多排风机PLC控制策略的研究.pdf

2 0 1 1 年 第 3 3卷 第 3期 第3 5页 电 气 传 动 自动 化 ELECTRI C DRl VE AUToM AT1 0N VO 1 ． 3 3。 No ． 3 2 0 1 1 。 3 3 3 3 5 ～ 3 7 文章编号 1 0 0 5 --7 2 7 7 2 0 1 1 O 3 O 0 3 5 o 3 多排风机 P L C控制策略的研究 周启昆 ，卜 祥泉 ， 曹广海 1 ． 山东临沂矿业集团 会宝岭铁矿筹建处，山东 临沂 2 7 7 7 0 0 ； 2 ． 兖州亿金物资有限责任公司，山东 兖州 2 7 2 1 1 0 摘要针对某铁矿多排风机 自动控制 系统的设计， 通过分析其控制要求， 在 系统控制的可靠性和控制实现的 简洁性、 经济性之间寻优 ， 实现了多台排风机的均衡运行和 自动轮值控制。 关键词 排风机 ； P L C；自动控制 ； 研 究 中图分类号 T U 9 9 1 文献标识码 B Re s e a r c h o n PLC c on t r o l s t r at e g y f o r m u l t i e x ha us t f a n s 1 ， l Z HOUQ i 露 l f 。 B UX i a n g - q u a n ． C AO Gu a n g - h a i 1 ． Hu i b a o l i n g I r o n Mi n e P r e p a r a t i o n O f fic e o fS h a n d o n g L i n y i Mi n i n g G r o u p ， L i n y i 2 7 7 7 0 0 ， C h i n a ； 2 ． Y a n z h o u Y i i n Mate r i a l C o ． ， L t d ． ， Y a n z h o u 2 7 2 1 1 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e d e s i g n o f mu l t i e x h a u s t f a n s a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m o f a i r o n mi n e ， t h e o p t i mi z a t i o n o f r e l i a b i l i t y ， s i mp l i c i t y a n d e c o n o mi c s o f c o n t r o l i s c a r r i e d o u t b y a n a l y z i n g t h e c o n t r o l r e q u i r e me n t s ． T h e b a l a n c e d o p e r a t i o n a n d a u t o ma t i c s p e l l i n c o n t r o l o f mu l t i e x h a u s t f a n s a r e a l s o a c h i e v e d ． Ke y wo r d s e x h a u s t f a n P L C ；a u t o ma t i c c o n t r o l ； r e s e a r c h 1 前 言 排风系统作为铁矿斜巷道重要 电气设备的组 成部分 ， 承担着巷道 内空气 的流通和调节功能 ， 特 别是长距离 的巷道 ， 需要 的排风机不仅数量多 ， 分 布较为分散 ， 而且驱动电机的容量也相对较大。另 外由于排风量受气候和季节影响很大，因而排风 机运行台数也会因此有较大的变化 ，如果控制 系 统设计不 当，就会造成排风机 的频繁起停或某些 排风机运行时间长短过分悬殊 ，这样不仅会加快 了排风机的磨损，而且还会造成了对电网的频繁 冲击 ， 增加 了电能的消耗 。 针对上述问题，结合斜巷道排风机 自动控制 系统 的设计 ， 给出了一种经济可靠 的、 多排风机 的 自动控制方案 。 排风量为 8 0 m ／ s 左右 ， 由一台 1 1 0 k W 的交流电机 驱动， 每台排风机出口接一个出风阀， 再连到一个 总的出风管道。出风通道内装有风压传感器， 检测 通道内的风压 ，以便通过排风 自动控制系统使巷 道内的风压保持恒定 。 1 排风机 进 堂 机 { l f { l 6 排 l风 机 { l 图 1 排 风 系缔 结 构 2 排风系统的组成 3 排风机的控制策略 排风 自动控制系统主要由4 个人风口及空气 净化装置、 6台排风机和一个总出风口等组成， 如 图 1 所示。 6台离心式排风机担负着排风任务 ， 每台最大 根据设计要求， 巷道的排风量一般在 6 5 - 2 8 0 m ／ 小时， 特殊情况下 如夏季 排风量可达 3 3 0 m ／ s 左 右。从上述要求可知 ， 最小排风量小于 1台风机 的 正常排风量， 最大排风量小于 4台风机的正常排 电气 传动 自动化 2 0 1 1年 第 3 期 风量 ， 这就要求排风机的风量可调。另外 由于排风 电机的容量相对较大 ，排风机起动时 的电流必须 受到限制 ， 以减少启动时的电流冲击 。 基于上述情况， 为使排风机的控制高效 、 可靠 和经济运行 ，系统采用 4台软启排风机和 2台变 频排风机，其控制策略为 4 台软启动器控制的排 风机和 2台变频器控制 的排风机分别采取按时间 的自动轮值和运行时数基本均等的自动轮值均衡 控制 ， 系统控制结构 图如图 2 所示 。 l 排风机 排风机3 排风机 排风机5 排风机甜 排风机 图 2 系统控制结构图 以下为具体的控制策略。 1 根 据通道 内的压力控制排风 机 的运行 台 数 ， 将通道 内的压力分成 以下 5个等级 最低风压 风压0 、 低风压 风压 1 、 中风压 风压 2 、 高 风 压 风压 3 和最高风压 风压 4 。排风 自动控制系 统通过通道内压力传感器检测实际风压，通过实 际风压 与设定风压之 间的比较 ，控制排风机 的运 行台数 。 2 根据通道 内风压 的高低 ， 排 风机开启 的顺 序为 1变频一 l 软启一2软启一3软启一4软启一 2变频 。 3 当风 压 ≤风压 0时 ， 停 止 所有 排风 机运 行 ； 当风压 O 风压 P ≤风压 1 时 ， 投入 1台排 风机 运行 ； 当风压 ， l 风压 P ≤风压 2时 ， 投入 2台排风 机运行 ； 当风压 2 风压 P ≤风压 3时 ， 投入 3台排 风机运行 ； 当风压 3 风压 4时投入 5台排风机 运行 。 4 6台排风机中， 4台软启排风机为一个工作 组 ， 3台工作 ， 1 台备用， 每 2 天切换一次工作组， 运 行时间最长的排风机 自 动转为备用 ； 另 2台变频排 风机为一个工作组 ， 1 用 1 备 ，每 2天进行一次切 换 。尽量保证每台排风机运行时间的均等 ， 出功均 衡， 这样不仅保证了系统的冗余性， 而且减少了单 台排风机的故障几率， 提高了系统的可靠性。 4 控制策略的实现 从控制要求和控制策略可知， 决定某 1 台排风 机工作与否的条件为 1 该排风机是否处于工作组中， 如果“ 是” ， 用 “ 1 ” 表示 ， 否则用 “ 0 ” 表示 。对软启工作组 中的 4台 排风机 ，采用 4 位二进制表示工作组的状态， 如 1 0 1 1 表示第 1 、 3 、 4台水排风 机处 于工 作组 中， 而 另一变频工作组中的 2台排风机，则用 2 位二进 制表示工作组的状态， 如 0 l 表示第 2 台变频排风 机在工作组中。 2 当时风压所处的状态 ， 即风压条件 。此条 件用以确定排风机 的开启 台数 。 3 该排风机 当时的状态 ， 即排风机是否有故 障。当某台排风机 出现机械故障 、 电机故障或控制 器故障等异常情况时则不能投入运行。 4 ． 1 风压条件字 将通过风压传感器得到的当前实时风压 P和 设定 的风压进行 比较 ，根据 比较 的结果计人数据 存储器中。 4 ． 2 工作组控制字 软启_T作组控制字初始值设为 1 1 1 0 ，轮值变 化如图 3 b 所示 ， 正常情况下每 2天切换一次 。 变 频工作组控制字初始值设为 1 O ，轮值变化如图 4 b 所示 ， 正常情况下每 2天切换一次。 4 ． 3 排风机工作控制字 根据实际的风压变化 ， 采用不同的排风机工作 控制字 。 1 当风压 ≤风压 0时， 采用零排风机控制字 ， 软启排风机初始值设为 0 0 0 0 ，轮值变化如图 3 a 所示。变频排风机初始值设为 0 O ， 轮值变化如图 4 a 所示 。 2 当风压 O 风压 P ≤风压 1时 ， 采用软启单 排风机控制字，初值设为 1 0 0 0 ，轮值变化如图 3 b 所示。变频排风机初始值设为 0 0 ， 轮值变化如 图 4 a 所示 。 3 当风压 l 风压 P ≤风压 2时， 采用软启单 排风机和变频单排风机控制字 ，软启单排风机初 值设为 1 0 0 0 ， 轮值变化如图 3 b 所示。变频单排 风机初始值设为 l O ， 轮值变化如图4 b 所示。 4 当风压 2 风压P ≤风压 3 时， 采用软启双排 2 0 1 1 年 第 3期 周启昆，卜 祥泉。曹广海 多排风机 P L C控制策略的研究 风机和变频单排风机控制字 ，软启双排风机初值 设为 1 1 0 0 ， 轮值变化如图 3 c 所示 。 变频单排风机 初始值设为 1 O ， 轮值变化如图 4 b 所示。 5 当风压 3 1 台时发出 紧急报警信号， 转人手动控制 可在中央控制室或 柜体上操作 。具体内容如下。 1 当软启排风机故障字和变频排风机故障字 为 0 0 0 0和 0 0时， 工作组控制字和排风机控制字的 轮值仅由时间决定。 2 当故障字仅有 1 位时， 如果是软启排风机 故障，则通过对工作组控制字和排风机控制字的 移位使故障排风机处于备用 ，剩下的 3台软启排 风机可正常轮值 ， 系统发出相应的正常报警信号 ， 维护人员有 2天的时间对故障进行处理 ；如果是 正在运 行 的变频排 风机故 障则立 即停止 该排 风 机 ， 通过变频排风机控制字的移位 ， 启动好 的变频 排风机 ， 同时系统发出报警信号， 维护人员也有 2 天的处理时间。 3 当故障字不只 1 位时， 表示当前有大于 1 台的排风机 出现故 障。此时不管故障 出现在软启 排风机还是变频排风机， 都应发出紧急报警信号， 提示维护人员应立即采用相应措施 ，暂停 自动轮 值， 转人手动控制。 采用 S 7 3 0 0可编程序控制器作为控制器件 ， MW2 、 MW4 、 MW6和 MW8分别作为排风机工作组 控制字、 排风机工作控制字、 排风机故障控制字和 排风机输 出控制字 ，实时风压 P和设定 的风压 比 较的结果计入 WMI O风压条件字。排风机 自动轮 值和均衡控制程序框图如图 5 所示。 图 5排风机自动轮值和均衡控制程序框图 下转第 4 3页 2 0 1 1 年 第 3期 彭强 基于 P L C和无线数传电台的输油管道加热监控系统 4 3 P L C通讯口的电平格式为 R S 一 4 8 5 ，而数传电 台是 R S 一 2 3 2格式，因此使用 P P I 电缆进行 R S 一 4 8 5和 R S 一 2 3 2电平格式 的转换。 另外 ， 通讯 口的通 讯标 准为 9 6 0 0 、 8 、 N、 l ， 其 中 8 、 N、 1不可改 ， 通讯 速度默认为 9 6 0 0 ， 最大可到 5 7 6 0 0 0 ， 本项 目使用 默认数值。数传电台需要用设置软件将传输参数 设置为 9 6 0 0 、8 、 N、 1 。 上位机监控软件通过微机串口和数传电台连 接 。通讯速率为 9 6 0 0 、 8 、 N、 l ， 在 C o ml 或 C o m 2口 上添加若干个不同地址的 Mo d b u s R T U设备 ， 保证 上位机监控软件能够准确的操作到具体地址。 7 结束语 本 系统 已经 成功的应用于管道加 热控制 ， 运 行状态良好， 性能稳定可靠， 并且能承受野外比较 恶劣的工作环境。通过采用 P L C作为终端控制设 备， 无线电台作为传输方式的控制方式， 实现了对 加热控制的远程监测和控制， 减少了人力成本 ， 具 有 良好的性价比。 参考文献 [ 1 ] 西门子自动化与驱动集团． 深入浅出西门子S 7 - 2 0 0 P L C[ M] ． 北京 航空航天大学出版社， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 孙 鑫， 余安萍． v c 深入详解[ M] ． 电子工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 深圳固迪公司． G D 2 3 0 B电台用户手册． 作者简介 彭 强 1 9 8 1 一 ， 男， 9 1 l 乐山人， 大学本科毕业。主要从事 电气控制设计开发工作。曾主持开发的项 目获得国家创新 基 金支持。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 1 0 9 【 上接第 3 7页 4 ． 5 排风机输出工作字 软启排风机 的输出工作字 由 4位二进制数组 成 ， 某位为“ 1 ” ， 表示要求 相应 的软启排 风机处于 工作状态 。 变频排风机的输出工作字由2位二进制数组 成， 某位为“ 1 ” ， 表示要求相应的变频排风机处于 工作状态 。 软启排风机和变频排风机的输 出工作字 由风 压条件字 、 各 自的工作组控制字 、 排风机工作控 制 字和排风机故障状态字经过布尔代数运算得来。 其关系如图 6所示。 控制器上一次采样周期 根据当前时间条件和排 当前软启排风机和 软启排风机和变频排风 风机故障状态字移位 变频排风机的工作 机的工作组控制字 、 排 组控制字、 排风机 风机工作控制字 工作控制字 图6 控制逻辑关系 5 运行 效果 根据上述的控制策略和程序流程图，在 s 7 3 0 0可编程序控制器上进行了编程 ， 并通过 P L C的 以太网通信接口模块与排风机中的控制系统的上 位机组成一个完整的监控系统。为了方便试验 ， 将 2 天的轮值时间改为 l h ， 共试验了 1 2 h ， 运行效果 良好 ， 4台软启排风机 的运 行时间最大相差 5 S ， 2 台变频排风机 的轮值准确 。期间模拟 了 1台排风 机故障和 2台排风机故障，结果 1 台排风机发生 故障时不影响排风机的轮值和均衡运行，监控系 统上显示报警信号； 2台排风机发生故障时监控系 统上发出紧急报警信号， 自动功能取消， 可手动控 制。在试验过程中没有发生逻辑紊乱和系统功能 失常的情况 。 参考文献 [ 1 ] 宋伯生． P L C编程理论 、 算法及技巧[ M3 ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 崔坚． 西门子 s 7可编程序控制器一 S T E P 7指南E M J ． 北 京 机械工业出版社， 2 0 0 7 ． [ 3 ] 郑阿奇等． P L C 西门子 实用教程[ M] ． 北京 电子工业 出版社， 2 0 0 9 ． 作者简介 周启 昆 1 9 5 8 一 ， 男， 工程 师 ， 江苏徐 州人 ， 现 为会 宝岭铁 矿 筹建处主任， 主要负责日常的技术和管理工作。 卜 祥泉 1 9 6 6 一 ， 男， 山东济宁市人， 工程师， 主要从事电气 设备的维护与管理工作。 曹广海 1 9 7 9 一 ， 男， 工程师， 江苏临沂人， 现在会 宝岭铁矿 筹建处从事机电技术管K- Y -- 作。 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 2 8