摘 要:針對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)備普遍電氣控制方式在實(shí)際控制應(yīng)用中暴露出來(lái)的局限性，本論文采用PLC結(jié)合煤礦主扇風(fēng)機(jī)的控制需求，對(duì)其進(jìn)行了自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，在分析了主扇風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制功能的基礎(chǔ)上，給出了電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，從系統(tǒng)硬件和軟件兩個(gè)角度詳細(xì)探討了基于PLC實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于進(jìn)一步提高PLC在自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用水平具有一定借鑒和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:PLC 自動(dòng)控制 電氣控制

中圖分類(lèi)號(hào):TP29\t\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A\t\t\t文章編號(hào):1672-3791(2011)10(a)-0134-01

我國(guó)是一個(gè)煤礦大國(guó)，我國(guó)的主要能源形式也是煤礦資源，而作為煤礦四大件之一的風(fēng)機(jī)，其電氣控制自動(dòng)化程度及安全可靠程度在很大程度上直接決定著煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化和安全度。為此，必須要實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化電氣化的控制。

1 基于PLC的風(fēng)機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能需求分析

主扇風(fēng)機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠在煤礦安全生產(chǎn)中起著非常重要的作用。該自動(dòng)控制系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一部分是風(fēng)機(jī)變電站的監(jiān)控;另一部分是風(fēng)機(jī)各種參數(shù)的測(cè)量。

基于PLC實(shí)現(xiàn)的風(fēng)機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。

(1)實(shí)時(shí)檢測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)礦井風(fēng)量、風(fēng)速、靜壓、全壓、動(dòng)壓、甲烷濃度等參數(shù)。

(2)實(shí)時(shí)檢測(cè)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的電量參數(shù):電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)。

(3)測(cè)風(fēng)機(jī)前后軸溫、振動(dòng)情況，當(dāng)震動(dòng)超出正常值時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。

(4)實(shí)時(shí)模擬顯示風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)圖。

(5)實(shí)時(shí)在線設(shè)定溫度報(bào)警限值、震動(dòng)允許的幅值。

(6)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)定子的溫度。

(7)扇風(fēng)機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表查詢(xún)和打印功能。

(8)主要參數(shù)的歷史趨勢(shì)曲線、實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線。

(9)具有值班操作人員密碼管理功能及操作監(jiān)控監(jiān)督功能，有效避免誤操作、亂操作。

(10)具有遠(yuǎn)控、手動(dòng)控制風(fēng)門(mén)啟動(dòng)功能:遠(yuǎn)控:通過(guò)上位計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)控制風(fēng)門(mén)啟停。

本文汲取現(xiàn)有礦井通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中存在的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)智能化監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)的一種方法，把高可靠性的工控PLC應(yīng)用到風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中來(lái)，輔助以高性能傳感器，監(jiān)控通風(fēng)機(jī)的各種狀態(tài)，并在中央控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而達(dá)到無(wú)人值守的目的和生產(chǎn)要求。

2 基于PLC的風(fēng)機(jī)自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 基于PLC的硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計(jì)。

可編程控制器(PLC)結(jié)合變頻技術(shù)對(duì)主扇風(fēng)機(jī)的基本控制策略是:采用變頻調(diào)速的主扇風(fēng)機(jī)與PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，根據(jù)主扇風(fēng)機(jī)的速度高低自動(dòng)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成主扇風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制，并通過(guò)在主扇風(fēng)機(jī)周?chē)贾玫膫鞲衅鞯谋O(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主扇風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)參數(shù)傳送給PLC，由PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算和分析，并給出相應(yīng)的控制策略。

如圖1所示，由PLC控制的主扇風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，主要由PLC、變頻器、速度傳感器、動(dòng)力控制線路以及電動(dòng)機(jī)等組成。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)主扇風(fēng)機(jī)以循環(huán)工作的方式。中心控制器為PLC可編程控制器，以設(shè)定主扇風(fēng)機(jī)的工作速度和反饋速度為控制目標(biāo)，以PID為控制算法組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(2)PLC數(shù)據(jù)信號(hào)分析。

當(dāng)PLC控制變頻器啟動(dòng)后速度傳感器檢測(cè)出當(dāng)前主扇風(fēng)機(jī)的工作速度，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為4mA～20mA模擬電流信號(hào)，送入PLC的模擬量擴(kuò)展模塊作為實(shí)際速度值;PLC接收到速度信號(hào)之后與給定的速度值進(jìn)行比較，同時(shí)和底層傳感器監(jiān)測(cè)到的其他參數(shù)進(jìn)行比較，進(jìn)而計(jì)算出控制量由模擬量擴(kuò)展模塊輸出幅值為0～5V的電壓信號(hào)給變頻器，變頻器依據(jù)輸入電壓信號(hào)的大小，控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行，從而控制處于工作狀態(tài)的主扇風(fēng)機(jī)的數(shù)量，以及主扇風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化電氣控制。

2.2 PLC程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶(hù)程序兩部分組成。系統(tǒng)程序主要用于將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言、管理全機(jī)、診斷機(jī)器故障，有編譯程序、監(jiān)控程序等，系統(tǒng)程序由PLC廠家提供并存在EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶(hù)程序是用戶(hù)通過(guò)PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的各種控制。

PLC的輸入量在監(jiān)控系統(tǒng)中只識(shí)別數(shù)字量，而由傳感器檢測(cè)到的是4mA～20mA的電流模擬量的溫度與壓力值。通過(guò)使用STEP7的標(biāo)準(zhǔn)功能模塊FC105(SCALE)可以把這種的模擬量轉(zhuǎn)換成一一對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。由于電動(dòng)機(jī)和通風(fēng)機(jī)需要有定期的保養(yǎng)和預(yù)防性檢查，所以故障診斷是監(jiān)控程序顯得尤為重要。該系統(tǒng)的故障主要是診斷檢測(cè)傳感器故障。一旦檢測(cè)值超過(guò)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，PLC就啟動(dòng)報(bào)警程序報(bào)警，然后啟動(dòng)故障診斷子程序，判斷傳感器是否壞。故障診斷的過(guò)程實(shí)際就是將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號(hào)與系統(tǒng)允許的極限值做比較，如果接近或超過(guò)極限值則說(shuō)明傳感器出現(xiàn)故障。舉個(gè)例子:5mA～25mA的模擬輸入量允許的數(shù)字量為0～24678，如果超出這個(gè)范圍，說(shuō)明傳感器或是傳感器與PLC的連接可能出現(xiàn)故障;如果數(shù)字量為32777則說(shuō)明傳感器與PLC的連接不上。故障診斷的結(jié)果可以從上位機(jī)上顯示出來(lái)。利用故障診斷程序可以為調(diào)度人員提供基本的信息，便于故障查詢(xún)及維護(hù)。對(duì)于傳感器故障引起的數(shù)據(jù)異常，對(duì)傳感器及其連接線路進(jìn)行檢測(cè)與維修即可，沒(méi)必要再?gòu)碾妱?dòng)機(jī)和通風(fēng)機(jī)上查故障。

3 結(jié)語(yǔ)

基于PLC自動(dòng)控制的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，調(diào)速控制效果良好。這種集變頻啟動(dòng)、PLC、現(xiàn)代控制理論于一體的新型自動(dòng)電氣控制系統(tǒng)，通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能控制，有助于為實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化創(chuàng)造有利條件，因而適合在全國(guó)范圍內(nèi)大力推廣。本論文結(jié)合煤礦主扇風(fēng)機(jī)的控制需求，對(duì)基于PLC實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，只是對(duì)自動(dòng)化電氣控制的一次簡(jiǎn)單探討，也是一次有益的探討與嘗試，要真正實(shí)現(xiàn)基于PLC的自動(dòng)化電氣控制程度的提高，還有賴(lài)于我們廣大電氣自動(dòng)化控制技術(shù)人員的共同努力。

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