基于PLC的煤礦風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崔少青

（晉能集團(tuán)晉中公司， 山西 晉中 030600）

引言

風(fēng)機(jī)主要應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)的冷卻系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方式是通過(guò)對(duì)風(fēng)門和擋板的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不能根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)和靈活控制，這在很大程度造成了煤礦生產(chǎn)的資源浪費(fèi)，增加了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本。隨著我國(guó)節(jié)能減排理念的貫徹落實(shí)，煤礦企業(yè)也在注重品質(zhì)的同時(shí)，注重提高對(duì)資源的利用率。為此，將可編程的邏輯控制器應(yīng)用到風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，能夠提高控制的精準(zhǔn)性，可降低生產(chǎn)成本，減少污染物的排放。

1 煤礦風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

煤礦生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境較差，為了保障風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，將PLC應(yīng)用到風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)中能夠更好地適應(yīng)惡劣的運(yùn)行環(huán)境，而且也方便了煤礦生產(chǎn)對(duì)系統(tǒng)的操控，所以要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須具備應(yīng)急處理功能、靈活且擴(kuò)展性強(qiáng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)操作接口、故障或突發(fā)情況預(yù)警裝置、優(yōu)越的系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境。

現(xiàn)階段，煤礦生產(chǎn)中風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)主要是通過(guò)人工調(diào)節(jié)來(lái)完成的，自動(dòng)化水平低，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)的很多內(nèi)容都無(wú)法滿足高強(qiáng)度的生產(chǎn)需要。在具體的設(shè)計(jì)方案中，系統(tǒng)必須具備以下幾項(xiàng)功能：一是系統(tǒng)控制要集合多種方式，比如自動(dòng)控制方式、半自動(dòng)控制方式、手動(dòng)控制方式；二是系統(tǒng)要具備保護(hù)功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)對(duì)故障進(jìn)行診斷，而且在日常系統(tǒng)運(yùn)行中，能夠?qū)ζ渲泄╇婋妷?、電機(jī)軸承溫度等多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦參數(shù)超出正常值上線時(shí)，系統(tǒng)需要及時(shí)、準(zhǔn)確做出判斷，并向工作人員發(fā)出警報(bào)，立即自動(dòng)停止故障機(jī)組的運(yùn)行；三是系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)施顯示參數(shù)信息的功能，這樣工作人員可以在控制界面對(duì)單臺(tái)機(jī)組的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保障在發(fā)生故障時(shí)，能夠準(zhǔn)確定位故障發(fā)生位置；四是系統(tǒng)應(yīng)具備遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程通信功能，在系統(tǒng)運(yùn)行中，通過(guò)控制器可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)交換、傳輸、查詢、記錄等操作[1]。

1.2 系統(tǒng)工作原理

在工業(yè)生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)的主要作用是在生產(chǎn)環(huán)境中輸出風(fēng)，使輸出量能夠保持在生產(chǎn)要求的固定參數(shù)值上，從而保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行，避免在不需要情況下電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)造成電能資源浪費(fèi)。在PLC的基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)閉環(huán)控制方式的設(shè)置，使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)在溫度傳感器的幫助下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)感應(yīng)，當(dāng)溫度超過(guò)要求范圍時(shí)，就模擬輸出信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換對(duì)設(shè)備發(fā)出輸出信號(hào)，將多余的風(fēng)量傳遞出去，使溫度得到控制，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行主要受變頻器的控制[2]。

2 基于PLC的煤礦風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 硬件設(shè)計(jì)分析

2.1.1 可編程控制器的設(shè)計(jì)

作為系統(tǒng)的主控設(shè)備，可編程控制器必須在煤礦企業(yè)生產(chǎn)情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇，此次設(shè)計(jì)方案中主要選擇的是日本松下生產(chǎn)的FPO系列。這套控制設(shè)備的性能十分優(yōu)越，具有模擬量設(shè)定、雙路脈沖輸出、高速計(jì)算等功能，能夠在主機(jī)單元中作為獨(dú)立模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)集中處理，而且具有良好的擴(kuò)展性，可以組合擴(kuò)展單元進(jìn)行操作。并且各單元都具備擴(kuò)展接口，在操作中直接進(jìn)行連接即可。

整套設(shè)備的控制系統(tǒng)由三個(gè)模塊構(gòu)成，一個(gè)是主模塊，一個(gè)是擴(kuò)展模塊，一個(gè)是A/D轉(zhuǎn)換模塊。其中接口共有39個(gè)；I/O端口要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需求來(lái)確定，但盡量少使用。在盡可能保障系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性不受影響的情況下，主要編寫了兩項(xiàng)程序，一項(xiàng)是自動(dòng)控制程序，一項(xiàng)是手動(dòng)控制程序，采取這項(xiàng)的程序編寫主要是為了當(dāng)自動(dòng)控制程序發(fā)生異常情況時(shí)，還可以用過(guò)手動(dòng)程序保障系統(tǒng)運(yùn)行不受影響[3]。而且當(dāng)某項(xiàng)單元出現(xiàn)故障時(shí)，可以手動(dòng)停止其繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠避免故障范圍的擴(kuò)大。

2.1.2 溫度傳感器的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要在生產(chǎn)車間內(nèi)安裝溫度傳感器實(shí)時(shí)對(duì)車間內(nèi)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溫度對(duì)比，這就能通過(guò)控制變頻器，調(diào)整車間內(nèi)的溫度，使其滿足生產(chǎn)要求。溫度傳感器的選擇要結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)際需要，但多數(shù)煤礦企業(yè)選擇的溫度傳感器都為熱電偶傳感器，這種傳感器能夠直接與需要測(cè)試的對(duì)象進(jìn)行連接，不會(huì)受到其他介質(zhì)因素的影響，所以測(cè)試的結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。而且這種傳感器的測(cè)試范圍較大，可以隨著測(cè)試對(duì)象的溫度變換，并將測(cè)試的結(jié)果傳輸?shù)娇刂破髦羞M(jìn)行溫度值換算[4]。

2.1.3 變頻器的設(shè)計(jì)

此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇的是森蘭品牌的變頻器，這款變頻器在使用過(guò)程中要十分注意連接，一旦構(gòu)建的連接出現(xiàn)錯(cuò)誤，后果十分嚴(yán)重。

2.2 軟件設(shè)計(jì)分析

2.2.1 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)主要根據(jù)系統(tǒng)所具備的功能進(jìn)行，其中最重要的一項(xiàng)功能是變頻恒溫運(yùn)行功能，這種功能在程序設(shè)計(jì)上十分復(fù)雜，其能夠在系統(tǒng)控制下通過(guò)控制器對(duì)變頻器的調(diào)節(jié)和控制實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)變頻恒溫運(yùn)行。這項(xiàng)設(shè)計(jì)程序是可編程邏輯控制器的核心內(nèi)容，能夠保障系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免多余構(gòu)件的安裝，提高系統(tǒng)整體的可靠性和安全性。而且通過(guò)在計(jì)算機(jī)上的程序操作，借助通信功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程輔助操作，為各項(xiàng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中提供更安全的保障。

2.2.2 程序梯形圖設(shè)計(jì)

首先是啟動(dòng)與體制程序。這項(xiàng)程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)停止運(yùn)行和啟動(dòng)運(yùn)行，啟動(dòng)鍵按下后，就代表系統(tǒng)進(jìn)入了運(yùn)行中，直至按下停止鍵前，系統(tǒng)將會(huì)持續(xù)處于運(yùn)行狀態(tài)；停止鍵被按下后，系統(tǒng)即進(jìn)入了停止運(yùn)行的狀態(tài)。

其次是模擬量輸入程序。這項(xiàng)程序主要根據(jù)溫度傳感器傳輸?shù)妮斎?，?duì)車間內(nèi)的空間溫度進(jìn)行溫度值換算，保障車間內(nèi)溫度值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。模擬量程序讀取數(shù)值的次數(shù)要根據(jù)車間溫度傳感器的個(gè)數(shù)決定，如果車間內(nèi)兩點(diǎn)安置了溫度傳感器，那么就要讀取兩次模擬量[5]。最后是比較程序，在讀取溫度模擬量數(shù)據(jù)后，要先進(jìn)行數(shù)值濾波，再取其數(shù)值的平均值，得到的平均值就可與設(shè)定值對(duì)比，當(dāng)二者吻合時(shí)，即表明溫度正常不需要調(diào)節(jié)，不吻合時(shí)就可以通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，根據(jù)比對(duì)后數(shù)值的差異將調(diào)節(jié)后的模擬量輸出作用到變頻器上，通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的實(shí)際工作量，也就是對(duì)溫度控制的程度。

3 結(jié)語(yǔ)

基于PLC的煤礦風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠有效幫助煤礦企業(yè)節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本，提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，使系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性得到保障。但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不能單純只依靠自動(dòng)化控制系統(tǒng)，還要考慮故障時(shí)的控制情況，所以要合理結(jié)合多種控制方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。