基于PLC控制的变频调速在矿井通风机中的应用(1).pdf

总 5 5 7期第 3期 2 0 1 5 年 2 月 河南科技 J o u r n a l o f He n a n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Vo 1 ． 5 5 7 ． No ． 3 Fe b， 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 宁 天津科技大学电子信息与 自动化学院， 天津3 0 0 2 2 2 摘要 本文以义煤集 团耿村 煤矿 为试验 背景 ， 设计 P L C控 制的 变频调速 器， 并将其 运用到矿井通风机 中， 以 瓦斯为控制参数实现变频调速， 通风机的电机转速能随要求实时调整， 从而达到对通风的经济性和安全性要 求。 关键 词 通风机 ； P L C； 变频调速 ； 控制 中图分 类号 T M9 2 1 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 3 5 1 6 8 2 0 1 5 0 3 0 0 3 3 0 3 Ap p l i c a t i o n o f F r e q u e n c y Co n v e r s i o n S p e e d Ad j u s t me n t Ba s e d o n P L C C o n t r o l i n M i ne Ve n t i l a t i o n M a c hi ne Li Ni n g S c h o o l o f E l e c t r o n i c I n f o r m a t i o n a n d A u t o ma t i o n T i a n j i n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y ， T i a n j i n 3 0 0 2 2 2 Abs t r a c t T h i s p a p e r t o o k t h e Ge n g v i l l e g e c o a l mi n e o f Yi c o a l g r o u p a s t h e t e s t i n g b a c k g r o u n d，d e s i g n e d fre q u e n c y c o n v e r s i o n s p e e d g o v e rno r c o n t r o l l e d b y PL C， a n d a p p l i e d i t t o t h e mi n e v e n t i l a t o r ， t o o k g a s a s a c o n t r o l p a r a me t e r t o r e a l i z e t h e v a r i a b l e fr e q u e n c y s p e e d c o n t r o l ， v e n t i l a t o r m o t o r s p e e d c a n a d j u s t w i t h t h e r e q u i r e m e n t s o f r e a l t i m e ， S O a s t o a c h i e v e t h e e c o n o my a n d s a f e t y r e q u i r e me n t s t o t h e v e n t i l a t i o n ． Ke y w o r d s v e n t i l a t o r ； P L C ； f r e q u e n c y c o n v e r s i o n s p e e d a d j u s t m e n t ； c o n t r o l 耿村煤 矿隶 属义煤集 团 ， 井 田面积 8 3 k m ， 地质储 量 1 0 亿吨，年产量已超过 4 0 0万吨。本矿井属于高瓦斯矿 井 ． 瓦斯 涌出量为 1 6 ． 8 8 m 3 ／ t ， 瓦斯 已成为威 胁本矿井 安全 生产的主要因素。 做好通风工作是处理瓦斯的主要措施， 然而井下空 气 中的瓦斯浓度 是一个变化 的量 ，受 到采掘 工作等因素的影响 ， 浓度变化很大。因此力求使井下局部 通风机 电机 随井下巷道 内的瓦斯浓度 实时调整 ．以此来 控制井下巷道内的风量 。 从而达到控制瓦斯浓度的目的。 P L C是一种新型的控制装置 ，并且已经相当广泛地应用 于各个行业 的电气控制 中 。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『 l - 2 1 。 本文将 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 ． 这样不 仅实 现了瓦斯的 自动排放 ， 还能节能 。 1 P L C控 制技 术在 矿井通风机 中的应用 在以 P L C为基础的控制系统 中，电路 的开关动作 基 本上 由半导体电路实现 ，在 P L C设计时考虑其各种工作 环境 ， 保 证 P L C能在各种条件下 可靠地工作 。 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 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 ， 还可以对各个电路 进行运算 和控制 。 在输入输 出方面 ， 其可 以很方便地与各 种类型的接 口连接 。 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 电量在所有 的矿用 电气设备 中最大 。因此在矿 用通 风机上推广使用变频器 对节能有重 大意义 。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 产生 冲击， 减少设备的损耗。变频器有很多的保护功能， 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 收稿 日期 2 0 1 5 1 5 作者简介 李宁 1 9 7 3 一 ， 女， 硕士， 讲师， 研究方向 电力电子方面的研究。 3 4 基于 P L C控制的变频调速在矿井通风机中的应用 第 3 期 作量 。 2 控制 系统基本原理 系统 的结构如 图 1 所 示。 h C 3 8 0 V 图 1系 统 结构 图 P L C为此系统的主控单元 ，局部通风机的电机为此 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为 A ／ D模块 ， 采用 的变频器的型号为 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 ， 这样就能实现对 电机转 速 的控制 ， 从 而 实现控制的最优化。 此系统可以在工频和变频之间切换， 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。此系统的调节方式一 共有手动 与 自动两 种调节方式 ．手动方 式下可 以人 为地 控制电机的启停等功能， 从而提高电机的可控制性。 3 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地址见 表 1 表 1 I／ O地址表 器件代号 地址编号 功能说明 S A P L C控制运行 S B 1 X 0 启 动电机 S B 2 X1 停 止电机 输人信号 S B 3 X 2 复位变频器 S B 4 X 3 接通变频器 电源 S W1 X 4， X5 变频与工频转换 S W2 X 6， X 7 运行 Xl O 变频器 的故 障输人 K M1 Y1 O 变频器接通电源 K M2 Y1 1 电机电源接通 KM3 Y1 2 运行工频 HL l Y1 5 变频器故障报警 输出信号 HL 2 Y1 6 瓦斯超限报警 B E L L Y1 7 声音报警 Y O 复位 Y1 R L控制 Y 2 R M控制 Y 3 运行 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。 4 P L C程序设计 本次设计的P L C程序流程见图 3 。 根据 相关 规程规定 ， 瓦斯 浓度超过 1 ． 5 ％时需 要排放 瓦斯 ， 为 了节能 ， 在 瓦斯浓 度小于 1 5 ％时 ， 通风机 提供 的 风量应该随着瓦斯浓度 的变化 而变化 。本次设计 的系统 可以满足此要求 。 调频控制程序见图 4 。 此 外 ， 由于通风不仅要满足排放瓦斯的要求 ， 还 有除 图 2 控制系统硬 件电路 第 3期 基于 P L C控制的变频调速在矿井通风机中的应用 3 5 尘等要求 ， 所 以根据需要设置 电机 的频率最小 为 2 5 H z 。 图 3 P L C程序流程图 一 一 F R c 捌K O K 3 O 1 0 K 1 l I Vl - q C N P K 2 0 1 0 l U 0 l V O -- q T O P l K O K O IH 3 3 0 0 f K 1 _ 一 F R O M I K O K 2 9 垂4 酝 1 O K l ． 1 J 烈 M2 9 F R O M l K O K l O I 2 K 1 MOL l U 卜 _ 1 K O K 3 4 0 D 2 M 4 0 _ _ j 1 K 3 4 0 K s o c D 2 函 l5 O _ _ 1 F zM cC 1 I{ 5 0 0 K 6 o o D 2 黼 O r 1 K 6 6 0 K 8 4 0 D 2 m O M zc C P1 l K 8 4 o l 叫 I 2 重 B O ∞ I K I O O 0 I I2 I M41 l l M5 0 l I⋯ M S 1 M g O l ～ M 5 1 M 6 0 ⋯ h i 7 1 M 8 0 I ⋯ M 3 1 M 7 0 ⋯ M 7 1 M 8 0 l ⋯ M 8 1 M g O } 图 4调频控制程序 此装置 使用 变频器 上 R H、 R L和 R M组 合来 控制 通 断 ， 当瓦斯浓度 变化 时 ， 风机 的转 速可 以转换进 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电机转速设计表 R M、 RH、 R L通断 转换 电 档级 C I L浓度／ ％ 频率 RM RH RL 压 ， V 1 O ． 5 2 5 通 1 ． 8 2 0 ． 7 5 3 0 通 2 ． 9 3 1 ． O 3 5 通 3 ． 5 4 1 ． 2 5 4 3 通 通 4 ． 7 5 1 ． 5 5 2 通 通 5 ． 5 5 结语 根据耿 村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 置不 仅可 以及 时实现 瓦斯排放， 保证矿井通风的安全性 ， 并且还可以实现用电 的经济性。此设计方法对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。 参考文献 [ 1 ]陈延奎． 浅谈 P L C控制系统的设计方法[ J ] ． 中国科技 信息 ， 2 0 0 9 2 0 1 1 6 1 1 8 ． [ 2 ]胡涛 ， 苏建 良， 石 剑锋． P L C技术 与应用及其发展 分析 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 5 1 2 1 3 5 1 3 7 ．