基于PLC的离心风机变频调速控制系统设计.pdf

基于 P L C的离心风机 变频调速控制 系统设计 赵 晓明 江苏凯力德 科技 有限公 司 摘要随着电子技术和微电子技术的迅速发展，P L C 和变频器正成为通用、廉价和性能可靠的控制和驱动设备， 得到广泛的应 用。由 P L C 控制的变频调速 离心风机的通风系统， 具有较高的可靠性和较好的节能效果，易于组建成整体的 自 控系统， 很方便地实现 各种控制切换和远程监控，本文通过一个实例一一基于离心风机的矿井通风系统进行分析。 关键 词P L C ；离心风机；变频调速控制； 系统设 计 煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分， 煤 矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环境条件、生产效 率、安全生产密切相关。随着我国政府对各行各业安全生产监管 力度的不断加强，尤其对煤矿安全生产的要求越来越高，对煤矿 矿井通风系统进行技术改造，提高其运行稳定性、可靠性、节能 降耗等势在必行 。 1 ． P I _ O的工作原理分析 P L C即可编程控制器 P r o g r a mma b l e l o g i c C o n t r o l l e r ，是指 以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1 9 8 7年国际电工 委员会 I n t e r n a t i o n a l E l e c t ri c a l C o mmi t t e e 颁布的P L C标准草 案中对 P L C做了如下定义P L C英文全称 P r o g r a m ma b l e L o g i c C o n t r o l l e r ，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是一种数字运 算操作的 电子系统 ， 专为在工业环境应用而设计 的。 它采用一类 可编程 的存储器 ，用于其 内部存储程序，执行逻 辑运 算，顺序控 制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模 拟式输入／ 输出控制各种类型的机械或生产过程，P L C是可编程 逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有 很重要的应用，可以说有半导体的地方就有 P L C。 P L C 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操 作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存 储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指 令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机 械 或生产 过程 。 P L C及其有关 的外 围设备都应该按易于与工业控 制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 1 C P U 的构成 C P U是 P L C的核心 ，起神经 中枢 的作用 ，每套 P L C至少有 一 个 C P U，它按 P L C的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程 序和数据 ，用扫描 的方式采集 由现 场输入装 置送来 的状态 或数 据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 P L C 内部电路 的工作状态和编程过程。C P U 主要由运算器、控制器、寄存器 及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，C P U 单元 还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序 及数据 ，是 P L C不可缺少的组成单元 。C P U速度和 内存容量是 P L C的重要参数 ， 它们决定着 P L C的工作速度，I ／ O数量及软件 容量等，因此限制着控制规模。 2 I ／ O模块 P L C 与电气回路的接口，是通过输入输出部分 I ／ O完成 的。I J O模块集成了 P L C的 I ／ O电路，其输入暂存器反映输入信 号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成 数字信号进入 P L C系统，输出模块相反。I ／ O 分为开关量输入 DI ， 开关量输 出 D O ， 模拟量输入 A I ， 模拟量输 出 A 0 等模块 。 3 电源模块P L C电源用于为 P L C各模块的集成电路提 供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 2 4 V 的工作电源。 电源输入类型有 交流电源 2 2 0 v A C或 1 1 0 V AC ， 直流电源 常 用的为 2 4 VDC【 4 ] 。 2 ．基 于 P L C的离心风机 变频调速控制系统设计的结构和方 案 通风控制系统主要由 2台离心风机组成，每台离心风机有 两台电机，每台电机驱动一组扇片，两组扇片是对旋的，一组用 于吸风 ，一组为增加风速 ，对井下进行供风 。根据井下用风量 的 2 l 0 时代报告 2 0 1 5 ． 1 1 不 同，采用不 同型号的风机。本设计以风机 2 X4 5 k W 为例 ， 选用一台 7 2 2 0 0 P L C 、空气压力传感器和变频器等组成一个完 整的闭环控制系统。 其中还包括接触器、 中间继电器、 热继电器、 矿用防爆型磁力启动器、断路器等系统保护 电器 ，实现对 电机和 P L C的有效保护，以及对电机的切换控制。 瓦斯浓度给定 1 ． ⋯、 。 p l c ’ l 电翟 盱 控 气压给定 一 制 一交 频 器 r_一 桃 组 器 一变 频 器 _ -J 机 组 z 显 示 部 分 L 一 空 气 压 力 传 感 器 H ． 报 警 部 分 L 一 瓦 斯 浓 度 传 感 器 ● 一 图 1 通风控制 系统方案 图 本 P L C控制系统具有对通风机的电动机启动与运行，进行 监控、 联锁和过热保护等功能。 P L C与空气压力变送器配合使用， 使系统控制的安全性、可靠性大大提高， 也使通风机运行的故障 率大大降低，提高了设备的运转率 。 为满足煤矿矿井通风系统自动控制的要求， 设计如下的控制 方案 本系统提供手动 ／ 自动两种工作模式， 具有现场控制方式、 状态显示 以及 故障报警 等功能。 在手动方式下，通风机通过开关进行控制 ， 不受矿井 内气压 的影响 。为防止通风机疲劳运行 ，在任 何状 态下风机在 累计运行 设定时问后要切换至另一台风机运行。 A组离心通风机与 B组离 心通风机可 由二位开关转换 。 循环 次数及 定时时间可根据 需要随 机设定。 报警信号均为声光形式， 声报警 电笛 可用按钮解除 ， 报警指示在故障排除后 自动消失。 在 自动方式下 ， 利用远传空气 压力传感器检测矿井 内的气压 信 号，用变送 器将现场信 号变换成 统一 的标 准信号 如 4 ～2 0 m A 直流 电流信 号、0 ～5 V直流 电压信号等 1 ，送入 A／ D 转 换模块进行模数转换，然后送入 P L C，P L C 将检测到的气压值 与设定的气压值进行比较和处理，输出信号控制通风机工作。当 矿井内的气压在一个大气压或在设定的某个大气压力数值以上， 工作离心通风机与备用离心通风机循环工作；当出现突发事故， 矿井 内的气压低于设定 的某个大气压力数值 ， 工作离心通风机 与 备用离心通风机不再循环工作，并自动切换为同时工作，加大对 矿井 内的通风量， 直至矿井内的气压升至设定的大气压力数值以 上，工作通风机与备用离心通风机恢复循环工作。 在有瓦斯的矿井供风系统中， 矿井内的瓦斯浓度传感器检测 瓦斯浓度 ， 用变送器将现场信号变换成统一的标准信号， 送入 A ／ D 转换模块进行模数转换 ，然后送入 P L C，同样 P L C 将检测 到的数值与设定的数值进行比较，当瓦斯浓度大于设定数值后， P L C输出信号控制通风机停止工作， 并输出信号自动切断井下的 电源，满足风电联锁要求，以免电子火花点着瓦斯，防止瓦斯爆 炸事故发生 。