PLC控制技术在矿用通风机上的应用.pdf

总第194期 2019年第6期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 194 No.6, 2019 自动化技术与设计自动化技术与设计 D0110.16525/l4-1134/th.2019.06.096 PLC控制技术在矿用通风机上的应用 曹晋峰 阳煤集团寿阳景福煤业有限公司， 山 西 晋 中 045400阳煤集团寿阳景福煤业有限公司， 山 西 晋 中 045400 摘 要摘 要 通 过 对P L C模块的控制对象进行分析， 采 用 西 门 子P L C模 块 对 通 风 机 监 控 系 统 中 的P L C模块及变 频器等主要配置进行了匹配选型设计， 并对通风机工业监控系统的显示功能进行了设计， 以期为提高通风机 通风效果和能源节约、 实现通风机的远程监控提供理论支撑。 关键词关键词 煤 矿 通 风 机P L C控制 中图分类号中图分类号TD441 文献标识码441 文献标识码A 文章编号1003-773 文章编号1003-773X201906-0217-03201906-0217-03 引言 通风机是保障井下作业环境的重要设备。良好 的通风效果和较低的能量消耗成为煤矿企业考虑的 重点。 而现有的通风机设计较少具有远程监控、 操作 方便和可靠的监控控制系统，主要通过机械式现场 调解方式对通风机进行通风量调解和检测，存在操 作复杂、 人员较多、 准确率较低等问题， 影响着井下 作业的安全。而PLC模块作为当下控制领域的主要 控制方式， 已成为发展自动化、 智能化控制通风机的 主要趋势。 1 PLC模块对通风机闭环控制的分析 PLC闭环控制系统主要包括通风机、PLC控制 模块、 变频器、 传感器、 工业组态监控系统等， 具体如 图1所示。 目前， 市场上性能相对较稳定是西门子公 司生产的PLC。该PLC模块可对通风机中的信号进 行采集， 并运行相关算法， 实现对信号数据的转换、 输出及显示等功能[1]， 其中，PLC在通风机上具有多 个控制参数， 具体如下 1 通 过PLC模块， 可实现对通风机上各类传感 器的控制， 进而控制电机的启动和停止操作， 并根据 通风机运行状态， 对通风量和风向进行调整和控制。 2 在实际运行过程中， 需对通风机的电流、 电压 等参数进行采集，并将数据传送至工控机上进行 实时显示，以便操作人员实时掌握通风机的运行 情况。 3 通 过PLC模块， 可对通风机的风压、 运行温 度 、 振动情况等进行信号采集， 并传输至设备上进行 实时显示。 4 当通风机出现运行故障时， 可通过PLC模块 对通风机运行故障进行诊断、 检测， 并通过算法判断 收稿日期收稿日期2019-03-13 作者简介作者简介 曹晋峰1972 ,男， 毕业于中国矿业大学采矿工程 专业， 助理工程师， 研究方向为瓦斯治理。 图 1 图 1 PLC闭环控制系统框图闭环控制系统框图 发出不同状态的报警提示，以及时为维修人员提供 有效信息。 2 PLC模块的选型匹配 结合西门子PLC的结构特点， 根 据PLC模块存 储大小、 处理速度、 通信接口数量等参数的不同， 其 PLC模块的整体性能指标也不尽相同。因 此， 需对其 主要性能指标进行匹配选型。 2.1直流低压接线端子选择 PLC般的工作电压包括12 V和 24 V， 结合通 风机的综合性能， 选用了 24 V低压直流作为其工作 电压， 并确定了 L端为电压的正极， 作 为CPU开关 信号的输入端。M端为电压的负极， 作为外部器件的 电源端气 2.2后备电池选择 后备电池主要在PLC工作电源断电时为CPU 的正常运行提供保障，并及时保存通风机运行过程 中的相关数据参数。 因此， 选用了 24 V/80 Ah的胳驼 牌铅酸电池作为PLC运行过程中的后备电池。 2.3 PLC模块组成结构确定 结合西门子现有产品特点，确定了本文所需的 PLC模块组成，包 括 85个数字量输入、 50个数字量 输出、20个模拟量输入等， 同时， 还包括电源、SM模 块 、 通信模块、 323扩展模块、 接口模块、 机架、 隔离继 电器、 接线端子等组成。 218. 机械管理开发 j xgl kfh j h 12 6. com 第 34卷 件系统来实现，该软件系统王要以Windows为应用 平台， 实现对实际工程问题的数据采集、 处理、 显示、 控制及故障报警等操作， 通过特殊的实时显示功能， 为操作人员提供便利。通风机监控系统所采用的组 态软件系统包括组态环境和运行环境，通过组态环 境 ， 使用者可根据实际需求， 定制构造实际需要的用 户应用系统，以实现对通风机各类运行状态的实时 监控功能， 同时,运行环境与组态环境的有机结合， 将所设计的流程控制、 报警组态、 设备报表等环节中 的数据汇集到数据库，并传输至组态软件中进行分 析处理后， 在运行环境中进行动画、 报警等各类信号 数据的输出，并实时显示在监控室的工业监控终端 中。通风机MCGS组态软件系统结构框架图如图3 所 示 。 设备的连接 流程的控制 |动画的构建 报瞀的组态 S c r 动画的显示 | 报警的输出 设备的输出 组态软件 图 3 图 3 MCGS组态软件系统结构框架图组态软件系统结构框架图 4 . 2 监控系统设计 结合前文设计的通风机组态环境结构，对通风 机监控系统进行了设计， 包括风机的工作模式、 风向 调节、 风机运行参数及状态的显示等功能， 以此实现 对通风机运行参数的实时显示和监控，其监控系统 运行界面如图4 所示。 图 4通风机监控系统界面示意图图 4通风机监控系统界面示意图 4.2.1通风机工作模式设计 结合市场上常用的风门调节和变频调速两种工 作模式， 在监控系统中， 可通过变频器的开关模式切 换 ，选择依靠风门的开合度和控制通风量还是通过 调整电机的转速来实现通风量的调节，实现通风机 不同工作模式的任意切换。 4.2.2通风机运行参数及故障报警设计 在监控系统中，设置了通风机运行参数的实时 3变频器的原理及优势分析 3 . 1 变频器的工作原理 在PLC闭环控制系统中， 变频器的变频方式直 接决定通风机的运行效果。 目前， 变频器主要采用交 - 直-交型变频方式， 分为了 PAM脉冲幅值调制变 频控制和PWM脉宽调制两种方式，具有控制精度 高 、 技术成熟等特点， 其内部主要由整流、 中间直流、 逆变等环节组成。而根据变频器中变频方式应用情 况可知，PWM脉宽调制更适用于通风机系统，而采 用PWM脉宽调制的变频器具有电路结构简单、 调 节速度快、 变频精度高等特点。PWM脉宽调制主要 是将变压和变频集中于逆变器，通过逆变器的同时 工 作 ，实现对电压幅值和信号输出频率的改变。 PWM的结构原理图如图2 所示， 在原理图中， 通过 信号发生器，将发出的参数信号与三角波载波信号 进行对比， 输出“ 〇 ” 或“ 1” 信号， 并将产生的t/a、 认、f/。 脉冲序列作为逆变器功率器件的驱动控制信号， 对 脉冲序列的电压幅值宽度和频率进行改变，从而实 现脉冲调制控制[ ]。 驱 动VT1和 VT2 驱 动VT3和 VT4 驱 动VT5和 VT6 图 2 图 2 PWM变频器电路原理图变频器电路原理图 3.2 VLT5252型变频器的优势 VLT5252型变频器作为PLC闭环控制系统中 的重要组成部分， 与其他变频器相比， 具有较多的性 能优势， 具体如下 1 该变频器具有操作简单的特点， 在使用过程 中， 只需接通电源， 设置电机工作频率、 功率及电压 等参数，即可快速实现对通风机的最佳运行状态。 同时， 它具有全记忆功能， 可对设置的参数进行永 久保存。 2 该变频器中设计了滤波器可对内部的振动信 号及外交的干扰信号进行过滤，保证传感器及PLC 模块获取的信号的纯正性和准确性。 3 该变频器在出现故障时， 会发生报警信号， 但 整个设备处于正常运行状态，可保证对变频器进行 故障诊断和更换前正常工作时间的记录。 同时， 该变 频器具有全兼容性和复位功能，可减少设备的生产 停机时间。 4工业监控界面的设计 4 . 1 组态环境设计 通风机的组态监控环境主要通过MCGS组态软 -〇 fn 发 生 器 J- 现 场 的 控 制 | PiliH 杓 能 通H机 监 _系 统 I U K 机 丨H A y Jfej r P 伽 输 】 j f e;. 嘗 齡 ,找 风 机 isfkk f i.t ◎丨K机 _ 2风机 iK常运行j 口 丨 ◎ 变 频 器 J驪 mmm 风机报警1 米/ 分 角 波 发 生 器 数据库 数据库 2019年第6期曹晋峰PLC控制技术在矿用通风机上的应用 219. 显示界面，可通过参数的大小来判断通风机的运行 状态， 以此来实现对通风机运行的控制。 针对通风机 运行过程中出现的故障问题，可通过风机的声光报 警提示来显示， 保证了通风机的运行安全， 实现了通 风机运行情况的远程监控。 5结语结语 PLC模块作为当下控制领域的主要控制方式， 在现有矿用通风机上配置PLC控制模块， 解决传统 通风机运行过程中存在的常见问题，成为发展自动 化 、 智能化控制通风机的主要方向。 参考文献 [ 1 ] 王洋.黄陵矿业公司二矿主通风机变频节能监控系统设计与应 用[D]. 西安西安科技大学，2015. 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Key words coal mine; ventilator; PLC control 上 接 第1 9 8页 ） 表 5矿井通风改造前后对比表 项目有 效 风 量 率 /风量合格率/风质合格率/ 改造前 68.1649.5253.79 改造后 82.3173.8392.37 4结论结论 矿井通风系统作为综采工作面安全生产的关键 系统， 其工作的稳定性直接决定综采工作面的安全。 在实际生产过程中，需时刻对工作面的通风情况进 行监测， 一旦发现不妥， 立即整改， 以确保综采工作 面的通风质量，为提升工作面的作业安全提供理论 技术支持。 参考文献 [ 1 ] 李 向 东 ， 张 庆 华 ,陈 忠 明 ， 等.龙滩煤矿通风系统改造优化方案 的研究[J]. 煤炭科学技术,2010,38 12 66-68. [ 2 ] 李 雨 成 ， 刘 剑 ,贾廷贵.MVSS3.0在矿井通风系统改造中的应用 [J].煤矿安全,2007,38421-22. [ 3 ] 崔海威.东山煤矿通风系统改造方案优化[J].中 国 矿 山 工 程 ， 2011,403 54-56, [ 4 ] 张启超， 孙俊东,王海春， 等.矿井通风系统改造的优化选择[J]. 煤炭技术， 2003,22 1 55-56. 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