆机组，编号分别为机组A、机组B和机组C，还有4台水泵，其中3用1备，每台机组对应一台水泵，如果在运行过程中任意一台水泵发生故障，备用水泵自动投入工作。

        本PLC网络采用4个CO-TRUST公司的可编程控制器，其中1＃PLC、2＃PLC、3＃PLC均为CPU226L，4＃PLC为CPU224+。1＃PLC、2＃PLC和3＃PLC分别控制机组A、机组B和机组C，4＃PLC控制4台水泵。4个PLC相互串接到一条总线上，构成线型网络拓扑结构，见下图。

PLC网络连接示意图

        三台风冷热泵机组的进水口和出水口分别并联在两条总管路上，构成总进水口和总出水口，在总出水口处各放三个温度传感器，三个温度传感器信号分别送至1＃PLC、2＃PLC、3＃PLC的温度采集模块。

3. 模糊控制实现
模糊控制原理如下图：
 

       针对机组只有一个控制量即机组出水温度，系统采用二维模糊控制。设模糊变量为：E(温差)，EC(温差变化率)，U(输出增量)。输入输出变量语言可以表达为：负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)。系统中温差基本论域为E其范围为[-3，+3]，温差变化率EC其范围为[-0.5，+0.5]，输出增量U其范围定为[-3，+3]，jingque量均可划分为12个等级。

根据过程控制的实际经验得到一系列推理语言规则，写成如下形式：
IF E = (NB) and EC = (NB) then U = (PB)
即温度偏差E为负大且偏差变化率EC为负大，则输出控制增量U应为正大，快速减少负偏差，使其趋近于给定值。
IF E = (NM) and EC = (NM) then U = (PM)
即温度偏差E为负中且偏差变化率EC为负中，则输出控制增量U应为正中，逐渐减少负偏差，使其趋近于给定值。
IF E = (NS) and EC = (NS) then U = (PS)
即温度偏差E为负小且偏差变化率EC为负小，则输出控制增量U应为正小，慢慢减少负偏差，使其趋近于给定值，避免出现超调现象。
IF E = (PS) and EC = (PS) then U = (NS)
即温度偏差E为正小且偏差变化率EC为正小，则输出控制增量U应为负小，慢慢减少正偏差，使其趋近于给定值，避免出现超调现象。
IF E = (PM) and EC = (PM) then U = (NM)
即温度偏差E为正中且偏差变化率EC为正中，则输出控制增量U应为负中，逐渐减少正偏差，使其趋近于给定值。
IF E = (PB) and EC = (PB) then U = (NB)
即温度偏差E为正大且偏差变化率EC为正大，则输出控制增量U应为负大，以快速减少正偏差，使其趋近于给定值。

通过对这样的一系列的语句的归纳总结形成以下的模糊控制规则表：

各模糊子集的隶属函数选择三角分布方式，根据模糊控制规则表和各模糊子集的赋值表即可计算出每个模糊关系R，然后合成总模糊关系，再根据模糊推理合成规则，得到控制增量模糊集U，再按隶属函数中位数方法得到相应的控制增量u，即得到模糊控制表。
 
4.网络通讯指令的使用
 
        PLC之间的通讯采用NETW/NETR（网络写/网络读）指令，在这里把1＃PLC设置为主站，其它PLC均设置为从站，主PLC通过采样周期和控制周期检测水温变化，通过PLC根据计算得到的水温偏差与水温偏差变化率查询模糊控制控制表，获得相应控制量，对3台机组的能量进行控制，同时还需考虑3台机组的能量输出基本相当。
 
        主站中还需要定时向各从站读/写数据，读取一些状态信息，如机组的高、低压力、风机和压缩机的状态、机组故障等信息；向各从站写一些控制命令，如开、关机、强制融霜等命令，全部控制都在主触摸屏上完成。

5.应用效果
        通过对现场水温的监控，在采用模糊控制方法后，机组水温控制精度达到用户工艺要求，用户非常满意，而且响应速度很快，超调小，具体水温曲线见下图。
6. 结束语 
       不依靠专用控制模块通过应用PLC的编程软件开发模糊控制程序，并应用在风冷模块化空调机组的水温控制上，实测数据证明模糊控制在实际应用中得到了良好的控制效果。而且模糊控制程序作为整个PLC控制程序的一个子程序，包括数据的读取、模糊推理和控制信号输出，这样模糊控制程序易实现模块化和标准化，与PID控制相比，限制条件少，不受系统硬件限制，适应范围也大大提高，具有较大的实用价值。