基于PLC控制的变频调速在矿井通风机中的应用.pdf

第3 8 卷第4 期 2 0 1 5 年 4月 煤 炭 与 化 工 Co a l a n d C h e mi c a l I n d u s t r y Vo 1 ． 3 8 No ． 4 Ap r ． 2 01 5 基于P L C 控制的变频调速在矿井通风机中 的 应用 李星照 大同煤炭建设监理有限责任公司，山西大同0 3 7 0 0 3 摘 要 以同煤集 团马脊梁煤矿为试验背景，通过设计 以 P L C控制的变频调速器来实现通风 机的电机转速能随要求实时调整。将其实际运用到矿井通风机中，以瓦斯作为控制参数来实 现变频调速，实践表明，该调速器起到了预想效果，实现了风量的 自动化控制，达到了通风 的经济性和安全性。 关键词通风机；P L C ；变频调速；控制 中图分类号 T D 6 7 文献标识码 B 文章编号 2 0 9 5 5 9 7 9 2 0 1 5 0 4 0 1 0 9 0 2 Th e Ap p l i c a t i o n o f Fr e q u e n c y Co n t r o l Ba s e d o n PLC i n M i ne Ve n t i l a t o r LI Xi n g ． z ha o D a t o n g C o a l C o n s t r u c t i o n a n d S u p e r v i s io n C o r p o r a t i o n L t d ． ， D a t o n g 0 3 7 0 0 3 ， C h i n a A b s t r a c t Ma j i l i a n g M i n e o f D a t o n g M i n i n g G r o u p W a S t a k e n a s e x a m p l e ， f r e q u e n c y c o n t r o l b ase d o n P L C r e a l i z e s m o t o r s p e e d o f v e n t i l a t o r r e a l ti me a d j u s t me n t ． T h e p r a c ti c al a p p h c a ti o n u s e d in mi n e v e n t i l a t o r , g as a s t h e c o n t r o l p a r am e t e r t o r e a l i z e r e a l - ti me a d j u s tme n t ， the p r a c ti c e s h o w e d tha t the s p e e d c o n t r o ll e r a c h i e v e d the e x p e c t e d e ff e c t ， a u t o m a ti c c o n tr o l 0 f a i r v o l u me a n d the e c o n o my a n d s e c u r i t y o f v e n ti l a ti o n ． Ke ywo r d s v e n t i l a t o r , P L C ； f r e q u e n c yc o n t r o l ； c o n t r o l 1 概 况 马脊梁煤矿隶属于同煤集 团 ，井 田面积 1 8 ． 1 9 k m 2 ，地质储量 2 ．5 亿 t ，可采煤层为 7 号、1 1 号和 1 4号，设计产能 1 8 0 万 t ，经过 3 次扩建，年核定 生 产能 力达 3 8 0万 t ，该矿 井相 对 瓦斯涌 出量 为 0 ． 2 2 m 3 ／ t ，绝对瓦斯涌出量 1 ． 5 4 m 3 ／ mi n ，属低瓦斯 矿井。但随着煤炭开采深度的增加，瓦斯浓度急剧 增加，瓦斯已成为该矿井安全生产的主要威胁。做 好通风工作是处理瓦斯的主要措施，但井下空气中 的瓦斯浓度是一个变化的量，随着采掘工作等因素 的影响其浓度变化很大，因此需要井下局部通风机 电机能随井下巷道内的瓦斯浓度变化而进行实时调 整 ，以此来控制井下巷道 内的风量 ，达到控制瓦斯 浓度的目的。P L C是一种新型的控制装置，在各个 行业内的电气控制中已有广泛运用，其不仅能对复 杂逻辑进行控制，还可以在各个控制中实现顺序与 定时功能。通过将 P L C和变频器结合起来进行设 计，以瓦斯浓度为控制参数来调节风机电机，实现 风量 的自动化控制 ，达到了瓦斯的 自动排放和节能 的目的。 2 P L C控制技术在矿井通风机应用 在以 P L C为基础的控制系统中，电路的开关 动作基本上都是由半导体电路实现，P L C在设计时 考虑了其各种工作环境，保证了P L C能在各种条 件下都能可靠的工作。P L C已经模块化与系列化， 产品用户在使用时可以根据自身的要求对其进行灵 活设置，硬件装置不再需要制作，使用时只需要设 计程序即可满足不同要求。P L C使用的是梯形图编 程语言 ，与传统的接触器控制电路相似 ，容易掌 握。其输入输出功能比较完善，不仅可以逻辑化控 制大量开关 ，还可以进行各个电路的运算和控制， 同时也可以很方便地与各种类型的接口连接。 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 1 7 ；责任编辑 张彤 作者简介 李星照 1 9 7 6 一 ，男 ，山西大 同人 ，助理工程 师。E ma i l z s h 0 2 0 1 1 6 3 ． c 0 Ⅲ 引用格式李星照． 基于P L C控制的变频调速在矿井通风机中的应用【 J 】 ． 煤炭与化工，2 0 1 5 ，3 8 4 1 0 9 1 1 0 ，1 1 3 1 0 9 2 0 1 5 年第4 期 煤炭与化工 第3 8 卷 变频调速技术可以根据要求来改变电源频率以 达到改变电机转速的目的。通风机是煤矿设备的必 要设备，且耗电量大，因此在矿用通风机上推广使 用变频器对于节能的意义重大翻 。将其运用到通风 机上可以实现风机无极调速，根据生产要求实时调 整风量，减少电能损耗。变频器还可以在风机启动 时限制 电流，减少峰值功率损耗 ，避免在 电机启停 时对设备的冲击，减少设备的损耗。变频器有很多 保护功能，对保证风机的安全运行意义明显。P L C 与变频器结合使用，可以实现对井下通风系统的监 控， 减少通风系统检修的工作量。 3 控制系统基本原理 控制系统的结构如图 1 所示。 图 1 控制 系统结构 P L C作为此系统的主控单元，局部通风机的电 机作为此系统的被控单元 ，电机的运行为变频运 行，控制参数为瓦斯的浓度。采用的 P L C的型号 为 F X 2 N 一 3 2 M，以 F X 2 N 一 4 A D作为 A ／ D模块 ，采 用的变频器型号为 F R A 5 4 0 。 当瓦斯浓度变化时瓦斯传感器可以将信号通过 A ／ D传递给系统 ，并且通过 P L C进行分析运算把 控制指令输送给变频器，这样就能实现电机转速的 控制，达到控制最优。此系统可以在工频和变频之 间进行切换，在电机的变频器发生故障或者需要电 机长时间工频运行时，系统可以自 动将其转换至工 频。此系统的调节方式分为手动与自动，手动方式 下可以人为控制电机的启停等，电机的可控制性得 到提高。 4 控制系统硬件电路 1 1 O 图2 控制系统硬件电路 此 P L C系统的硬件组成电路如图 2 所示 ，I ／ 0 地址表见表 1 。 表 1 I ／ O地址 此系统可以使用手动方式来调节变频器的频 率，也可通过变频器 自 带的功能来进行设置。 5 P L C程序设计 设计的 P L C程序流程如图 3 所示。 图 3 P L C 程序流程 根据相关规程规定，在瓦斯浓度超过 1 ．5 ％时 需要进行排放。所以为了节能，在瓦斯浓度小于 1 ． 5 ％时，通风机提供的风量随着瓦斯浓度的变化 而变化，调频控制程序如图4 所示。此外，由于通 风不仅要满足排放瓦斯的要求，还有除尘等要求， 所以根据需要设置电机的频率最小为 2 5 H z 。 此装置使用了变频器上 R H 、R L 和 R M组合来 控制通断，在瓦斯浓度变化时风机的转速可以转换 下转第 1 1 3页 一 频况动换 统 一 ． 一 变工 自切 系 一 一 频一 谭 二 一 一 一 儿 一0 _ l 匦 ～ 瓦 斯传感器 一 匡 陈强粗煤泥2 ／ , ／ ．址l d 机 T B S 在沙曲选煤厂的应用 2 0 1 5 年第 4 期 这时密度的设定值才应为最佳值。 4 T B S分选机 的应用效果 中煤科工集团设计定型采用的T B S 干扰床已 在沙曲选煤厂已进行运转 ， 工艺流程如图2 所示。 图2 T B S分选机工艺流程 原煤脱泥产生的煤泥水经分级旋流器分级后 ， 进 T B S 分选 ，分选后得到精煤和中煤。T B S 精煤 经浓缩旋流器浓缩，高频细筛分级、精煤离心机脱 水后掺入重介精煤，T B S中煤经浓缩旋流器浓缩 ， 高频筛脱水、中煤离心机脱水掺人重介中煤。分级 旋流器的溢流、高频细筛筛下水、高频筛筛下水等 煤泥水去浮选。实际运行检测结果见表 1 。 表 1 T B S干扰床分选机实际检测结果分析 从现场实际运行效果来看，尽管人料口灰分较 为严重，但从分选效果来看，相对比较稳定，效果 良好 。 5 结 论 1 Y B S X G R 一 3 0 0 0干扰床分选机是一 种利用上升水流在槽内产生紊流的干扰沉降分选设 备 。主要特征有 干扰床分选机可以实现 1 ． 5 ～ 0 ． 1 2 5 m m级煤泥的有效分选 ；全 自动控制 ，无需 人员操作分选密度可达到 1 4 0 0 ～1 9 0 0 k g ／ m 3 ；煤 质变化对 T B S干扰床分选机影响较小 ，E p值 ≤ 0 ． 1 2 ，人料系统简单，便于操作 ；无需重介质和化 学药剂，设备设计紧凑 ，占用空间小 ，维护简单。 2 沙曲选煤厂最终选用 T B S X G R一3 0 0 0 干扰床分选机，现场运行效果 良好，保证了 1 ～ 0 ．2 5 m m的粗煤泥得到有效分选。 参考文献 [ 1 】 王世光． 南桐选煤厂全重介选煤工艺[ J 】 ． 选煤技术，2 0 0 1 6 9 1 1 ． 【 2 ] 卫中宽． T B S引领选煤工艺的跨越式发展【 J 】 ． 洗选加工，2 0 0 7 1 2 1 0 91 1 4 ． 【 3 】 李政勇，陶有俊 ， 景雷刚，等．T B S 干扰床分选机在城郊选煤 厂的应用【 J 】 ． 煤炭科技，2 0 1 0 ，3 3 6 7 2 7 4 ． [ 4 】 张汉峰，余振华，石绍辉，等． T B S 干扰床分选机在选煤厂的 应用[ J 】 ． 山东煤炭科技，2 0 0 9 2 1 6 1 7 ． 【 5 】 李冰，郑涛，王梅． 污泥资源化利用技术研究进展【 c】 ． 2 0 1 0 中国环境科学学会学术年会论文集 第四卷 ． 北京 中国 环境出版社，2 0 1 0 3 6 2 4 3 6 2 6 ． 【 6 】刘红梅，熊文美． 城市污水处理厂污泥资源化利用途径探讨【 J 】 ． 环境保护科学，2 0 0 7 ，3 3 4 8 1 8 3 ． 上接第 1 1 0页 进行调节 ，此程序设计了5 个级别的电机转速，其 具体设计值见表 2 。 表 2 电机转速设计 档级 瓦斯浓度 ， ％频率 R RM M 、 RHR H ．RL通 RL 断 转换电压 厂 v 6 结 语 根据马脊梁煤矿井下局部通风的需要，设计了 P L C控制 的变频调速的局部通风机 ，此装置实现了 瓦斯排放，保证了矿井通风的安全性，同时由于变 频控制系统的存在，节约了大量电能。此设计方法 对于类似条件下的变频调速有很大的借鉴意义 ，经 济和社会意义巨大，具有一定推广价值。 1 1 3