PLC在有色金属矿井通风机控制系统中的应用研究.pdf

世界有色金属 2016年 9月上142 Comprehensive 综合 PLC在有色金属矿井通风机控制系统中的应用研究 胡 蓉 （宜宾职业技术学院， 四川 宜宾 6 4 4 0 0 0 ） 摘 要 随着科学技术的不断发展， 自动化控制技术的应用也越来越广泛。 为此， 提出一种P L C在有色金属矿井通风 机控制系统中的应用， 通过设定一阶时滞系统， 对有色金属矿井通风口内的风压进行实际监测。 仿真实验证明， 提出的 新的P L C有色金属矿井通风机控制系统依托变频通信和区域信号控制， 有效降低了能源消耗， 具有广泛应用价值。 关键词 有色金属 ； 矿井通风机 ； 控制系统 ； 应用研究 ； 中图分类号 F 7 5 2 . 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 1 6 ） 1 7 - 0 1 4 2 - 2 Research on Application of PLC in the control system of mine fan for nonferrous metal mine HU Rong Y i B i n V o c a t i o n a l A n d T e c h n i c a l C o l l e g e , Y i b i n 6 4 4 0 0 0 , C h i n a Abstract Wi t h t h e c o n t i n u o u s d e v e l o p me n t o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y , t h e a p p l i c a t i o n o f a u t o ma t i o n c o n t r o l t e c h n o l o g y i s b e c o mi n g mo r e a n d mo r e w i d e l y . T h e r e f o r e , i n t h i s p a p e r , a P L C a p p l i c a t i o n i n n o n - f e r r o u s me t a l mi n e v e n t i l a t o r c o n t r o l s y s t e m, b y s e t t i n g t h e f i r s t - o r d e r t i me - d e l a y s y s t e ms , w i t h i n t h e n o n - f e r r o u s me t a l mi n e a i r v e n t s o n w i n d p r e s s u r e f o r a c t u a l mo n i t o r i n g . T h e s i mu l a t i o n e x p e r i me n t s s h o w t h a t t h e p r o p o s e d n e w P L C n o n - f e r r o u s me t a l mi n e v e n t i l a t o r c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n v a r i a b l e f r e q u e n c y c o mmu n i c a t i o n a n d s i g n a l c o n t r o l r e g i o n , e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e e n e r g y c o n s u mp t i o n , h a s e x t e n s i v e a p p l i c a t i o n v a l u e . Keywords n o n f e r r o u s me t a l s ; mi n e f a n ; c o n t r o l s y s t e m; a p p l i c a t i o n r e s e a r c h ; 随着我国经济的发展， 有色金属采矿也发展迅速， 2002 年， 我国已经成为世界上有色金属矿产最多， 矿井数量最多 的国家。 截止到2014年， 我国的矿井总数已经达到了5386 处。 随着我国矿井数量的越来越多， 为了保证矿井内的通风 安全， 所有的矿井目前均采用通风机进行通风， 但是一个传 统技术的通风机不能根据矿井通风口出风情况进行时时调 解， 只能保持恒定设计转数， 浪费能源， 如果在全国范围内 对通风机进行智能节能设计， 节约的能源将不可忽视 [1]。 为此，提出一种PLC在有色金属矿井通风机控制系统 中的应用， 通过设定一阶时滞系统， 对有色金属矿井通风口 内的风压进行实际监测， 设计了变频通风机时时改变其控制 程度，有效降低能源，保证安全生产。仿真实验证明，提出 的新的PLC有色金属矿井通风机控制系统依托变频通信和 区域信号控制， 有效降低了能源消耗， 具有广泛应用价值 [2]。 1 矿井通风口节能控制系统 1.1 PLC变频调速技术 在有色金属矿井的通风机中进行变频控制， 通过变频进 行通风机转数自动调整， 通过变换装置将固定频率的电压和 频率进行转变， 实现有色金属矿井通风机的变压和变频 [3]。 变频器主要是按照交流电变直流电再变交流电转换， 或 者是交流直接变流两种方式进行变频，统称为直接或间接 变频。 其中在直接变频过程中， 不需要进行交变直的中间环 节， 因此， 可对可控频率电压直接进行变换， 也可称为直接 式变压变频器。 在大多数的情况下， 受到各种条件制约， 间接变频是应 用较多， 目前应用也较为广泛的一种方式。 因为这是一种间 接的变频变压系统， 要将电压和频率转换为可控的范围内， 受到中间一个交变直的影响， 在整个设计过程中整流器、 逆 变器以及控制装置部分就必须构成一个完整的交直交回路。 其中电路图如1所示。 图1间接变频电路图 1.2 PLC变频控制方式 PLC变频调速装置能够自行对通风机变频器进行调速， 改变其电源供电时频率， 根据通风口风压调整电压和频率的 控制方式。有色金属矿井通风机的转速控制是PLC控制器 改变设定电机定子相位大小来实现， PLC控制电机内的磁电 流和转矩电流， 针对不同通风机进行不同变频控制 [4]。 PLC变频控制过程中电动机内的转矩控制是由智能变 频控制其矢量坐标电路来实现， 控制电机的转差频率， 对通 风机的转速进行监控， 系统形成一个反馈的闭路， 速度调节 输出信号转变成为转差频率， 通过转差的频率变换能够控制 转矩。 PLC变频控制调速过程中， 每个电机的磁通量不是一个 固定值， 在控制过程中容易造成电流过大烧毁电机。 依据电 机交变电流电动定子进行电动势能转换， 用公式表示为 （1） 通过公式 （1） 能够发现通风机内的电磁转矩的减小， 使 通风机转矩降低， 减少电机利用率。 1.3 PLC变频调速节能分析 通风机节能的重要问题就是变频的对通风机转速进行 控制， 达到节能效果。 根据力学原理， 对通风机转速进行调 节， 保持通风口气压恒定主要有两种方式， 一是对通风机转 收稿日期 2 0 1 6 - 0 8 作者简介 胡蓉， 女， 生于1 9 8 4 年， 河北邯郸人， 本科， 讲师， 研究方向 电气控制P L C 、 工业机器人与机电一体化的研究与教学工作。 2016年 9月上 世界有色金属 143 Comprehensive 综合 速进行控制， 主要使用改变控制风板开张程度变换风阻， 满 足控制通风的条件。 另一是通过转速改变使风量得到恒定。 通过两种控制方法理论效果来分析， 在有色金属矿井内 用PLC进行通风机的控制， 能够节省功耗。 两种控制方法的 变频节能功率与通风口面积成正比。 有色金属矿井的通风机在转速一定功率一定的情况下， 当通风口风速降低， 则产生的功率降低， PLC下调通风机转 速之后， 使用功率也随之降低， 节能效果成立方体关系下降， 效果明显。 2 仿真实验 验证本文算法的有效性，随机选择选择了两个有色 金属矿井通风机进行测试。硬件平台环境为 服务器中 央 处 理 器 intelRcoreTMi7 CPU5.00GHz 测 试 服 务 器 内存 8.00GB测试服务器软件配置 WINDOWS7专业 版操作系统，客户端配置 内存2GB CPU个数 1，采用 MATLAB7软件。 PLC有色金属矿井通风机控制系统运行情况较为复杂， 通过过通风机控制频率进行仿真测试，目的在测试PLC控 制系统对频率控制节能效果。 其控制具体流程如图2所示。 图2通风机控制比较图 [1] 吴燕翔,李权任,成萍,等.基于PLC的矿井通风机变频控制系统的设 计[J].科学技术与工程,2009,9164771-4775. [2] 李敬兆,汤文兵,顾荣荣.PLC实现的模糊PID控制器及其在通风机风 量调节系统中的应用[C]//中国过程控制会议.2006422-426. [3] 李敬兆,汤文兵,顾荣荣.PLC实现的模糊PID控制器及其在通风机风 量调节系统中的应用[J].江南大学学报自然科学版,2006,54422- 426. [4] 闵磊,陈燎原,王磊,等.PLC控制与组态技术在矿用通风机监控系统 中的应用[J].煤矿机械,2012,332199-200. 通过图2能够发现， 提出的PLC有色金属矿井通风机控 制系统对通风机控制较好， 频率调速差速小， 并且调节及时， 能够有效降低能源。 3 结论 随着我国矿井数量的越来越多， 为了保证矿井内的通风 安全， 所有的矿井目前均采用通风机进行通风， 但是一个传 统技术的通风机不能根据矿井通风口出风情况进行时时调 解， 只能保持恒定设计转数， 浪费能源， 如果在全国范围内 对通风机进行智能节能设计， 节约的能源将不可忽视。 为此，提出一种PLC在有色金属矿井通风机控制系统 中的应用， 通过设定一阶时滞系统， 对有色金属矿井通风口 内的风压进行实际监测， 设计了变频通风机时时改变其控制 程度， 有效降低能源， 保证安全生产。 仿真实验证明，提出的新的PLC有色金属矿井通风机 控制系统依托变频通信和区域信号控制，有效降低能源消 耗， 具有广泛应用价值。 （上接141页） 3 棘轮式单侧手柄丝锥铝青铜扳手优势体现 基于上述棘轮式单侧手柄丝锥铝青铜扳手结构特点和 主要实施步骤可得出， 它不同于传统丝锥铝青铜扳手结构， 且在一定条件下， 这种新型单侧手柄丝锥铝青铜扳手能在不 同程度上进行安装和组合 [2， 3]。 缘于立柱、手柄、夹头三者同轴心的优势，单侧手柄丝 锥铝青铜扳手打破了传统扳手单一被动攻丝方式， 使用者可 把握自身力度状态下，提高撼动不同强度 “被攻” 对象的稳 固性。 同时， 夹头高点的平衡性是推动快速规则移动的主要力 量， 为了确保稳定性， 单侧手柄丝锥铝青铜扳手的夹头必须 要保证质量和设计原则。 棘轮式单侧手柄丝锥铝青铜扳手另一优势在于立柱的 设置。 立柱末端的把手和把手套的滚动设置是实现铝青铜扳 手最佳状态的前提条件 [4]。 单侧手柄丝锥铝青铜扳手最重要的是在立柱转动同时 可固定左手把手静止不动， 以防止两侧侧壁挡住两侧手柄。 此外， 棘轮式单侧手柄丝锥铝青铜扳手的手柄设计是有利于 实现多方向化攻丝。 双向棘轮铝青铜扳手的工作原理是将旋转手柄最末端 的把手来把握和感知棘轮方向， 并在稳定状态下实现狭小空 间内对机器设备的完整性手动攻丝。 灵活多方向的夹头作为 活动装置， 它改变了单一扳手模式装置， 可链接多规格和多 角度的丝锥， 适用更多机器设备的手动调整 [5]。 在棘轮式单 侧手柄丝锥铝青铜扳手结构中， 丝锥与螺孔的轴心共通是增 加整体推力的主要原则。 只有在左手把握推力的情况下， 使用者才能右手把握垂 直于立柱的手柄进行操作， 以此实现丝锥在推力与旋转力共 同作用下进行全方位攻丝。 使用者在结束攻丝后， 可借助旋 转手柄末端把手进行棘轮方向的调节， 从而将螺纹孔快速取 下丝锥。 在对机器设备进行攻丝时， 螺孔内纹的丝锥起着决定性 作用。 因此， 传统丝锥铝青铜扳手正是因为螺孔接近机器设 备侧壁距离较近导致攻丝过程中易挡住两侧手柄， 并由于受 空间限制， 增加攻丝难度， 不能实现攻丝操作。 但这种新型 的棘轮式单侧手柄丝锥铝青铜扳手解决了传统丝锥铝青铜 扳手的问题， 并且在狭小空间内能够更好的完成高难度的攻 丝操作。 [1] 刘方义.棘轮式风扳机[J].凿岩机械气动工具,1978 （3） . [2] 刘序.风动棘轮扳手[J].机械工人 冷加工,1979 （1） . [3] 李金超.活动棘轮扳手设计[J].数字化用户， 2014 （8） . [4] 李金超.活动棘轮扳手设计[J].数字化用户,2014 （8） . [5] 林梦霞，路俊秀，王树人.NY型内齿棘轮扳手的设计计算[J].重型机 械,2003 （5） .