基于PLC控制的变频调速在矿井通风机中的应用(2).pdf

总第 1 4 4期 2 0 1 5年第 2期 应用 技术 机械管理开发 M ECHANI CAL M ANAGEM ENT AND DE VEL0PM ENT To t a l o f 1 4 4 NO ． 2 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 申玉川 阳煤 三矿 生产技 术 总部 ， 山西阳泉0 4 5 0 0 8 摘 要 主要 以 阳煤三矿 为 试验 背景 ，通过 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 作为 主要控 制参 数 实现 变频 调 速 ，达 到 通 风机 电机 转 速 能 随要 求 实 时调 整 的状 态 ，实 现 通风 的经 济性和 安全 性 。 关 键词 通风机 ； P L C；变频调 速 中图分 类号 i T D 4 4 1 文 献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 5 0 2 - 0 0 5 2 ． 0 2 DoI 1 0 。 1 6 5 2 5 ／ i ． c n k i ． c n l 4 ． 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 01 8 引 言 阳煤三矿隶属于阳煤集团， 井田面积 3 9 ． 9 4 k m2 ， 矿 井 地 质 储 量 为 4 0 6 2 ． 0 3 Mt ， 可 采 储 量 为 3 5 3 3 ． 9 7 Mt ， 矿井 设计 生 产 能力 为 3 3 0 Mt ／ a ， 本 矿井属 于 高 沼 气 瓦 斯 矿 井 ， 相 对 瓦 斯 涌 出 量 为 8 ． 9 6 m。 ／ t 。瓦斯 已成 为威胁到矿井安全生产的主 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 ， 随着 采掘工作等 因素 的影 响其浓 度变 化很 大 ， 因 此为 实现井 下局部通风机 电机能随井下巷道 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 且在 各个 行业 内的电气 控制 中运用 广泛 ， 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 ， 实 现 了瓦 斯 的 自动排放 ， 节能效果 显著[ 1 ] 。 1 P L C控制技术在矿井通风机的应用 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 P L C在各种条件下都能 收稿 日期 2 0 1 4 - 1 1 - 0 3 作者 简 介 申 玉川 1 9 7 9 一 男 ，河 南安 阳人 ， 电 子助 理 工程 师 ，现 就 职 于 三矿 生产 技 术 总 部 ，研 究 方 向 自动 化 。 可靠地工作 。目前 ， P L C已经模 块化 与系列 化 ， 用 户可根据 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 。在输入输 出方面 ， 可 以 更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 于 节能的意义巨大[ 3 ] 。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 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 了通风系统检修 的工作量 。 2 控 制 系统 基本 原 理 P L C作 为 此系统 的 主控单元 ， 局 部通 风机 的 电机作为被控单元 ， 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 X2 N一 3 2 M， 以 F X 2 N 一 4 AD 作 为 A／ D模 块 ， 采 用 的变频器型号为 F R A5 4 0 。 2 0 1 5年 第 2期 申玉川 基 于 P L C控制 的变频调速在矿井通风机 中的应用 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 ， 并通过 P L C进行分 析运算 把控制指令输送 给变频 器 ， 实现 电机 转速 的控制 ， 达到控制 的最优 化 。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 5 3 至工频 ， 此 系统 的调节方 式有手动 与 自动 两种 ， 手 动方式下 可 以人为 控制 电机 的启停 等 功能 ， 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 的电路见 图 1 ， I ／ O地 址表见表 1 。 表 1 i ／ o地 址表 图 1 控 制 系统硬 件 电路 器件代号 地址编号 功能说明 S A P L C运行控 制 S B 1 X0 电机启动 输 S B 2 X1 电机停止 入 S B 3 X2 变频器复位 信 口 S B 4 X3 变频器接通电源 5 S W1 X4 ． X5 变频 ／ 工频转换 S W2 X6 ， X7 手动 ／ 自动运行 X1 0 变频器的故障输入 KM1 Y1 0 接通变频器电源 KM2 Yl l 接通电机电源 输 KM3 Y1 2 工频运行 出 HL 1 Y1 5 变频器故障报警 信 HL 2 Y1 6 瓦斯超限报警 口 5 B E L L Y1 7 声音报警 Y0 复位 Y1 控制 R L Y2 控制 R M Y3 运行 此 系统 可以使用手 动方式来 调节变频器 的频 率 ， 也 可 以通过变频器 自带 的功能来进行设 置 。 4 P L C 程序 设 计 根 据相 关 规 定 ， 在 瓦 斯 体 积 分 数 ≥ 1 ． 5 时 需要排 放 瓦斯 。所 以为 了节 能 ， 在 瓦斯 体 积分 数 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 。本系统 可 以满 足此要 求 。 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 Hz 。 此装置使用 了变 频器 上 RH、 R L和 RM 组合 来控制通 风机 电流 的通 断 ， 在 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 RM、 RH、 RL通断 转换 电 档级 CH4 ／ 频率 R M RH RL 压 ／ 、 ， 1 0 ． 5 0 2 5 通 l _ 8 2 O ． 7 5 3 0 通 2 ． 9 3 1 ． O 0 3 5 通 3 ． 5 4 1 ． 2 5 4 3 通 通 4 ． 7 5 1 ． 5 O 5 2 通 通 5 ． 5 5 结 语 根据 阳煤 三 矿井 下 局部 的通 风需 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 了矿井 通 风 的安 全 性 ， 还可 以实现 了用 电的经 济型 ， 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 。 下转 第 5 6页 5 6 机械管理开发 j x g l k f b 1 2 6 ． t o m 驱动执行 抓捕 的机 构完 成抓 捕 动作 ， 抓 捕楔 块通 过强大 的摩擦制动迫使输送带停止下滑 。 经过现场 实验可知该 型断带保 护装 置在执行 抓捕动作 的时候能够在 0 ． 9 s以内完成对 断带的抓 捕 ， 按照贺西矿 主运皮带最大允许 运行速度 4 m／ s 计算从断带 开始到抓捕 结束输送 带的滑 动距离不 超过 3 ． 6 m， 抓捕时的抓捕力能够达到 4 0 0 k N。 4 结 语 通 过 对 该 型 全 断面 液 压 断带 保 护 装 置 的研 究 ， 在总结实践经 验的基础 上 ， 研究 分析 了上运输 送带及 下运输送带 断带发生 的原 因及 断带后胶带 的运行特征 。通过编码器 及信号采集 传感器 的结 合应用 提 出了双编码器 结合 的全新 的断带检测方 案 ， 很 好地解决 了下运带 式输 送 机 和上运 带式 输 送机断带 检测 这一 难点 ， 提 高 了断带 检测 的准确 性 ， 防止 了断带保 护装置 的误 动作 ， 实现 了输 送带 的全程 断带检 测 ， 保证 了煤 矿 的安 全 生产 。通过 第 3 0卷 模 拟实验与该断带保 护装置在余吾煤业 的应用来 看 ， 该 型断带保护装置能够满足安全生产的需求 。 E l i E 2 - 1 [ 3 ] E 4 ] E s ] E 6 ] E 7 - 1 参考文献 张旭辉． 一种新型电液控制型断带抓捕器的研制 [ J ] ． 机 床与液压 ， 2 0 1 2 1 6 卜3 ． 陈旭 昌． 带式 输送 机断 带分 析及 抓捕 器 的试 验 与应 用 [ J ] ． 煤矿 机械 ， 2 0 0 7 1 0 1 8 0 1 8 1 ． 田爱 萍， 罗建 中． 全 断面断带抓 捕装置设 计研 究E J I ． 煤 矿 机 械 ， 2 0 1 2 1 1 4 - 6 ． 张唏 ， 齐悦 ， 贾强． 双侧旋转式输送带断带捕捉装置[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 9 6 8 4 5 8 4 8 ． 杜 建伟 ， 李 军 霞． 楔形 断 带抓 捕 装 置仿 真 及试 验 研究 I- J ] ． 矿 山机械 ， 2 0 1 4 2 6 5 6 8 ． 罗建 中， 陈辉． 带 式输 送 机全 断面 断带 捕 捉器 的研究 E J ] ． 矿 山机械 ， 2 0 1 0 1 3 6 4 6 7 ． 杨起 ， 王忠平． 带式输送 机断带保 护技术 与应 用[ J ] ． 煤 矿机械 ， 2 0 1 0 4 1 6 6 1 6 8 ． 编辑 贾娟 Re s e a r c h a n d Appl i c a t i o n o f Be l t Co n v e y o r Br o ke n b e l t Pr o t e c t i o n De v i c e Li Pe n g f e i Yu wu M i n i n g Co mp a n y o f L u’ a n Gr o u p，Ch a n g z h i S h a n x i 0 4 6 0 0 0 [ Ab s t r a c t ] T h i s p a p e r ma i n l y a n a l y z e s t h e a p p l i c a t i o n a n d p r e s e n t s i t u a t i o n o f b e l t c o n v e y o r wi t h b r o k e n b e l t p r o t e c t o r ， i n t r o d u c i n g a n e w k i n d o f h y d r a u l i c p r o t e c t o r o f t h e wh o l e b r o k e n b e l t ． I t n o t o n l y o v e r c o me s t h e d r a wb a c k o f e x i s t i n g b r o k e n b e l t p r o t e c t i on de v i c e but a l s o ha s a dv a nt a g e s of gr e a t c a pt ur e d s t r en gt h、 f l e xi b l e mot i o n、 hi gh r e l i a bi l i t y a n d ma i n t a i n ab i l i t y ． Thr ou gh t he a p p l i c a t i o n r e s e a r c h o f t h e b r o k e n p r o t e c t i o n d e v i c e ，p r o v i d i n g a r e l i a b l e g u a r a n t e e f o r s a f e p r o d u c t i o n o f c o a l m i n e h a s g r e a t e c o n o mi c a n d s o c i a l b e n e f i t s ． [ K e y wo r d s ] b e l t c o n v e y o r ； b r o k e n - b e l t p r o t e c t i o n d e v i c e ； b r o k e n t a p e d e t e c t i o n ；c a p t u r e c a p a c i t y 上 接 第 5 3页 参考 文 献 E l i 徐益民 ， 林海鹏 ， 赵汉青．P L C在矿井 局部 通风机 变频 调速系统中的应用I- J 3 ． 煤矿机械 ， 2 0 0 4 1 2 1 3 1 1 3 2 ． [ 2 3 石秋洁． 变频器应 用基础E M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 03． [ 3 ] 商坤 ， 王建 军． 变 频 调 速在 煤 矿 矿井 通 风 机 上 的应 用 [ J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 0 6 7 1 8 2 0 ． 编辑 赵琳琳 Th e Ap pl i c a t i o n o f VVVF Ba s e d o n PLC i n M i ne Ve n t i l a t i o n S he n Yu c hu a n No ．3 Co a l M i ne Pr odu c t i on Te c hn ol ogy De pa r t me nt o f Ya n gq ua n Coa l M i n e Gr ou p，Ya n gq ua n Sh a nxi 0 45 00 8 [ A b s t r a c t ] B a s e d o n No ． 3 C o a l Mi n e o f Y a n g q u a n C o a l Mi n e Gr o u p ， t h r o u g h t h e d e s i g n i n g t h e V VVF o f P L C a n d a p p l y i n g i t t O t h e mi n e v e n t i l a t i o n ，t a k i n g g a s a s t h e ma i n c o n t r o l p a r a me t e r s t o r e a l i z e f r e q u e n c y c o n t r o l o f mo t o r s p e e d，i t a c h i e v e s t h a t t h e r e q u i r e d r e a l t i me f a n mo t o r s p e e d c a n b e a d j u s t s t a t e a n d r e a l i z e s t h e e c o n o my a n d s a f e t y o f v e n t i l a t i o n ． [ K e y w0 r d s ] v e n t i l a t i o n ； P L C；V VVF