基于PLC控制的變頻調(diào)速通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的探究

張仕元

摘 要：在煤礦生產(chǎn)中，通風(fēng)機(jī)承擔(dān)著整個礦井的工作任務(wù)，因此是最為重要設(shè)備。良好的礦井通風(fēng)能夠確保煤礦生產(chǎn)安全，通風(fēng)機(jī)作為礦井唯一的通風(fēng)設(shè)備，其在為井下?lián)Q氣的同時，由于持續(xù)處于強(qiáng)電流、高電壓的狀態(tài)，因此會消耗電量的能源。在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的今天，為了確保煤礦井下生產(chǎn)安全，需要對于通風(fēng)機(jī)實(shí)施監(jiān)控，以提高通風(fēng)機(jī)的使用效率。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；通風(fēng)機(jī)

1.通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1.通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)功能

通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括通風(fēng)機(jī)、控制設(shè)備以及電氣設(shè)備。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中，由于通風(fēng)機(jī)需要不間斷運(yùn)行，所以需要兩臺通風(fēng)機(jī)相互切換運(yùn)行。通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制部分可以控制系統(tǒng)中的任意一臺電機(jī)，對于電機(jī)的啟動或者是停止都屬于控制系統(tǒng)的操作范圍內(nèi)。當(dāng)煤礦處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)會采用自控控制模式，根據(jù)環(huán)境需求調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，變頻器也會相應(yīng)地調(diào)整頻率，讓系統(tǒng)處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的傳動部分是通過變頻器來工作的。為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制和監(jiān)測，通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的通訊信號的傳遞通過PROFIBUS和PLC來完成。變頻器控制兩臺電機(jī)的運(yùn)行是通過切換柜來完成的。

監(jiān)測部分所采用的是包括變頻器在內(nèi)的采集模塊，除了對于現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集之外，還要收集設(shè)備運(yùn)行過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及通風(fēng)工藝數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被傳送給PLC模擬量模塊并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后，控制和監(jiān)測的性能就會在上位機(jī)上形成人機(jī)界面。在參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)測上，所采用的是裝有組態(tài)軟件的計算機(jī)，所有的功能通過觸摸屏就可以實(shí)現(xiàn)。煤礦的調(diào)度室對于這些數(shù)據(jù)的掌握是通過GPS獲得的，并以這些數(shù)據(jù)信號作為參數(shù)，對于現(xiàn)場情況統(tǒng)一調(diào)配。

1.2.通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主電氣設(shè)計方案

1.2.1.高壓電氣方案

為了確保通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)共設(shè)置通風(fēng)機(jī)3臺，高壓開關(guān)柜18臺，其中進(jìn)線柜兩個，變壓器柜以及PT柜各3個，母線柜和出線柜分別為4個和6個。高壓開關(guān)柜中的元件有高壓熔斷器、高壓真空斷路器、過壓保護(hù)器以及綜合保護(hù)裝置等等。

1.2.2.低壓電氣方案

根據(jù)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)際應(yīng)用情況，供電方式上由高壓開關(guān)柜提供電源。2臺低壓開關(guān)柜中，其中的1號低壓開關(guān)柜采用的是雙回路設(shè)計，供電情況上，主要由1號高壓開關(guān)柜和2號高壓開關(guān)柜所變柜供電；2號開關(guān)柜由3號所變柜供電。操作臺包括有3個臺，主臺1個，輔臺2個，在操作臺里面設(shè)置有UPS電源，采用了低壓開關(guān)柜的供電方式。在主臺的設(shè)計上，由觸摸屏和在線檢測工控機(jī)構(gòu)成，控制方式上分為操作臺和上位機(jī)兩種，其中的控制臺主要用于應(yīng)急處理，以確保在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，PLC以及變頻器都可以正常運(yùn)行。系統(tǒng)共設(shè)置3臺PLC柜，對于通風(fēng)機(jī)以及輔助設(shè)備都具有一定的控制作用。在正常運(yùn)行的3臺通風(fēng)機(jī)中，兩臺相互交替運(yùn)行第三臺通風(fēng)機(jī)則處于單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)。在電源的提供上，2號PLC柜和3號PLC柜都為1號PLC柜以及PLC模塊提供電源。

2.通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，PLC柜設(shè)計為3個，作為整個通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的樞紐，其作用是承擔(dān)系統(tǒng)的控制作用以及對于數(shù)據(jù)信號的采集。

按照通風(fēng)機(jī)的功能要求，在PLC柜里面安裝有冗余接口模塊、16點(diǎn)數(shù)字量輸出DO模塊、32點(diǎn)數(shù)字量輸出DO模塊、32點(diǎn)數(shù)字量輸入DI模塊、4路模擬量輸出AO模塊和8路模擬量輸入AI模塊。其他的電氣元件包括有繼電器和空氣開關(guān)等等。鑒于系統(tǒng)承擔(dān)著單個CPU以及信號模塊的故障監(jiān)測，因此，要將接口模塊連接到模擬量輸入輸出模塊和數(shù)字量輸入輸出模塊進(jìn)行組態(tài)，并選取冗余的使用方式。

3.通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計所采用的為STEP7軟件完成的模塊化設(shè)計，控制流程以及工藝方案都是建立在確保通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行正常的基礎(chǔ)上的。那么，變頻器控制電機(jī)就可以對于運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行切換。處于常態(tài)下的切換柜，如果遇到變頻器發(fā)生故障，為了確保通風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，切換柜就會自動切換到備用狀態(tài)。

OB組織模塊的設(shè)計的功能是當(dāng)CPU停止工作的時候，確保系統(tǒng)不會出現(xiàn)錯誤，因此，要在CPU組塊中安裝OB70、OB80、OB82、OB87、OB121、OB122等。FC、FB程序塊設(shè)計上，采用FC4程序塊設(shè)計，其功能用于采集電流信號、功率信號以及變頻器轉(zhuǎn)速等等，在信號的轉(zhuǎn)換和存儲上，調(diào)用FBI來執(zhí)行。FC4程序的處理是通過上位機(jī)將數(shù)值輸入進(jìn)去，經(jīng)過程序處理后傳送給變頻器，從而起到了調(diào)節(jié)變頻器的作用。當(dāng)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時，兩臺變頻器會同時運(yùn)轉(zhuǎn)。按照FC4程序塊設(shè)計，變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度所采用的方式為同時給定方式。

4.結(jié)語：

綜上所述，煤礦礦井的環(huán)境非常惡劣，主要是因?yàn)榈叵碌拿簩又袝尫乓恍┯卸練怏w，伴隨著容易燃燒的粉塵，加之機(jī)械設(shè)備所釋放出來的熱量以及空氣中過高的熱度和濕度，都會對于井下工作人員造成極大的健康威脅。本論文對于通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制與監(jiān)測設(shè)計克服了傳統(tǒng)的設(shè)計方案，以全自動化控制的方式實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性的運(yùn)行，以滿足煤礦井下作業(yè)的需求。

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