煤矿地面主通风机的变频控制方案.pdf

总第191期 2019年第3期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT To t al 191 No .3,2019 自动化技术与设计 D0110.16525/j.c nk i.c nl 4-1134/t h.2019.03.088 煤矿地面主通风机的变频控制方案 田帅 （西山煤电（集团）有限责任公司东曲煤矿，山西古交030200） 摘要以煤矿地面主通风机为研究对象,在介绍变频调速节能原理的基础上，设计了主通风机变频控制方案， 包括PLC程序设计、CAN通信程序设计、监控平台设计。该变频控制方案已被运用于多个煤矿地面主通风机系 统中，运用效果显示设备运行稳定、安全，达到了设计要求 关键词PLC控制器 CAN通信 变频控制 监控平台 中图分类号TD635 文献标识码A 文章编号1003-773X（ 2019 ）03-0202-02 引言 煤矿地面主通风机是煤炭开采必不可少的机 械设备之一，主通风机通过通风系统将地面新鲜空 气运送到井下，改善井下工人的工作环境，保证人 身生命安全。在实际的煤矿生产中，地面主通风机 需要处于连续工作状态,运行时功率大、效率低、运 行成本高。为合理、高效地运行地面主通风机，对其 采用变频控制技术，在满足工矿需求的情况下，降 低经济成本⑴。 1变频调速节能原理 根据电机学得知电机转速定位为 n60/t l -5） （1） P P 式中n为电机转速，单位为m/s;/为电机频率，单 位为Hz;s为电机的转差率;p为电机的极对数。当 要改变转速n n时，可以调整f f、s s以及p p的值。利用变 频原理,通过改变/值进而改变转速n n值,实现灵活 调速叭 根据流体力学原理有 Qo Qo n（） Hon（） Ho _（ n（））2 PoPo _（ “o ）3 （2） QiQi Mi Hi ri\ P\ n\ Hi ri\ P\ n\ 式中.Q为风量值,H为负压值,P为功率。由公式 （2）得知当风量改变时,其风量的比值与转速的比值 成正比；当负压改变时，其负压的比值与转速的比值 的平方成正比;当功率改变时,其功率的比值与转速 的比值的立方成正比。即当转速改变较小时,功率的 变化也较大。换句话说，在风量要求较小时，降低风 机的速度，风机的功率就会按照转速比的三次方的 关系显著降低。因此，对通风风机采用变频调速技 收稿日期2018-10-24 作者简介田帅（1982）,男，毕业于中北大学电气工程及其 自动化专业，助理工程师，担任东曲矿机电科大型设备组长， 主要从事煤矿大型设备如地面主通风机、主皮带、主提升机、 压风机的质量标准化监督检查工作和大型设备的定期检验。 术，能够降低通风机的运行成本。 2控制方案设计 2.1总体设计 煤矿地面主通风机变频控制方案的总体设计如 图1所示，其中PLC控制器是该控制方案的核心，通 过CAN通信对变频器实现控制，进而变频器控制主 通风机的启动、停止、加速、减速等动作。另外,PLC 控制器需要收集变频器以及主通风机的数据信息并 传送给HMI监控平台。该HMI监控平台是变频器控 制方案的人机界面，在该平台上可以监测变频器和 主通风机的运行参数、工作参数以及故障信息，方便 技术人员对该系统进行故障排除。 图4控制方案总体设计 2.2硬件分析 PLC控制器选用BECKH0FF的CX8050型控制 器，该控制器支持的ST语言是一种类C语言，编程 时灵活性较强，实现功能简单，该控制器支持CAN 通信。变频器选用汇川的FZ002-CAN型变频器，该 变频器系统运行安全、稳定，并且支持CAN通信。主 通风机的电机选用永济电机厂的变频电机，按照需 求进行定制。为节约成本,HMI监控平台选用威伦通 的eMT3070B人机界面，该人机界面支持CAN通 信、串口通信叫 2.3软件设计 2.3.1 PLC程序设计 煤矿地面主通风机变频控制方案的PLC软件程 序设计流程见下页图2所示。PLC控制器与变频器 以及监控平台都是以CAN通信的方式实现数据的 2019年第3期 田帅煤矿地面主通风机的变频控制方案 203 图2 PLC程序设计流程 交互，因此,PLC控制器与变频器之间、PLC控制器 与监控平台之间需要建立CAN通信连接。对于监控 平台，CAN通信连接建立好后，PLC控制器组织数 据发送给监控平台，监控平台只要将接收到的数据 进行显示即可。对于变频器,CAN通信连接建立好 后,PLC控制器需要根据变频器的不同状态，发送不 同的控制指令，进而正确启动变频器。当变频器正确 启动后，该变频器会将运行时的系统参数，如直流母 线电压、直流母线电流、状态字、控制模式、转速、输 出电流等数据信息发送给PLC控制器，并参与PLC 逻辑控制。PLC控制器会根据现场控制要求，对变频 器进行转矩控制或者转速控制，进而控制主通风机 的变频电机叫 2.3.2 CAN通信程序设计 变频控制方案的CAN通信设计中，变频器的 CAN COB-ID为3,则变频器CAN通信的连接ID为 0 x203/0 x303/0 x403 以及 0 x183/0 x283/0 x383 等。监控 平台的CAN COB-ID为4,则监控平台CAN通信的 连接 ID 为 0 x2040 x3040 x404 及 0 x1840 x2840 x384 等。CAN通信时的波特率设置为250 k bps,采用标准 帧格式进行数据传输。PLC控制器与变频器以及 PLC控制器与监控平台的CAN通信协议格式定义 见表1所示，即PLC控制器与变频器以及监控平台 进行数据打包和解析时，严格按照该协议格式进行 数据处理间。 表1 PLC控制器与变频器以及监控平台CAN通信协议格 式定义 CAN-ID8 76 5432 1 0 x203 状态信息直流母线电压直流母线电流反馈转速 0 x303 故障代码系统绝缘值模式保留 IGBT温度 0 x403 供电电压供电电流 PCB温度 输出电流 0 x183 控制指令给定转速给定转矩模式心跳 0 x204 变频器状态变频器故障代码 变频器IGBT 温度 转速 0 x304主通风机电流主通风机电压 主通风机运行 状态 主通风机故障 CAN通信连接的建立过程如图3所示，按照 CAN通信原理，分别调用PLC控制器提供的支持 CAN通信的库函数，如打开端口、使能端口、配置 CAN通信参数、定义发送数据连接、定义接收数据 连接、数据打包、数据解析等，具体CAN通信连接的 建立流程如图3所示。 图3 CAN通信连接的建立流程 3监控平台实现 煤矿地面主通风机的变频控制系统的监控平台 以威伦通的eMT3O7OB人机界面为平台实现，在该 人机界面的软件中需要设置CAN通信连接，只有 CAN通信连接设置好后，才可以与PLC控制器进行 数据传送，否则,eMT3070B人机界面不会接收到 PLC控制器发送过来的数据。PLC控制器组织变频 器数据信息、主通风机数据信息发送给监控平台。主 通风机的状态有三种，即有电、运行以及故障，还可 以监测主通风机的实时转速。在该平台中还监控变 频器的主要信息如控制字、状态字、运行模式以及故 障代码，这对于技术人员定位故障有较好的提示作 用。另外在该监控平台中还有通风电机本身的故障 信息,如电机过热、过流、过载、缺相、粘连等間。 4结语 变频控制技术是电机控制的一个技术发展方 向,在国家提倡节能节约的背景下,变频控制技术将 越来越多地应用于高成本低效率长时间运行的控制 系统中。变频控制中的电机软启动方式,能较好地保 护电机设备。因此，变频技术在降成本、经济利益最 大化的同时,也能较好地保护电气设备，延长电气设 备的使用寿命，同时对煤矿的安全生产、节能降耗也 有很好的促进作用。 参考文献 [ 1] 冯宇，韩进.煤矿主通风机变频节能技术的应用[ J].煤炭技术， 2015,348260-262. 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Thro ugh t he anal ysis, t he fo l l o wing c o nc l usio ns are d rawn und er t he c o nd it io n o f st ead y pressure and l iquid suppl y, t he suppo rt is st at io nary and t he pressure o f t he syst em d ec reases; t he pump is in t he unl o ad ing st at e when it just ent ers int o wo rk t he pump in t he ac t io n o f t he suppo rt is in t he l o ad ing st at e; St abl e pressure suppl y no t o nl y c an ensure t he pressure st abil it y o f t he suppo rt , but al so c an effec t ivel y impro ve t he wo rk ing speed o f t he suppo rt . Key wo rds hyd raul ic suppo rt ; st ead y pressure l iquid suppl y; fo l l o w-up speed ; impac t 上接第203页 Frequenc y Co nversio n Co nt ro l Sc heme o f Co al Mine Surfac e Main Fan Tian Shuai Do ngqu Co al Mine o f Xishan Co al and El ec t ric it y Gro up Co ., Lt d., Gujiao Shanxi 030200 Abst rac t On t he basis o f int ro d uc ing t he princ ipl e o f variabl e frequenc y speed regul at io n and energy saving, t he main fan frequenc y c o nversio n c o nt ro l sc heme is d esigned , inc l ud ing PLC pro gram d esign, CAN c o mmunic at io n pro gram d esign and mo nit o ring pl at fo rm d esign. The frequenc y c o nversio n c o nt ro l sc heme has been used in t he main fan syst em o f several c o al mines. The appl ic at io n effec t sho ws t hat t he equipment runs st abl y and safel y, and meet s t he d esign requirement s. Key wo rds PLC c o nt ro l l er; CAN c o mmunic at io n; frequenc y c o nversio n; c o nt ro l mo nit o ring pl at fo rm 上接第216页 Researc h o n Mo nit o ring and Co nt ro l Sy st em o f Co al Mine Vent il at io n Do ubl e Lo c al Fan Based o n DSP Wu Fengquan Zuo quan Fusheng Co al Indust ry Co ., Lt d., J inzho ng Shanxi 032600 Abst rac t Based o n t he anal ysis o f t he exist ing vent il at io n c o nt ro l syst em and t he in-d ept h st ud y o f DSP t ec hno l o gy, a DSP-based und ergro und d o ubl e l o c al fan mo nit o ring and c o nt ro l syst em fo r c o al mines is put fo rward . The c o nt ro l syst em has a high d egree o f aut o mat io n. The air vo l ume c an be ad just ed aut o mat ic al l y ac c o rd ing t o t he und ergro und enviro nment , and t he rel iabil it y o f und ergro und vent il at io n syst em c an be great l y impro ved . Key wo rds DSP; d o ubl e-o ffic e fan; mo nit o ring