基于PLC的煤矿主扇通风系统的研究与设计(1).pdf

第３期 总第２ ２ ０期 ２ ０ ２ ０年６月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHAN I C A L E N G I N E E R I N G 变频调速;主扇风机;通风系统 中图分类号T P ２ ７ ３ 文献标识码B 收稿日期２ ０ ２ ０ Ｇ ０ ２ Ｇ １ ０;修订日期２ ０ ２ ０ Ｇ ０ ５ Ｇ ０ ３ 作者简介顼波 １ ９ ９ ３ Ｇ ,男,山西朔州人,助理工程师,本科. ０ 引言 煤矿主扇风机是煤矿通风系统中最重要的设备, 在煤矿生产中主扇风机必须长期连续运行, 因此保证 主扇风机安全高效稳定运行对于煤矿正常生产具有重 要意义.近几年P L C控制和变频调速技术在工业方 面得到广泛应用, 将P L C控制和变频调速技术应用于 煤矿主扇通风系统, 能够大幅度提高煤矿主扇通风系 统的自动化程度, 对于节约电能消耗、 低碳环保也具有 积极意义. １ 煤矿主扇通风系统组成及煤矿主扇通风系统布置 情况 基于P L C控制和变频调速技术对某煤矿的主扇 通风系统进行研究与设计, 煤矿主扇通风系统主要组 成有供配电、 P L C控制、 变频调速和在线监测等部分. 图１为F B C D Z ２ ４/２２ ０ ０型对旋轴流式通风机 结构图.该通风机包括集流器、 １号电机、２号电机、 扩 散器、 扩散塔和托车.在煤矿主扇风机布置中将该通 风机简化, 得到如图２所示的煤矿主扇通风系统布置 俯视图. １－集流器;２－１号电机;３－２号电机; ４－扩散器;５－扩散塔;６－托车 图１ 煤矿对旋轴流式通风机结构图 如图２所示, 煤矿主扇通风系统包括一台工作的 F B C D Z ２ ４/２２ ０ ０型对旋轴流式通风机, 并备用能够 在１ ０m i n内启动的同样一台通风机.由两台对旋式 电机拖动一台对旋轴流式通风机, 因此共布置有４台 对旋式电机.针对两台对旋轴流式通风机分别布置两 个独立风道, 将风门布置于对旋轴流式通风机入口之 前, 以实现风量大小调节和转换运行风机的目的, 将具 有测量通风机负压和流量功能的传感器布置于风道 内.此外, 将４部风门绞车布置于风道中, 以达到风流 转换时开闭风门的目的. 图２ 煤矿主扇通风系统布置俯视图 ２ 煤矿主扇通风系统供配电部分 煤矿主扇通风系统供配电部分的电源引自井上变 电站两回路１ ０k V高压线路的两个不同母线, 供电线 路连接到煤矿主扇风机变电所的高压室中.高压母线 采用单母线分段的方式, 两路供电进线线路均设线路 备自投保护装置, 两路线路均互相作为备用, 以保证供 电连续安全.低压母线采用单母线分段的方式, 分别 配备两组进线柜和一组母线联络柜.除此之外, 布置 ４组变频柜对连接２台主扇风机的４台对旋式电机进 线控制, 并且将工频旁路柜配置于各台变频柜, 若变频 柜出现问题不能正常工作时, 能够通过转换到工频旁 路柜进行控制操作, 以确保主扇风机能够正常运行. 另外布置一组低压配电柜, 为主扇风机的４部风门绞 车、 照明设备以及控制设备的电源供电. ３ 煤矿主扇通风系统P L C控制部分 ３． １ P L C控制部分的硬件及模块 煤矿 主 扇 通 风 系 统P L C控 制 部 分 采 用 德 国 S I EME N S公司的S ７ Ｇ ３ ０ ０型 可 编 程 序 控 制 器 简 称 P L C , 通过MO D B U S Ｇ R TU通讯协议并利用R S Ｇ ４ ８ ５ 接口与变频器之间实现传输通讯功能, 实时搜集变频 器运行状态和两台对旋式电机运行数据等信息, 主要 包括供配电部分的开关状态、 风门状态、 主扇风机状态 以及相关设备的温度、 故障等情况, 以实现对变频器的 实时控制功能.图３为煤矿主扇通风系统P L C控制 部分模块构成示意图. 图３ 煤矿主扇通风系统P L C控制部分模块构成示意图 如图３所示, 煤矿主扇通风系统P L C控制部分主 要包括西门子的P S系列３ ０ ７型电源模块、３ １ ５系列的 ２ D P型高性能C P U模块、S M ３ ２ １型数字量输入模块、 S M ３ ２ ２型数字量输出模块、S M ３ ３ １型模拟量输入模 块、 S M ３ ３ ２型模拟量输出模块、I M ３ ６ ５型接口模块和 C P ３ ４ １型通讯模块. ３． ２ P L C控制部分的控制及功能 煤矿主扇通风系统P L C控制部分主要包括风量 和风压的闭环控制及测控、 对旋式电机的温度监控、 供 配电部分的电压和电流等相关电气参数的测控以及主 扇通风系统故障检测和处理等, 控制方式包括集中控 制和机旁控制两种类型. １集中控制方式 就是通过中央控制室进行主 扇风机启停和反风时风门的远程控制.在现场作业过 程中, 中央控制室作业人员能够利用工控主机的组态 监控系统软件的开启或者停止按钮, 对主扇风机的运 行状态进行远程控制.此外, 也可通过工控主机中预 先编制的控制程序, 达到主扇风机整个启停过程自动 运行的目的.当主扇风机发生故障不能正常工作时, 通过煤矿主扇通风系统P L C控制部分可以自动启动 备用风机及其他相关设备. ２机旁控制方式 就是通过变频调速设备对对 旋式电机进行启停控制, 以此来实现在煤矿主扇通风 系统相关设备进行设备检修或者调试期间, 避免主扇 风机意外自启动情况的发生, 还可以对其进行紧急停 机控制. ４ 煤矿主扇通风系统变频调速部分 ４． １ 变频调速部分变频器布置 根据前文所述, 煤矿主扇通风系统配备一台工作 和一台备用共两台主扇风机, 并分别由两台电机拖动. 因此, 要求变频调速部分能使各台主扇风机的两台电 机具有相同的转速, 并且能够同时启停两台电机.本 次设计采用每台电机均布置一台变频器进行相应控 制, 即各台主扇风机的两台电机各布置一台变频器的 “ 一拖一” 布置方式.图４为煤矿主扇通风系统变频调 速部分组成示意图. ４． ２ 变频调速部分变频器选型 采用日本H I T A CH I公司的S J系列７ ０ ０型高性 能变频器, 该变频器具有启动转矩高、 维护便捷、 运行 高效、 使用寿命长、 适应性强特点, 并具有跳闸抑制、 可 预先写入程序、 抑制电压微浪涌、 一键紧急切断等功 能, 此外还配备了噪声滤波器, 达到了抑制谐波和减少 噪声的目的. ４． ３ 变频调速部分变频器接线 煤矿主扇通风系统变频调速部分的４台变频器采 用相同的电机控制方式和回路接线方式.图５为变频 器的外部接线示意图. 图４ 煤矿主扇通风系统变频调速部分组成示意图 图５ 变频器的外部接线示意图 如图５所示, 中间继电器Z J的常开接点与变频器 工作指示信号灯相连接, 以反映变频器工作情况.通 过继电器１ KA的常开接点变换变频器的手/自动控制 方式.继电器常开接点K １、K ２、K ３、K ４与P L C控制 部分的S M ３ ２ ２型数字量输出模块相连接, 通过变频器 的变换实现通风系统的正/反风运行.通过按钮开关 S B １实 现 变 频 器 的 故 障 复 位 功 能.智 能 输 出 端 子 􀅱 ０９１ 􀅱机 械 工 程 与 自 动 化 ２ ０ ２ ０年第３期 A L ０和A L １与故障报警信号相连接, 具有输出故障 停止信号的功能.电位器R P １可以在变频器手动控 制方式条件下, 通过预先设定的电压信号使得电机具 有稳定的运行频率.通过转速表n １实时监测电机转 速参数情况.P L C控制部分通过O I端子和AM I端 子来给定电机预先设定的运行频率和接收电机运行频 率的反馈信号.P L C控制部分通过MO D B U S Ｇ R TU 通讯协议并利用R S Ｇ ４ ８ ５接口与变频器之间实现传输 通讯功能. ５ 煤矿主扇通风系统在线监测部分 煤矿主扇通风系统在线监测部分的上位计算机采 用联想商务高性能主机并配备打印机设备, 上位组态 软件采用F a m eV i e w系列组态软件系统, 该软件系统 通过工业以太网与煤矿主扇通风系统的各设备及调度 监控系统相连接, 实现实时远程监控的目的, 在线监测 部分主要监测参数有电机温度、 气体流量、 气体压力和 风机振动等. ６ 结语 随着P L C控制技术和变频调速技术的日臻完善 成熟, 其应用范围越来越广泛.煤矿主扇通风系统应 用P L C控制和变频调速技术后, 大幅度提高了煤矿主 扇通风系统的自动化程度、 运行的可靠性、 平顺性和安 全性, 并对于节约电能消耗、 低碳环保具有积极意义和 实用价值. 参考文献 [ １] 杜锋．基于P L C的矿井通风控制系统设计[J]．煤矿机械, ２ ０ １ ９,４ ０１ １ １ ６ ７ Ｇ １ ６ ９． [ ２] 李燎原．试析P L C控制技术在矿井通风机中的应用[J]． 矿业装备, ２ ０ １ ９４ ９ ２ Ｇ ９ ３． [ ３] 曹晋峰． P L C控制技术在矿用通风机上的应用[J]．机械 管理开发, ２ ０ １ ９,３ ４６ ２ １ ７ Ｇ ２ １ ９． [ ４] 张冬冬．煤矿通风系统中自动化控制技术的应用[J]．电 子技术与软件工程, ２ ０ １ ９１ １ １ ５ ０ Ｇ １ ５ １． [ ５] 郑鹏．基于P L C的矿井通风系统远程监控系统的设计与 应用[ J]．水力采煤与管道运输,２ ０ １ ９２ ４ ２ Ｇ ４ ３,４ ６． [ ６] 江超．煤矿主扇风机在线监测监控与故障诊断系统[D]． 石家庄 河北科技大学, ２ ０ １ ８２ ８ Ｇ ５ １． [ ７] 韦永兰．基于T C P/I P协议的矿井用通风集散监控系统 的设计与实现[ J]．中国矿山工程,２ ０ １ 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D U M i n T e c h n o l o g yC e n t e r,C h i n aN a t i o n a lH e a v yD u t yT r u c kG r o u pD a t o n gG e a rC o ．,L t d ．,D a t o n g０ ３ ７ ３ ０ ５,C h i n a A b s t r a c tC o mm e r c i a lv e h i c l e g e a r b o x s e l e c t i o n a n d s h i f t i n g c o m f o r ti s a ni m p o r t a n t p a r a m e t e rf o r u s e r st o m e a s u r et h e c o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c eo fc o mm e r c i a lv e h i c l e s ．T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h ec o m f o r to fg e a rs h i f t i n ga n d s e l e c t i o no fc o mm e r c i a lv e h i c l e sa n dt h ei m p r o v e m e n tm e t h o d s,a n dp r o v i d e sf e a s i b i l i t ys u g g e s t i o n sf o ri m p r o v i n gt h ec o m f o r to f c o mm e r c i a l v e h i c l e t r a n s m i s s i o n s ． K e yw o r d sc o mm e r c i a l v e h i c l e;g e a r b o x;h a n d l i n gp e r f o r m a n c e;g e a r s e l e c t i n ga n ds h i f t i n g 􀅱 １９１ 􀅱 ２ ０ ２ ０年第３期 机 械 工 程 与 自 动 化