基于PLC控制的变频调速通风机系统的探究.pdf

Ac a d e m i c 学术 基于 P L C控制的变频调速通风机 系统的探究 公司 一 张仕元 摘 要 在煤矿生产中 ， 通风机承担着整个矿井的工作任务 ， 因此是最为重要设备。良好的矿井通风能够确保煤矿生产安全 ， 通风机作为矿井唯一 的通风设备 ， 其在为井下换气的同时 ， 由于持续处于强电流、高电压的状态 ， 因此会消耗电最的能源。在倡导节能环保的今天 ， 为了确保煤矿 井下生产安全 ， 需要对于通风机实施监控 ， 1 ． 通风系统设计方案 1 ． 1 ． 通风机系统功能 通风系统的主要设备包括通风机、控制设备 以及电气设备。在系统正常运行的过程中，由于 通风机需要不间断运行，所以需要两台通风机相 互切换运行。通风机系统的控制部分可以控制系 统中的任意一台电机，对于电机 的启动或者是停 止都属于控制系统的操作范围内。当煤矿处于正 常运行状态时， 通风机系统会采用自控控制模式， 根据环境需求调节风量大小，变频器也会相应地 调整频率，让系统处于最优运行状态。通风机设 备系统结构图 见图 1 一- ， ㈣ 7 一 _ ～ ‘ ⋯ ⋯一⋯ L 一 一； 一 ～ } -， ． 哂 I l l 图 1通风机设备系统结构图 通风机系统的传动部分是通过变频器来工 作的。为实现统一的控制和监测，通风机系统的 通讯信 号的传递通过 P R O F I B U S和 P L C来完成。 变频器控制两台电机的运行是通过切换柜来完成 的 。 监测部分所采用的是包括变频器在内的采集 模块，除了对于现场的数据进行采集之外，还要 收集设备运行过程中的监测数据以及通风工艺数 据。这些数据被传送给P L C 模拟量模块并经过数 据处理之后 ，控制和监测的性能就会在上位机上 形成人机界面。在参数的设定和监测上，所采用 的是装有组态软件的计算机，所有的功能通过触 摸屏就可以实现。煤矿的调度室对于这些数据的 掌握是通过G P S获得的，并以这些数据信号作为 参数，对于现场情况统一调配。 1 ． 2 ．通风机系统主电气设计方案 1 ． 2 ． 1 ． 高压电气方案 为 了确保通风机系统的正常运行，通风机系 统共设置通风机 3台，高压开关柜 l 8台，其中 进线柜两个，变压器柜以及 P T柜各 3 个，母线 柜和出线柜分别为 4个和 6个。高压开关柜中的 元件有高压熔断器、高压真空断路器、过压保护 器以及综合保护装置等等。 1 ． 2 ． 2 ． 低压电气方案 根据通风机系统的设备实际应用情况，供电 方式上由高压开关柜提供电源。2台低压开关柜 中， 其中的 1 号低压开关柜采用的是双回路设计， 供电情况上，主要由 1 号高压开关柜和 2号高压 开关柜所变柜供 电；2号开关柜由 3 号所变柜供 电。操作台包括有 3 个台，主台 1 个，辅台2个， 在操作台里面设置有U P S电源，采用了低压开关 柜的供电方式。在主台的设计上，由触摸屏和在 线检测工控机构成，控制方式上分为操作台和上 位机两种，其中的控制台主要用于应急处理，以 确保在系统出现故障的情况下，P L C以及变频器 都可以正常运行。系统共设置 3台P L C 柜，对于 通风机以及辅助设备都具有一定的控制作用。在 正常运行的 3台通风机中，两台相互交替运行第 三台通风机则处于单独运行状态。在电源的提供 上，2号 P L C柜和 3号 P L C 柜 都为 1 号 P L C 柜 以 及 P L C 模块提供电源。 2 ．通风机控制系统的硬件设计 根据系统的功能需求，P L C柜设计为 3 个， 作为整个通风机系统的枢纽，其作用是承担系统 的控制作用以及对于数据信号的采集。 ⋯‘ { ‘ 一一 一 I l 一 { { ～ l ⋯ l ⋯ ； j ⋯ } { j } ⋯ ～ 一 }’ ” l ， ～ j 一 一 _ 一一 一_ ⋯ ⋯ ⋯ i 一 ⋯ ⋯ 一 ； “ ’ 丧i 一 椭柙}咖 } ．“ ． ～ 一j 图 2 P I C柜配置图 按照通风机的功能要求，在 P L C 柜里面安装 有冗余接 口模块、l 6点数字量输 出D O 模块、3 2 点数字量输出D 0模块、 3 2 点数字量输入 D I 模块、 4 路模拟量输 出A o 模块和 8 路模拟量输入 A I 模 块。其他的电气元件包括有继电器和空气开关等 等。鉴于系统承担着单个 C P U以及信号模块的故 障监测，因此，要将接 口模块连接到模拟量输入 输出模块和数字量输入输出模块进行组态，并选 取冗余的使用方式。P L C柜配置图 见图2 3 ．通风机控制系统软件设计 通 风机控 制系统 的软件 设计所 采用 的为 S T E P 7 软件完成的模块化设计，控制流程以及工 艺方案都是建立在确保通风机系统运行正常的基 础上的。那么，变频器控制电机就可以对于运行 中的设备进行切换。处于常态下的切换柜，如果 遇到变频器发生故障， 为了确保通风机运行正常， 切换柜就会 自动切换到备用状态。 0 B组织模块的设计 的功能是当 C P U停止工 作的时候，确保系统不会 出现错误，因此，要 在 C P u组 块 中 安 装 0 B 7 O 、O B 8 0 、0 B 8 2 、0 B 8 7 、 0 B 1 2 1 、0 B 1 2 2等。F C 、F B程序块 设计上，采 用 F C 4程序块设计，其功能用于采集 电流信号、功 率信号以及变频器转速等等，在信号的转换和存 储上，调用 F B I 来执行。F C 4程序的处理是通过 上位机将数值输入进去，经过程序处理后传送给 变频器，从而起到了调节变频器的作用。当系统 处于正常状态时，两台变频器会同时运转。按照 F C 4程序块设计，变频器的运转速度所采用的方 式为 同时给定方式。 4 ． 结语 综上所述，煤矿矿井的环境非常恶劣，主要 是因为地下的煤层中会释放一些有毒气体 ，伴随 着容易燃烧的粉尘，加之机械设备所释放 出来的 热量以及空气 中过高的热度和湿度，都会对于井 下工作人员造成极大的健康威胁。本论文对于通 风机系统的控制与监测设计克服了传统的设计方 案，以全自动化控制的方式实现高效率、高可靠 性的运行，以满足煤矿井下作业的需求。 参考文献 [ 1 ]李永刚 ．基于 P L C 控制的变频调速通风 机系统 [ D ] ．太原理工大学 ，2 0 1 2 ． [ 2 ]李金金 ．基于 P L C 控制的变频调速在矿 井提升机中的应用 [ D ] ．太原理工大学 ，2 0 0 7 ． [ 3 ]左毅 ． 基于 P L C控制的局部通风机变频 调速系统的研究 [ D ] ． 安徽理工大学 ，2 0 0 8 ． 中国机械 M a c h in e C h i n a 1 6 3 一 f● 嘴 _