摘 要：本文针对计算机科学与技术非常重要的专业核心基础课程《PLC原理和应用》，提出了基于井下局部制冷智能控制的PLC控制系统和上位机设计，取得了很好的应用效果。

关键词：PLC；局部制冷；程序设计

一、引言

由于井下生产的特殊性，以及目前矿山自动化的通用性，很多控制要求使用自动化设备，因为自动化设备具有可编程性，可以检测也可以被检测，检测点也可以作为控制点，灵活多变，另外配合显示触摸屏使用，更加使得控制过程以及运行过程一目了然，相比过去的单片机控制来说，编程更为简易，控制更为流畅，显示更加直观.

二、煤矿的现状和该系统的重要性

目前煤矿处在开采程度越来越高，开采难度越来越大的问题，复杂的巷道以及深度的不断扩大所导致的最直接的问题就是地热灾害的加剧，煤矿的安全都是面面俱到的布置下去的，所以现在很多煤矿都在使用局部制冷设备对工作面进行降温，不然会严重影响到井下生产的安全性，局部制冷也需要一套严密的控制系统，所以就有了该系统的设想和设计，主要分为以下几点：

1.性能适用范围

设备可以作为集中控制使用，作为集中制冷总站或者局部制冷分站。也可以作为电控检测设备使用，在这里可以作为制冷机设备运行监测，保护监测，配合传感器，实现数据实时显示化，控制及时化。同时也可以作为控制制冷剂电机的过程控制设备使用，灵活多变的编程方法可以改变设备的适用范围和属性。

2. 功能特点

a、采用嵌入式本质安全型PLC为控制核心 ，12V就可以驱动。各个控制过程具有高度订制性和可编程性，相比单片机控制的设备，速度快，执行率高，执行效果严格可控。

b、选用万维系列的本质安全型PLC，配有人机界面，实现控制智能化，信息读取实时化，保护功能具有实时性；

c、；可以通过人机界面所实时显示的设备的运行状况和故障信息。

d、系统利用PLC对事故前20个扫描周期的各信号状态进行检测、储存、分析，可以很快的查处影响事故的第一故障点，并在人机界面上将第一故障信息发生的时间显示出来，为快速排出故障、恢复运行提供了可靠的保证。

e、系统上位机人机界面上开发了供工作人员使用的运行信息和工维修人员使用的图形显示、检测装饰盒保护状态的中文显示，共有十余个画面。有模拟图形的同时，还具有信息说明，最大程度的呈现了现场的信息。

3. 项目难点

a、系统下位机PLC需要采用相关智能控制程序，来控制和读取相关部位的温度压力情况情况以及运行时间到达时对故障的检测和停止运行的故障检测以及复位。

b、系统的上位机需要开发至少拥有五个个可视窗口的程序，必须可以通过文字和图片的形式实时显示系统的运行状态在运行时模拟参数变化的循环移动，该软件采用easyLAD组态软件编程。

三、设备的设计参数以及控制方式

1.本质安全型可编程控制箱（以下简称控制箱）是一种采用本质安全型PLC的制冷机辅助设备，它具有结构简单、安全可靠等优点，是制冷机运行状态控制以及监测的设备。一般情况下配套制冷机使用。目前的矿井制冷机大多处于一直运行的状态，由于矿井高温环境的存在，制冷机也会出现各种各样的实际小故障，这时候该设备就会及时的对制冷机进行停机并且显示故障类型以及故障点的数值。该设备工作电压12V。可以实现制冷设备各个需要读取数值的温度、压力传感器都能够读取到实时数据，并且具有故障停机功能，故障有实时显示，也具有故障历史记录。并且可以提供故障的下载。还可以通过控制电源箱中的继电器控制保护开关启停。

同时更重要的是该设备还使用到了机械保护开关作为二级保护这极大程度上是的保护的范围更加全面和可靠。

2.设计中采用开关量信号输入使用5路，其中包括一路启动信号，4路机械开关反馈信号。

模拟量信号可使用8路，其中包括4路温度模拟量信号，4路压力模拟量。

3.本安参数：U0：12.2V， I0：0.36A， C0：0μF， L0：0mH。

四、工作原理

1.控制箱完成各个检测点的温度和压力实时数据的采集，并第一时间显示到人机对话窗口上（PLC选用本质安全型嵌入式PLC）。

2.控制箱實现本安和隔爆信号的互相转换并可直接控制隔爆型电气设备（如闸电机、张紧电机、电磁阀和电铃等）。控制箱核心部件采用本质安全型嵌入式PLC。

3.控制箱在实现数据采集的同时可配合使用德国进口的机械式保护开关实现双保险的二级保护。

4.控制箱人机对话主界面上可以显示机器的运行状态，并且在二级菜单中可以设置参数的保护上限，通过面板上启动，停止，急停这三个按钮的操作可以实现对制冷机电机的正常开停和故障停机（发生超温、高压、低压等故障时也会停机）。

5.发生的故障所产生的故障历史可以查询到，精确到年月日时分。

五、系统运行方法和设备才做大致方法

1.系统接好线，检查无误后，方可进行试开机操作：所有设备准备就绪，开始开机工作。在开机前请检查电压以及线缆安全无误。

2.停止按钮与紧停按钮的区别是，按停止按钮设备是设备正常开停所使用的逻辑按钮，通过逻辑按钮实现对PLC的逻辑指令。按急停按钮设备是立刻实现故障停止的。停止和急停这两个不同的停机动作人机对话界面的运行状态会有严格区分。

3.按钮在面板的位置是：从左到右依次为‘启动‘停止‘急停。

4.外接传感器后，就可以激活该系统的实时数据读取功能。实现设备各点状态物联网集中化，数模转换。

六、结语

基于井下局部制冷智能控制的PLC控制系统自从设计以来，得到了几家制冷企业的实际使用，其中包括淮南润成科技旗下的赫尔柯矿业制冷技术，使用了该套设备以后降低了设备停机率以及客户的投诉反馈，更加稳定了自己产品的科学技术含量，提高了销售业绩，同也大大的保护了设备的使用寿命。该套PLC控制系统的研发为传统高温开采做出了贡献！！

参考文献：

[1] PLC原理及应用. 北京： 机械工业出版社， 2010年二月.

[2] 电气与plc控制技术及应用. 北京： 高等教育出版社， 2013年8月1日.

作者简介：张健（1989-），男，籍贯：安徽淮南，职称：工程硕士在读，学位：学士。