利用PLC实现通风机的自动控制.pdf

第 2 3卷 第 9期 2 0 0 4年 9月 煤炭技 术 C o a l Te c h n o l o a v V0 1 ． 2 3． No ． 9 S e p。 2 0 0 4 利用 P L C实现通风机的 自动控制 卞清伟 ，王崇景 ，卢卫 东 山东里能新河矿业有限公 司，山东 济宁 2 7 2 4 0 0 摘要 利用 P L C采集风机运行参数 ， 故障状态下 ， 自动切换风门 ， 倒换并起动备用风机 ， 同时根据设定风压参数 自 动 调整 风机 运 行频 率 。 关 键词 P L C；主 通风 机 ； 自动控 制 中 图分 类 号 T D 7 2 文献 标识 码 B 文章 编 号 1 0 0 88 7 2 5 2 0 0 4 0 9 0 0 1 7 0 2 0 概述 级足以满足控制系统要求。 随着 可 编程 控制 器 P L C 控 制 技 术 的 不 断 发展 ， 现 已普 遍应 用 于各 行 业 的 自动 化 控 制 领 域 ， 煤 炭 行 业 也不 例 外 ， 但 目前煤矿主通风机控制系统仍多采用继 电器控制 ， 风门切换 和风机 的开停依旧需要人工完成 ， 还做不到根据故障状况 自 动开停风机 ， 这将有 碍于主通风机房管理水平 的提高 ， 延长 故 障切 换 风机 时 间 ， 影 响矿 井 的安 全 生产 。新河 煤 矿 主通 风 机 于 2 0 0 2年 5月 投人 运 行 ， 主 通风 机房 安装 了 2台 B K D 6 2 2 3型对旋式通风机 ， 1台工作 ， 1台备用 ， 配套 4台 9 0 k W 电 机 ， 风 机 采 用变 频 调速 。 系统通过检测安装在通风机 上的轴承测温传感器和定 子测温传感器对风机 故障进行监测 ， 风 门采用螺杆传动 ， 实 现风 门的自动切换 ， 缩短 了风 门切换时间 ， 该系统具有 运行 可靠 ， 操作方便 ， 自动化程度高等特点 ， 并可缩短故障处理时 间 。 1 系统 组 成 新 河煤 矿 主通 风机 主接 线 系统 图 如 图 1 所 示 ， 在 图 中 注明的 x， Y为 P L C输入 、 输 出点 的编号 ， 整个 自动控制系统 由螺 杆传 动 风 门 如 图 2所 示 ， P L C控 制 主机 包 括 4 A D模 数转换模块和 2 D A数模转换模块 、 变频器 、 报警和通讯接 口 四部 分组 成 。 瑚 l 0 i hl O X3 2 ． Y1 2 DZ I K M 9 KA 9 【 3 1 ， 丫1 3 ／J 』K M I t A B C 川 器 L 胛 A B C 川 K M6 K A6 ．Y 6 D Z 2 l K M8 K A 8 X 3 0, Y 1 0 K M 2 J j 』 K M 4 风门电机 2 1 级 1 1 级 1 2 级 2 2 级 图 1 通风 机 控制 主接 线 系统 图 1 ． 1 数 据采 集 与状 态 检测 通风机的数据采集 主要是对轴承温度 、 定子温度以及负 压等参数进行采集 。数据采集 主要 由 P L C实现 ， P L C模拟量 输入模块通过安装在主通风机上的温度传感器 ， 对轴承温度 和定子温度进行连续监测 ， 在 P L C中通过设定不同的数字量 范围来确定风机的动 作及切 换。对于负压参 数的采集 主要 用于与设定的负压值进行 比较 ， 调整风机的运行频率， 使风 机运行在指定 的工况点 ， 实现通风机的闭环控制 ， 在数据采 集过程中， 模拟信号的处理是将模拟信号变成数据信号 A ／ D 转换 。A ／ D变换精度取决于 A ／ D变换器 的位数。如 5 V电 压要求以 5 m V精度变换时， 精度为 5 m V ／ 5 V0． 1 ％， 本系统 所采用 A ／ D转换模块其精度在 0 ． 0 5 ％以上 ， 该精度等 L | l ／ r ／／／ ～ ， ， 一 图 2 自动 控制 风 门结构 简 图 1 ．风门 电机2 ． 导 向圆钢3 ．导 向槽钢4 ．风 门 5 ． 丝 杆 滑套 6 ． 传动丝 杆 1 ． 2自动 控 制 控制系统选用 日本三菱公司生产的 F x 2 N型 P L C为控制 主机 ， 该 机 由主 模块 、 4 A D转换 模 块 、 2 D A转 换 模 块 、 电源 、 通 讯等模块构成。P L C自动 调整风机 运转频率 ， 调节风压、 风 量 ， 当单 台风机运转不能满足要求时 ， 自动开启二级风机 ， 并 自动调整两级风机频率 ， 在传感器传给主机的参数被判断为 故障时， 自动停机， 同时倒换风门， 开启备用风机。 1 ． 3故障 状态 监视 故障状态有两种显示方式 ， 一种是 安装在通风机控制柜 上的光 电显 示牌 ， 同时 可 以 通 过 通讯 模 块 与工 控 机联 接 ， 对 风级的转速 、 轴承温度 、 定子温度、 风 门位置 ， 变频器频率等 实现在线监视。在故 障状态时 自动 记录故障类 型、 发生 时 间 、 风机 切换 时 间。 1 ． 4通 讯接 口 P L C通 过通 讯 接 口和 通 讯 协 议 与工 控 机 进 行 通 讯 ， P L C 同时将风机 的运行状态和参数传送到生产调度监控系统网 ， 各 生产 科室 和矿 领 导通 过终 端机 可 以随 时监视 风 机 状态 。 1 ． 5 部 分程 序 介绍 LD OR AND MPS LD 0R ANB ANI AN1 0U T MRD ANI OUT MRD AND 收稿 日期 2 0 0 40 60 9 修订 日期 2 0 0 40 70 4 作者简介 卞清伟 1 9 7 8一 ， 男 ， 江苏沛县人 ， 助工 ， 现在山东里能新河矿业有限公司从事技术工作。 气 ～ ● ‘一 Ⅺ 一 维普资讯 第 2 3卷第 9期 2 0 0 4年 9月 煤炭技 术 Co a l Te c hn o l o Vo 1 ． 2 3． No． 9 S e p， 2 0 0 4 使 用可编 程控制器 改造提升机 电 崔 东彬 控 系 山西 潞安 环保 能源 开 发股份 有 限公 司 王庄 煤 矿 ，山西 长治 0 4 6 0 3 1 统 摘要 使用可编程控制器来改造现有提升机 电控系统 ， 已在许多矿井使用 ， 但 与国外相 比较还有相 当差距 ， 特别 是象磁放大器等一些基本电器仍要使用， 这些电器完全可以在原有可编程控制器基础上附加特殊控制单元来代替 其功能， 达到 国外先进国家的水平。就这方面的问题提出 自己的见解。 关键词 提升机 ；可编程控制器 ；改进 中闰分 类 号 T D 5 3 4 文 献标 识码 A 文章 编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 4 0 90 0 1 80 2 1 问题 提 出 使用可编程控制器来改造现有提升机 的电控系统 ， 现已 被广泛应用。由于当今在国内外可编程控制器设计中， 全面 引入计算机技术， 使其适应各种恶劣 的运行环境， 具有 更高 的可靠性 ， 更强的抗干扰能力， 以及与用户连接的适应性 ， 特 别是把控制 的安全性放在首位。以下 以三菱 F X Z型可编程 控制器为例 ， 着重说明 T K D系列 电控 、 动力制动控制的 J K型 提升机的磁放大器 和深度指示器 用可编程控制器替代 的原 理 和使 用方 法 。 2 原理和使用方法 2 ． 1 替 代 磁放 大 器 2 ． 1 ． 1 磁 放 大 器 的作 用和 功能 磁放大器在提升机控制中是一个十分重要 的电器， 在提 升 机 可调 闸 和制 动 电源 中是 必 不 可 少 的 。它 的功 能 是 可 以 用较小的直 流 电， 线性地 控制较大交 流电流。其 主要 缺点 是 响应 慢 ， 反应 惯性 较 大 。 2 ． I ． 2可 编程 控制 器代 替磁 放 大 器的原 理 可编程控制器能把几个输入电流 或电压 模拟量， 通过 模拟量模块处理后 ， 转换成数字量 ， 根据需要 ， 可编程控制器 可以将这些数字量当作操作数 ， 进行数据处理后 ， 再把这些 处理好的数字量转换成模拟量输出 ， 数字量与模拟量之 间的 转换和模拟量的输 出大小可以通过 内部程序来调整。它的 优点是 输 出线性好 ， 分辨率高 ， 反应快 。 2 ． 1 ． 3 实现 方法 以 F X 2系列 可 编 程 控 制器 P L C 的模 拟 量 输入 单 元 F x 一 4 A D和模拟量输 出单 元 F X一2 D A为例， 说 明替代 T K D系 列磁 放 大器 的方 法 。 如 果按 T K D 电控 系统 ， 需 要 4个 通 道 模 拟 量输 入 ， 分 别 是 手动 可调 闸 自整 角机输 入 简称 S R I 。速度给定 输入 s R 2 、 测速反馈输入 S R 3 和脚踏动力制动输入 s R 4 。输 出也需要 4个通道 ， 它们分别是 K D线圈输出 简称 S C I 、 减 速段过速保护 G S J 1 输出 S C 2 、 测速断线保护输 出 S C 3 和 动力制动 电源绕组输 出 S C A 。那么 ， 只需要 一块 F X一4 A D 和两块 F X一2 D A与提升机 的 F X Z系列 可编程控 制器 相连 接 ， 就可代替 T K D系列电控中所有磁放大器。 模拟量输入必须经过 电路调整 ， 使其 符合输入要求后 ， 才能接入模拟量输入单元 ， 根据需要经过可编程控制器的内 部程序综合后 ， 通过两块模拟量输 出单元输出 ， 模拟量输出 同样需要经过放大器后 ， 才 能控制提升机 电控系统 ， 实现提 升 机 的正常运 转 。 2 ． 2 用 点定 位 脉 冲输 出单 元 驱 动 伺 服 电 机 ． 带动 深 度 指 示 器 ． 提高提 升 机深度 指 示的 精度 2 ． 2 ． 1 深度 指 示 嚣的作 用 深 度指 示器 的 主要 作 用除 了 为提 升 机指 示 高 度 ， 它 的上 边还安装有减速开关 、 给卷开关 、 减速段限速保护装置， 它是 提升机的重要组成部分， 它分牌坊式和 圆盘式 ， 但不论牌坊 式和圆盘式 ， 其传动机构均复杂 ， 空动时间长， 指示不精确。 2 ． 2 、 2利 用控 制模 块 F 2 3 0 G M控 制深 度指 示 器 用 砣一3 0 G M和 一4 0 M与可编程控 制器配合使用 ， 可 对提升机深度指示器两轴进行定位控制 。它的最大特点是 ①可驱动伺服电机进行闭环控制 ， 使提升机 的深度指示器更 精确； ②除了定位控制外， 还有 7个通用输入 ， 7个通用输 出， 可以用于提升机 的减速信号、 过卷信号 以及停车信号等 ； ③ 有 2 4个初始化参数可 由用 户定 ， 比如机 械系统单位 毫 米、 角度等 ， 电机 系统单位 脉冲数 ， 选择脉 冲频率 转～周 的 脉冲数 ， 进给率 转一转的进给量 等。还有最大速度、 最小 速度、 爬行速度 、 回零速度 ， 选择原始地址 ， 齿轮补偿量 ， 脉冲 输出方式 ， 正逻辑还是负逻辑等各种不同的运行条件和使用 方法 ， 完全可以满足高精度深度指示器的使用。 2． 2． 3使 用 为使编程控制器与 F 2 --3 0 G M点位控制脉冲输出单元以 及 F 24 0 M相配合使用 ， 对提升机深度指示器两轴进行定位 0UT MRD AND 0I J T MRD LD 0R ANB ANI ANl 0UT OUT MRD AND 0【 J T Y0 ， 口 Y6 Xl 0 Xl l X3 M5 l 6 Y6 TJ 5 K7 T1 5 Tl 5 MP P AND 0UT Y0 Y5 2 系统功能及特 点 I P L C控制系统采用梯形 图编程 ， 该程序结构清晰 、 简 单 ， 便 于调 试 。 2 系统根据风 机状态和负压 ， 自动调整风机频率和切 换 风机 。 3 通过工控机在线监视风压、 轴承温度 、 定子温度等参 数 ， 超 限报警 ， 故 障画面 自动弹出， 具有故障记录， 历史数据 查 询功 能 。 4 系统控制具有 自动和手动两种工作方式 ， 自动 时， 由 P L C 检测轴承温度、 风压等信号 ， 自动完成风机运行， 不需人工 参与， 手动工作时， 由工作人员手动操作控制风 门， 调换风机 ， 此时可不通过 P L C进行控制， 可以在 P L C故障时操作风机。 收稿 日期 2 0 0 40 60 7 修订 日期 2 0 0 40 70 4 作者简介 崔东彬 1 9 6 5一 ， 男 ， 工程师 ， 毕业于山西矿业学院， 现从事煤炭生产技术工作。 维普资讯