风机变频监控系统的设计与实现.pdf

风机变频监控系统的设计与实现 樊晓虹 平顶山工学院,河南 平顶山467000 摘要应用S7 - 300 PLC和变频器,以风量为主要测量参数,通过调节PID参数控制变频器 频率,来改变风机电机转速,实现最优控制。通过监测风机运行过程中的各种参数保证风机安全运 行。实际应用表明,通过变频器调节风机转速,能有效地节约电能,是矿井通风机的一种理想控制 方式。 关键词 S7 - 300 PLC;变频器;风量;风机 中图分类号 TD722 ; TP31 ; TH43 文献标志码 A 文章编号10032079420070920090203 Design and Realization of Ventilating Fan Monitoring System FAN Xiao - hong Pingdingshan Institute of Technology , Pingdingshan 467000 , China Abstract Used the air flow as the main parameter , applied S7 - 300 PLC and inverter as the controller. When the air flow changed , the PID parameter is adjusted. The frequency of inverter is changed , and then motor speed of the ventilating fan is regulated. By monitoring every parameter , the ventilating fan runs safely. Re2 sults indicate that using inverter to regulate motor rotation speed is an ideal control which can save electric energy effectively. Key wordsS7 - 300 PLC; inverter ; air flow; ventilating fan 0 引言 矿井通风机是煤矿生产的重要设备之一,其运行 情况直接影响到煤矿的安全生产。通风机大都采用 普通鼠笼式电动机拖动,采用电机定速运转,通过调 节挡板开度调节风量,节流功率损失严重。据统计, 每年约有10 以上的电能消耗在通风机上,因此,通 风机的节能运行在矿井生产中占有重要的地位。 1 系统概述 本系统主要由2部分构成集控部分、PLC控制 部分。集控部分主要完成人机界面操作、 数据显示、 历史数据保存、 报表打印等功能。PLC控制部分由 安装在现场控制柜的PLC可编程控制器和变频器 组成,主要完成风机电机的变频调速、 风机重要参数 的实时采集,实现风机安全、 可靠、 节能运行,达到对 风量进行优化控制的目的。系统结构如图1所示。 2 系统软硬件选型 上位机监控组态软件采用WinCC V6. 0。作为 西门子SIMATTC全集成自动化系统的重要组成部 分,WinCC确保S7系列PLC之间连接的方便和通讯 的高效。此外,WinCC还可以对SIMATIC PLC进行 系统的诊断选项,给硬件维护提供了方便。它采用 了Microsoft SQL Server 2000作为其组态数据库和归 档数据的存储数据库,可以方便地访问归档数据。 根据负载的特性,选用富士FRENIC5000系列变 频器,该变频器不仅具有各种保护功能,而且控制方 式为正弦波PWM控制,适合于风机、 泵类等负载转 矩为平方特性的负载。 图1 系统结构图 风量测量采用常州三横自动化有限公司生产的 KGF2型矿用风量传感器,该传感器可测量风量、 风 速信号。 3 系统结构与配置 3. 1 集控系统 集控系统以安装有Windows 2000的工控机为人 机操作界面,配有操作台、 打印机、UPS电源、 大屏幕 监视系统等。 集控系统实现功能为 1远程操作控制生产系统,模拟显示风机的现 场运行 能在中央集控室控制风机开停,并能在上 位机终端根据风机实际运行情况模拟风机运行画 09 第28卷第9期 2007年 9月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol128No19 Sep. 2007 面; 2设备运行监测管理 各种监测参数包括风 量、 电机轴承温度、 振动幅度、 电流、 电压、 功率等定 时存储在硬盘中,并能以数据报表的形式显示给用 户,方便查看分析有关数据,强化风机的管理; 3重要数据动态显示,事故报警 能在风机性 能曲线上动态显示风量曲线,由此预测井下用风量 的变化;同时系统还能显示电机电压、 电流、 功率曲 线,当风机出现异常情况时,系统能进行声光报警。 集控系统上位机画面如图2所示。 图2 集控系统上位机画面 3. 2 PLC控制系统 本系统以西门子S7 - 300系列PLC为控制核 心,由变频器、 传感器、 变送器和控制柜等组成。系 统采用2台变频器控制2台风机,每台风机和变频 器为一组,2组互为备用。风机启动时根据风道选 择风机,系统采用变频软启动,以降低启动电流,减 小对电网的冲击。当启动到设定频率时,PLC控制 风门绞车开启通风机进风门,为了防止风门在开关 过程中的不到位引起漏风而降低风机效率,通过安 装于风门绞车主轴上的轴编码器,将风门行程信号 转换为数字信号送入PLC高速计数模块FM 350 - 1 ,并存入PLC内存中,PLC将此信号与设定信号进 行对比,超出设定值立即停车,提高控制精度。 风量传感器采集通风机的风量信号,经过变送 器后送给PLC的AΠD模块,PLC将电信号变换成相 应的风压数字信号存储在内存中,程序采用复合滤 波算法,能有效消除或减少各种干扰和噪音。风机 正常运行过程中,随着井下用风量的变化,风机电机 的工作状态就要发生相应的转换如果风量需求较 大,PLC采集到的风量值小于系统预设值,经过比较 后将误差送给STEP7的功能块FB41进行处理,经过 一系列程序运算后得到满足要求的P、I、D值,并 转化为4～20 mA电流信号,送给变频器频率设定电 流输入端,控制变频器频率变化,实现对通风机风量 系统的闭环控制。 风机供电回路的电流、 电压、 功率传感器用于测 量风机运行过程中的电参数,防止风机过压、 过流、 超载等。温度传感器采用Pt100铂热电阻传感器, 分别对每台风机的前、 后轴承温度,定子温度、 排气 温度等实施监测。振动变送器由速度传感器和位置 变送器组成,速度传感器安装在风机机壳前后两侧, 用于监测风机水平和垂直方向的振动,它输出的电 压信号与振动速度成正比,并把速度值经过积分后 转变成位移量送到振动变送器,传送到PLC模拟量 处理模块。上述信号经过PLC处理后,通过PROFI2 BUS总线传递到集控系统,用于告知用户设备各种 参数的状态,这些处理后的数据保存到上位及数据 库中供后备查询使用。 通风机出现故障或停机检修时,必须立即启动 另一台风机,保证井下风量的连续供应,风机切换顺 序为 1 变频停止第1台风机 ; 2 关闭对应的风 门 ;3 变频启动另一台风机 ;4 开启风门 ; 5 正常 运行监控。 系统主要功能有 1控制和检测变频器的运行状态,利用变频器 控制风机启停及正常运转,可使风机电机连续调速, 并可根据要求的流量调节转速获得最佳速度,节约 大量的电能;起动电流小,低速时定转矩输出; 2实时检测风机的各种参数,并与PLC中预 设的上下限进行对比,超限报警,实现电机工况参数 的实时监测。 4 软件流程 程序编制采用模块化结构,针对风机变频控制 系统的特点,将程序模块分为风机变频起动子程序、 风量调整子程序、 报警子程序、 风机变频停止子程序 等。程序流程如图3所示。 图3 软件流程 19 第28卷第9期 风机变频监控系统的设计与实现 樊晓虹 Vol128No19 基于MCGS组态软件的液位串级控制系统 陈广庆,刘廷瑞,杨兴华 山东科技大学 机械电子工程学院,山东 青岛266510 摘要随着计算机技术的发展,计算机控制技术在过程控制中占有十分重要的地位。介绍 了MCGS组态软件在AE2000A过程控制系统装置中双容水箱液位串级控制系统中的应用,给出了 系统的软件组态和硬件连接和工程整定。 关键词 MCGS;液位控制;组态;整定 中图分类号 TP39 文献标志码 A 文章编号10032079420070920092203 Application of MCGS in Liquid Level Cascade Control System CHEN Guang - qing , LIU Ting - rui , YANG Xing - hua College of Mechanical and Electronic Engineering , Shandong University of Science and Technology , Qingdao 266510 , China Abstract With the development of computer technology , computer control has more and more important role in process control. Gives a application of MCGS software in AE2000A process control system equipment. In the liquid lever cascade control system of double water - tanks , it describes the software configuration , hardware link of the system and the system tuning. Key wordsMCGS; liquid level control ; configuration; tuning 0 前言 随着工业技术的更新,特别是半导体技术、 微电 子技术、 计算机技术和网络技术的发展,自动化仪表 已经进入了计算机控制装置时代。随着计算机控制 装置在控制仪表基础上发展起来以后,自动化控制 手段也越来越丰富。在现代化工业生产中,运用工 控组态软件对系统进行监控的应用越来越广,组态 软件国外有美国的FIX系列产品,澳大利亚的 WIZCON ,国内有组态王、MCGS、 世纪星、 开物等,其 中北京昆仑公司的MCGS就是重要的组态软件之 一,本文所研究的就是MCGS在双容水箱液位控制 中的应用。 1 MCGS5.1组态软件简介 MCGS Monitor and Control Generated System ,通 用监控系统是1套用于快速构造和生成计算机监 控系统的组态软件,它能够在基于Microsoft的各种 系统初始化包括设定风道初始风量,选择风 道,检测风门状态,PLC参数初始化等。变频启动子 程序根据所选风道变频启动相应的风机电机,并不 断与预设风量进行对比。如果相等变频启动结束。 风量调整子程序将采集到的风量值与设定值对比, 得到风量偏差,送给PLC的PID处理子程序进行参 数调节,控制变频器调整频率。报警子程序判断风 机各种参数的变化,如果大于设定的上下限值,予以 声光报警。在变频停止子程序中,系统对另一组风 机的状态进行判断,如果满足启动条件,则在运行的 一组风机停止后,立即启动备用风机进行供风启动 流程相同。如果条件不满足,给与报警,并在上位 机画面上给与提示,提醒操作员手动开车,以保证矿 井通风的安全。 5 结语 由PLC、 变频器、 上位机等组成的风机变频控制 系统是矿井综合自动化监控系统的一个子环节。上 位机系统具有很强的实时监测和故障诊断能力, PLC、 变频器控制系统拖动风机可以克服起动时大 电流的冲击,明显提高通风机的管理水平,保证井下 供风的安全、 合理、 稳定。系统在平煤集团某煤矿经 过1 a多的运行检验,性能稳定,运行可靠,节能效 果明显,为整个矿井安全生产奠定了良好的基础。 参考文献 [1]谷善茂.无人值守矿井主通风机监控系统研究[D].徐州中国矿 业大学,2005. 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