基于PLC的变频器调速系统设计.pdf

总第 1 4 8期 2 0 1 5年第 6期 设 计试 验 机械管理开发 M ECHANI CAL MANAGEM ENT AND DEVELOPM ENT 基于 P L C的变频器调速系统设计 T o t a l o f 1 4 8 No ． 6 2 0 1 5 范春 明 山西焦煤 西 山煤 电晋 兴 能 源有 限公 司斜 沟煤矿 ，山西 吕梁0 3 3 6 0 2 摘 要 从 一定 的 角度 分析 了风 机 变频调 速 的 作 用 ，并 对基 于 P L C的 变频 器调 速 系统 设 计 的相 关方 面展 开探 讨 ，更 有效 地 节约能 源 资源 ，规避传 统 风机存 在 的各种 问题 。 关 键词 PLC；变频 器 ；通 风 系统 ；调 速 系统 ；设计 中图分 类号 T P 2 7 3 文 献标 识码 A 文章 编号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 5 0 6 ． 0 0 0 9 ． 0 2 D O I 1 0 ． 1 6 5 2 5 ／ i ． c n k i ． c a 1 4 ． 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 0 3 引 言 在微机控制技术不断发展 的新形 势下 ， P L C迎 来 了巨大的发展机遇 。在交 流调 速系统 中， 以数字 控制 的方式逐渐取代 了模 拟控制 ， 大大地提高 了信 息处理效率 ， 有效地节约了时间和资源 ， 不仅能够通 过微机控制器有效 地解决 在复杂控制 方面存 在 的 一 系列问题 ， 还可以切实丰富交流调速系统 的功能 ， 赋予 了交流调速系统较强 的可操作 性以及可靠性 ， 对于装置以及设 置具有重要 的作用 。因此 ， 对基 于 P L C的变频 器调速 系统设计 进行研究在交 流调速 系统的深入发展和广泛应用中意义重大 。 1 风 机 变 频 调 速 的 作 用 变频调速技术有机 的结合 了其他技术 和设 备 的优点 ， 在调速系统 中具 有无可 比拟 的竞争 优势 ， 同其他调 速方式相 比， 变 频器不仅 体积相对 较小 ， 具有较高 的精 度 和较 轻 的质量 ， 还 采用 了一 系列 的先进工 艺 ， 具有 多样 的应 用 功 能 ， 另外 ， 变频 器 操作简单 易行 ， 具有较 高的可行性 ， 在一定 意 义上 为其广泛应用 奠定 了坚实 的基础 。所 以， 近年来 ， 变频器在 工业领 域 中得 到了广泛 的应用 。除 此 以 外 ， 变频器具有较低 的成 本 ， 在 调速系统 中的应 用 也将产生更加积极 的意义 。变频器调速 系统应 用 收 稿 日期 2 0 1 5 0 5 1 6 作者简 介 范春 明 1 9 8 6 一 ，男 ，山 西运城 人 ，本 科 ，电 气助 理 工 程 师 ，现 任 机 电一 队技 术 副 队 长 ， 研 究方 向 电气 工程与 自动化 。 一 方面能够 通过 降低 能 源消耗 ， 有效 的节 约 机械 设备的运行 成本 ， 另 一方 面也 能 创造 更好 的节能 效果 。具体而 言 ， 风机 变频 调 速具 有 以下 突 出作 用 首先 ， 变频 调速 能够 促进 冲击 电流 的减 小 ， 进 而有效的防止电机启停 时 由电流 冲击造成 的一 系 列不 良影 响。其 次 ， 变 频调 速 输入 端 子有 正 负之 分 ， 大大 的减少 了由交替切换造 成 的故 障 问题 ， 减 轻了相关工 作人 员 的工作 负 担 。第 三 ， 风 机 以及 电机等设 备 采用 变频 调节 时 ， 可 以根 据负 荷率 的 实际情况及 时灵 活 的调整 自身 的转速 ， 大 大 的减 少了相关设备 的磨损 ， 延 长 了维 护周期 和 设备 的 使用年限 ， 有 利 于保 障生 产 的持 续 、 正 常运 行 ， 节 约了维护 、 检修 的费用[ 1 ] 。 2 基于 P L C的变频器调速 系统总体设计 2 ． 1 系 统技 术 要 求 首先 ， 基于 P LC的变频 器节 能 自动 通风 系统 中， 通风 机 能够 开 展 软 启 动 ， 灵 活地 切 换 运 行 方 式 ， 通风机 的运 行状 态可 以在 工 频 以及变 频 之 间 进行调整 。其次 ， 运行 状态 为 变频 的通风 机 能够 以管网阻力的具 体实 际情 况为依据对 自身 的转速 进行 自动化 的调 节 ， 使风 机 的风 量始 终能 够 满足 实际的需求 ， 另外 ， 还能够 以有害气体 的浓度 为依 据对通风机 的转 速进 行 自动化 的调整 ， 减 少 或者 杜绝了有害气体 浓度过 高造成 的影响 。发 生异常 情况时 ， 变频器调速 系统能够及 时 的进 行报警 ， 并 采取行之有 效 的处理 措施 ， 对 风 机 的状态 进行 适 当的调整 。最后 ， 综 合应 用 上 位机 控 制软 件 以及 1 0 机械管理开发 j x g l k f b j b 1 2 6 ． c o m P L C进行监控 系统 的设 计 ， 能够 以在 线控 制 的方 式对通风机 的局部 运行 情况进 行 监视 、 控 制 以及 管理 ， 并 以有关的参 量为依据开展实时性的监 控。 2 ． 2 系统 整体设计方案 基 于 P L C 的 变 频 器 调 速 系 统 是 以 P L C 为 主 控单元 ， 以变频通风机 为被控元件 ， 以有害气 体浓 度为主控参数的 ， 以模糊 控制为具体 的控制算 法 。 P L C能够运用传感器及时 的在 内存 中录人有害气 体 的浓度 ， 通过 模糊 控制对 变频 器 的输 出进行 调 节 ， 以此对风机 的转速 进行全面 的控 制 ， 实现清新 空气 、 环保节能 的效果 。一 般情况下 ， 通风 系统包 含了触摸 屏 、 气体 传感 器 、 P L C、 变 频 器 以及 通风 机等基本 的设施 设备 和技 术 ， 其工 作方 式具 有 自 动、 手动以及工 频三 种 ， 其 中， 手 动调 频 方式 为开 环控制系统 ， 自动调频 方式为 闭环控 制系统 ， 如下 图 1所示 。在 发生 故 障等异 常情 况 时 ， 工作 方式 能够进行 自动化 的调 节 ， 有利 于维 护生 产运 行 的 稳 定 性 以及 安 全 性 l 2 ] 。 干扰l 开环控制系统 闭 环 控 制 系统 图 1 开 环 、 闭环 控制 系统 2 ． 3 系统 硬 件 选 择 系统设计经过验证具有一定的可行性后 ， 设计 意图的实现必须依靠硬件的有力支撑 ， 所 以， 硬件的 选择相当关键 。首先 ， P L C型号的选择 要充分的考 虑系统的实际需要 ， 特别是要 充分的考虑系统的稳 定性 、 可靠性 以及控制 的精 度。另 外 ， P L C还要 具 备较快的执行速度和较为齐全 的通讯功能， 只有这 样 ， 才能切实的满足工厂 自动化的需求 ， 全面的提高 系统的控制能力 以及灵活性 ， 保障指令具有较快的 执行速度。其次 ， 在选择变频器时， 要综合全面的考 虑变频器 的性 能、 功能 、 运行状况 以及参数设定 ， 为 系统提供更加丰富的应用功能 ， 切实的提高控制力度 和速度 ， 实现对电路、 电压以及相关设备的保护 ， 有效 第 3 0卷 的规避故障问题 。在选用通风机时 ， 要考虑其具体 的 配置和运行状况， 尽量 的选择具有较高强度、 较轻重 量以及较好的通风机。在选择触摸屏时， 要重点考虑 触摸屏的显示 和保 密功 能、 参数 的修改 以及设置功 能， 要优先选用具有较快的触键反应 、 较丰富的系统 和用户 画面 的触 摸屏 ， 另 外 ， 要 能 够对 变 频 器 的工 作 状态进行实时的监控和控制 。最后 ， 由于系统监测精 度同有害气体浓度息息相关 、 密不可分 ， 所 以， 气敏传 感器的选用相当关键 。在选用气敏传感器时 ， 要充分 考虑工艺、 材料 以及敏感性， 能够对有关场所和设备 的气体检验提供报警 、 提醒等功能。 3 基 于 P L C 的变 频 器 调 速 系统 软 件 设 计 系统设计 质量 的高低 同硬件 以及 软件 的组合 有着紧密的联 系 ， 所 以， 系统软件设 计也是一个 不 容忽视的环节 。 1 通信程序设计 原则 。通信系统作为通风系 统 中不可或 缺 的构 成 ， 对 系统 的整体 性能 有着 深 刻 的影 响 。通 信 系统 不 仅 可 以 以其 良好 的可 靠 性 、 稳定性 以及较大 的容量 服务 于通 风系统 ， 还能 在故障发生 时提供 一 定 的解 决措 施 ， 有利 于 维护 系统 的正 常稳定 运行 。一 般情 况 下 ， 通信 设计 的 原则包含开 放性 、 标 准性 、 可 行性 以及 经 济性 等 ， 本文在此就不进行深入 的研究 了_ 3 ] 。 2 系统 主程序设计 。系统控制程序主要包含 五个部分 。其 中 ， 主控制程序 主要是对 工频 、 手动 以及 自动等 运行方 式 进行 控制 ， 调用 程序 以及 设 置 时间， 当有害气 体 浓度 超过 一定 的范 围时及 时 的进行报警 ， 当发生 异常 情况 或者有 关 的设 备发 生故 障时 ， 进行报警并 提供相应 的解 决措施 ， 能够 充分 的保障系统 的正常运行 。子程序 0可 以初始 化有关 的参数 ， 执行完控 制程序后 ， 当风机 运行是 以 自动变 频 的方 式 时， 子程 序 0就 会 得 到 应 用 。 当有害气体 浓度极 限值超 出 了有 关 的范 围时 ， 在 子程序调用 前 ， 还 应 对拓 展模块 的存 在性 进行 仔 细 的检验 ， 对 电源 的实 际状况进行 检查 ， 一 旦发生 异常情况时 ， 就要及 时的关闭主程 序 ； 当一 切正常 后接下来就调用子程序 2 ， 子程 序 2的主要功能在 于对有害气 体 的浓度 进行 采集 ， 并计 算有 关 数值 的平 均值 。 当有 害气 体 浓度 值 超 过一 定 范 围时 ， 下转 第 6 2页 6 2 机械管理开发 j x g l k f b 1 2 6 ． c o m 系统 的原理 ， 并按 照相关规定 和标 准要求 ， 对此 系 统进行设计 ， 发挥 立柱液压支架 中的作用 ， 并更好 地应用到煤矿事业 中。 参考 文献 [1 ] 吴行标 ， 许金龙 ， 袁 欣 ， 等． 基 于 F TA的特 大采高液 压 支架立 柱支 撑 系 统 的可 靠性 分 析 [ J ] ． 液 压 与 气 动， 2 O 1 3， 1 2 8 4 0 - 4 3 ． [2] 何富连 ， 殷帅峰 ， 李 通达 ， 等． 基 于共 因失效计算模型 的 第 3 0卷 支架液压系统可靠性分析[ J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 1 3 ， 7 1 1 6 4 6 7． [ 3] 舒风翔 ， 闰海峰 ， 张幸福． 液压支架立柱试验 台液压系统 的设计及仿真[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 0 ， 1 1 1 2 1 2 9 1 3 1 ． [ 4] 王静． 液压支架试验台液压系统动态特性 分析[ D ] ． 太 原 太原科技大学 ， 2 0 1 0 ． [ 5] 王建军． 液压支架立柱拆柱 机液压 系统 的设计 I- J ] ． 科 技信息 ， 2 0 1 1 1 6 3 0 2 3 0 3 ． 编辑 张柯 慧 An a l y s i s o n Co l u mn Hy d r a u l i c S y s t e m o f t h e Hy d r a u l i c S u pp o r t Ti a n Zhe n l o ng Da t o n g Co a 1 M i n e Gr o u p，Da t o n g S h a n x i 0 3 7 0 0 3 [ A b s t r a c t ] T h r o u g h u n d e r s t a n d i n g o f t h e h y d r a u l i c s u p p o r t ，a n a l y s i s o f t h e c o mp o s i t i o n o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m，a n d c a r r i e d O U t t h e a n a l y s i s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e h y d r a u l i c s u p p o r t c o l u mn ．Co l u mn i s a n i mp o r t a n t s u p p o r t f o r t h e h y d r a u l i c s u p p o r t t o a c h i e v e t h e p r e s s u r e o f t h e p r e s s u r e o f t h e mi n i n g a r e a ，t h e c o l u mn i s v e r y i mp o r t a n t t o t h e p e r f o r ma n c e o f t h e h y d r a u l i c s u p p o r t ， a n d i t i s i m p o r t a n t t o p l a y t h e r o l e o f c o l u mn h y d r a u l i c ，s y s t e m． [ K e y wo r d s c o a l mi n e ； h y d r a u l i c s u p p o r t ； c o l u mn h y d r a u l i c s y s t e m； a n a l y s i s 上 接第 1 0页 中断程序就要进行 断电标 志的设 置 ， 否 则 ， 就进 行 寄存器的录入 ， 将 电压值 转化为数字量 ， 并通 过模 拟控制器对通风机 变频方式 进行调节 。在 主程序 中 ， 中断 程 序 的 执 行 次 数 是 以设 置 的 中 断 控 制 时 间为依据的 。 4 结 语 虽然我 国经济 的发展取得 了令人瞩 目的成效 ， 然而不容忽视 的是我 国 目前 也面临着 巨大 的能源 紧缺问题和压力 ， 特别是相 比于发达国家 ， 我国电量 消耗相 当的巨大 ， 电能的利用率不高 ， 对经济的可持 续发展造成 了严重 的影 响。而对基于 P L C的变频 器调速 系统设计 进行深入 的研究不仅 能够有效地 节约能源 ， 还能创造巨大的经济效益 、 社会效益以及 生态 效益 ， 同 时 ， 基 于 P L C变 频 通 风 系统 的应 用 有 着较强的可行性 ， 具有 美好 的发展前 景 ， 因此 ， 本 文 的研究有着深刻 的意义 。 参考文献 [1 ] 李 宁． P L C在变频闭环调速 系统 中的应 用[ J ] ． 价值工 程 ， 2 0 1 1， 3 0 7 1 5 1 - 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