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        PLC在通風(fēng)機(jī)自動化變頻中的應(yīng)用

        2014-08-22 21:58:31路曉宇付亮劉毅
        新媒體研究 2014年14期

        路曉宇 付亮 劉毅

        摘 要 (PLC)Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器是計算機(jī)家族中的一員,1968年誕生于美國通用汽車生產(chǎn)線上。它代替了繼電器實現(xiàn)邏輯控制,是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。伴隨著節(jié)能的理念,PLC變頻技術(shù)也得到了快速的發(fā)展,廣泛應(yīng)用于各種自動化控制領(lǐng)域。

        關(guān)鍵詞 可編程序控制器;PLC;通風(fēng)機(jī);變頻控制

        中圖分類號:TD635 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)14-0103-02

        在當(dāng)今煤炭行業(yè)中,保障煤礦安全的主要通風(fēng)設(shè)備是煤礦風(fēng)機(jī),365天晝夜運轉(zhuǎn)且功率較大。對于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制方式,風(fēng)機(jī)長期處于全功率下運行,造成大量電能浪費,利用變頻器驅(qū)動通風(fēng)機(jī)運行結(jié)合PLC控制技術(shù),選擇適合的變頻器,通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的,根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要,調(diào)節(jié)合適的風(fēng)量,降低風(fēng)機(jī)的運行能耗,節(jié)省大量的電能,同時還可以實現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速,大幅度提高煤礦自動化安全生產(chǎn)的水平。

        本文以陜西旬邑青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房為例,簡述PLC在通風(fēng)機(jī)自動化變頻中的應(yīng)用。青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房配備兩臺通風(fēng)機(jī),每臺風(fēng)機(jī)配備兩臺200 kW的電動機(jī),通風(fēng)機(jī)設(shè)備一用一備。

        首先,針對風(fēng)機(jī)設(shè)備的性能要求和需要實現(xiàn)的自動化功能,選擇合理可行的最佳控制方案。其次,根據(jù)控制方案,對PLC控制系統(tǒng)、變頻器等進(jìn)行選型配置,最終設(shè)計系統(tǒng)的主回路和控制電路。

        1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及PLC選型

        1.1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):信息層、控制層和設(shè)

        備層。

        1)信息層:通過以太網(wǎng)傳輸信息,用于風(fēng)機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和程序維修,最終通過工業(yè)以太網(wǎng)接入礦井綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房集中控制系統(tǒng)信息的上傳。

        2)控制層:采用控制網(wǎng)、ControlNet網(wǎng)和第三方SFK網(wǎng)等通訊技術(shù),通過實時I/O控制、控制器互鎖和報文傳送,實現(xiàn)全系統(tǒng)的高效集成。

        3)設(shè)備層:PLC的I/O控制分站與外界電氣設(shè)備硬連接線,完成現(xiàn)場信號的采集、命令執(zhí)行等功能。與第三方設(shè)備采用總線通訊協(xié)議通信,實現(xiàn)信息交換。

        三級網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通將由帶背板通訊功能的ControlLogix網(wǎng)關(guān)來橋接或傳送網(wǎng)絡(luò)之間的控制及信息數(shù)據(jù),通過軟件編程配置,實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間及異型數(shù)據(jù)庫之間的無障礙貫通。

        通風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀中有小型的PLC,數(shù)據(jù)可通過總線接口連接至ControlLogix的各分站的ControlNet或DH+總線上,構(gòu)成一個現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。

        1.2 系統(tǒng)軟、硬件選型

        1)上位機(jī)采用研華高檔工控機(jī)。

        2)通訊采用以太網(wǎng)。

        3)組態(tài)軟件采用INTOUCH。

        4)集控顯示屏采用LCD顯示器,直接把工控機(jī)上的組態(tài)畫面?zhèn)鹘o顯示器,使風(fēng)機(jī)的運行狀態(tài)更直觀。

        1.3 PLC的基本構(gòu)成及選型

        PLC由電源單元、中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊及通信模塊構(gòu)成。

        本系統(tǒng)選用Rockwell Automation的新一代控制平臺ControlLogix的PLC作為主控站。ControlLogix通過高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP、ControlNet及其處理單元、過程I/O、人機(jī)接口和過程控制軟件Logix5000以及RSView等來完成風(fēng)機(jī)的控制,并與變頻器連接完成高速的邏輯控制和調(diào)節(jié)控制動能,將風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀態(tài)和事件通過標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet/IP和ControlNet通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作員工作站,并將控制命令通過該網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制系統(tǒng),在機(jī)旁設(shè)有手動操作按鈕用于手動試車、維護(hù)和應(yīng)急操作以滿足各種運行工況的要求,以確保通風(fēng)設(shè)備安全、高效運行。

        該系統(tǒng)選用AB的1756系列PLC,本著安全性、實用性、經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計原則,選用1756-L62系列CPU、1756-IM16I型的16點數(shù)字量交流220 V輸入模塊、1756-OW16I型的16點數(shù)字量交流220 V輸出模塊、1756-IF16型的16點模擬量交流

        220 V輸入模塊,1756-OF8型的8點模擬量交流220V輸出模塊,1756-ENBT聯(lián)網(wǎng)模塊通過EtherNet網(wǎng)絡(luò)上傳信號,1756-PA75電源模塊。此外,為了能夠?qū)崟r監(jiān)測風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸承及定子溫度,采用風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀來進(jìn)行溫度的實時巡檢。

        2 變頻器的分類

        變頻器按變化環(huán)節(jié)來分,分為交-直-交變頻器和交-交變頻器兩種。目前,交-直-交變頻器是使用最多的通用變頻器。變頻器的調(diào)速過程就是將變頻器的頻率和電壓同步進(jìn)行調(diào)整的一個過程。實現(xiàn)方式為:先把交流電,通過整流電流,變成直流電,再把直流電通過逆變電路,變成我們所需要的、電機(jī)可以接受的交流電,從而達(dá)到了變頻、變壓、調(diào)速的目的。

        通風(fēng)機(jī)設(shè)備負(fù)載的特點是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比,低速轉(zhuǎn)矩小,實際運行負(fù)載基本不變,可選用通用變頻器,改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變風(fēng)量。

        3 系統(tǒng)的總體設(shè)計

        3.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理

        我們設(shè)計兩臺通風(fēng)機(jī)采用4臺高壓開關(guān)柜,每臺高壓柜上加裝上海南自的微機(jī)綜合自動化保護(hù)裝置,形成10 kV綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法,以用電間隔為一基本單元,保護(hù)、測控功能綜合考慮,配合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能,可實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能。微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)采用通訊管理機(jī)RS一485接口,將四臺10 kV電機(jī)的實時運行狀態(tài)參數(shù)同步傳送至PLC,再通過以太網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)發(fā)往遠(yuǎn)程的計算機(jī)服務(wù)器,同時將遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)來的控制信號傳給PLC,實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的實時控制與監(jiān)測,并通過集控室的人機(jī)界面將各被監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)行顯示報警。

        3.2 設(shè)計主回路

        青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房應(yīng)業(yè)主要求,采用變頻一拖二模式。為保障風(fēng)機(jī)設(shè)備運行安全,主回路設(shè)計為兩種運行方式:工頻運行和變頻運行。變頻主回路由一臺智能變頻器和兩臺斷路器組成,為通風(fēng)機(jī)的主運行回路;工頻部分設(shè)計為變頻部分的備用回路,當(dāng)變頻系統(tǒng)發(fā)生故障時,工頻系統(tǒng)啟動并全速正常運行風(fēng)機(jī)。

        主回路圖設(shè)計如圖2。

        4 系統(tǒng)評價

        應(yīng)用PLC控制的變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了煤礦自動化操作。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)上,延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命、實現(xiàn)了軟啟動的功能、減少風(fēng)機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊,降低風(fēng)機(jī)故障率同時起到了節(jié)能的作用。變頻技術(shù)結(jié)合PLC控制,操作簡單、便于管理,實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房自動化操作。但變頻器造價高,尤其中高壓變頻器,占地空間大且安裝不方便。

        參考文獻(xiàn)

        [1]變頻器的分類.百度文庫,2012.

        [2]GB 50450-2008煤礦主要通風(fēng)機(jī)站設(shè)計規(guī)范.

        [3]Controllogix系列可編程序控制器產(chǎn)品目錄.

        [4]變頻器產(chǎn)品目錄及選型指南.endprint

        摘 要 (PLC)Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器是計算機(jī)家族中的一員,1968年誕生于美國通用汽車生產(chǎn)線上。它代替了繼電器實現(xiàn)邏輯控制,是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。伴隨著節(jié)能的理念,PLC變頻技術(shù)也得到了快速的發(fā)展,廣泛應(yīng)用于各種自動化控制領(lǐng)域。

        關(guān)鍵詞 可編程序控制器;PLC;通風(fēng)機(jī);變頻控制

        中圖分類號:TD635 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)14-0103-02

        在當(dāng)今煤炭行業(yè)中,保障煤礦安全的主要通風(fēng)設(shè)備是煤礦風(fēng)機(jī),365天晝夜運轉(zhuǎn)且功率較大。對于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制方式,風(fēng)機(jī)長期處于全功率下運行,造成大量電能浪費,利用變頻器驅(qū)動通風(fēng)機(jī)運行結(jié)合PLC控制技術(shù),選擇適合的變頻器,通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的,根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要,調(diào)節(jié)合適的風(fēng)量,降低風(fēng)機(jī)的運行能耗,節(jié)省大量的電能,同時還可以實現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速,大幅度提高煤礦自動化安全生產(chǎn)的水平。

        本文以陜西旬邑青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房為例,簡述PLC在通風(fēng)機(jī)自動化變頻中的應(yīng)用。青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房配備兩臺通風(fēng)機(jī),每臺風(fēng)機(jī)配備兩臺200 kW的電動機(jī),通風(fēng)機(jī)設(shè)備一用一備。

        首先,針對風(fēng)機(jī)設(shè)備的性能要求和需要實現(xiàn)的自動化功能,選擇合理可行的最佳控制方案。其次,根據(jù)控制方案,對PLC控制系統(tǒng)、變頻器等進(jìn)行選型配置,最終設(shè)計系統(tǒng)的主回路和控制電路。

        1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及PLC選型

        1.1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):信息層、控制層和設(shè)

        備層。

        1)信息層:通過以太網(wǎng)傳輸信息,用于風(fēng)機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和程序維修,最終通過工業(yè)以太網(wǎng)接入礦井綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房集中控制系統(tǒng)信息的上傳。

        2)控制層:采用控制網(wǎng)、ControlNet網(wǎng)和第三方SFK網(wǎng)等通訊技術(shù),通過實時I/O控制、控制器互鎖和報文傳送,實現(xiàn)全系統(tǒng)的高效集成。

        3)設(shè)備層:PLC的I/O控制分站與外界電氣設(shè)備硬連接線,完成現(xiàn)場信號的采集、命令執(zhí)行等功能。與第三方設(shè)備采用總線通訊協(xié)議通信,實現(xiàn)信息交換。

        三級網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通將由帶背板通訊功能的ControlLogix網(wǎng)關(guān)來橋接或傳送網(wǎng)絡(luò)之間的控制及信息數(shù)據(jù),通過軟件編程配置,實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間及異型數(shù)據(jù)庫之間的無障礙貫通。

        通風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀中有小型的PLC,數(shù)據(jù)可通過總線接口連接至ControlLogix的各分站的ControlNet或DH+總線上,構(gòu)成一個現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。

        1.2 系統(tǒng)軟、硬件選型

        1)上位機(jī)采用研華高檔工控機(jī)。

        2)通訊采用以太網(wǎng)。

        3)組態(tài)軟件采用INTOUCH。

        4)集控顯示屏采用LCD顯示器,直接把工控機(jī)上的組態(tài)畫面?zhèn)鹘o顯示器,使風(fēng)機(jī)的運行狀態(tài)更直觀。

        1.3 PLC的基本構(gòu)成及選型

        PLC由電源單元、中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊及通信模塊構(gòu)成。

        本系統(tǒng)選用Rockwell Automation的新一代控制平臺ControlLogix的PLC作為主控站。ControlLogix通過高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP、ControlNet及其處理單元、過程I/O、人機(jī)接口和過程控制軟件Logix5000以及RSView等來完成風(fēng)機(jī)的控制,并與變頻器連接完成高速的邏輯控制和調(diào)節(jié)控制動能,將風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀態(tài)和事件通過標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet/IP和ControlNet通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作員工作站,并將控制命令通過該網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制系統(tǒng),在機(jī)旁設(shè)有手動操作按鈕用于手動試車、維護(hù)和應(yīng)急操作以滿足各種運行工況的要求,以確保通風(fēng)設(shè)備安全、高效運行。

        該系統(tǒng)選用AB的1756系列PLC,本著安全性、實用性、經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計原則,選用1756-L62系列CPU、1756-IM16I型的16點數(shù)字量交流220 V輸入模塊、1756-OW16I型的16點數(shù)字量交流220 V輸出模塊、1756-IF16型的16點模擬量交流

        220 V輸入模塊,1756-OF8型的8點模擬量交流220V輸出模塊,1756-ENBT聯(lián)網(wǎng)模塊通過EtherNet網(wǎng)絡(luò)上傳信號,1756-PA75電源模塊。此外,為了能夠?qū)崟r監(jiān)測風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸承及定子溫度,采用風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀來進(jìn)行溫度的實時巡檢。

        2 變頻器的分類

        變頻器按變化環(huán)節(jié)來分,分為交-直-交變頻器和交-交變頻器兩種。目前,交-直-交變頻器是使用最多的通用變頻器。變頻器的調(diào)速過程就是將變頻器的頻率和電壓同步進(jìn)行調(diào)整的一個過程。實現(xiàn)方式為:先把交流電,通過整流電流,變成直流電,再把直流電通過逆變電路,變成我們所需要的、電機(jī)可以接受的交流電,從而達(dá)到了變頻、變壓、調(diào)速的目的。

        通風(fēng)機(jī)設(shè)備負(fù)載的特點是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比,低速轉(zhuǎn)矩小,實際運行負(fù)載基本不變,可選用通用變頻器,改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變風(fēng)量。

        3 系統(tǒng)的總體設(shè)計

        3.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理

        我們設(shè)計兩臺通風(fēng)機(jī)采用4臺高壓開關(guān)柜,每臺高壓柜上加裝上海南自的微機(jī)綜合自動化保護(hù)裝置,形成10 kV綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法,以用電間隔為一基本單元,保護(hù)、測控功能綜合考慮,配合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能,可實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能。微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)采用通訊管理機(jī)RS一485接口,將四臺10 kV電機(jī)的實時運行狀態(tài)參數(shù)同步傳送至PLC,再通過以太網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)發(fā)往遠(yuǎn)程的計算機(jī)服務(wù)器,同時將遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)來的控制信號傳給PLC,實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的實時控制與監(jiān)測,并通過集控室的人機(jī)界面將各被監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)行顯示報警。

        3.2 設(shè)計主回路

        青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房應(yīng)業(yè)主要求,采用變頻一拖二模式。為保障風(fēng)機(jī)設(shè)備運行安全,主回路設(shè)計為兩種運行方式:工頻運行和變頻運行。變頻主回路由一臺智能變頻器和兩臺斷路器組成,為通風(fēng)機(jī)的主運行回路;工頻部分設(shè)計為變頻部分的備用回路,當(dāng)變頻系統(tǒng)發(fā)生故障時,工頻系統(tǒng)啟動并全速正常運行風(fēng)機(jī)。

        主回路圖設(shè)計如圖2。

        4 系統(tǒng)評價

        應(yīng)用PLC控制的變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了煤礦自動化操作。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)上,延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命、實現(xiàn)了軟啟動的功能、減少風(fēng)機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊,降低風(fēng)機(jī)故障率同時起到了節(jié)能的作用。變頻技術(shù)結(jié)合PLC控制,操作簡單、便于管理,實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房自動化操作。但變頻器造價高,尤其中高壓變頻器,占地空間大且安裝不方便。

        參考文獻(xiàn)

        [1]變頻器的分類.百度文庫,2012.

        [2]GB 50450-2008煤礦主要通風(fēng)機(jī)站設(shè)計規(guī)范.

        [3]Controllogix系列可編程序控制器產(chǎn)品目錄.

        [4]變頻器產(chǎn)品目錄及選型指南.endprint

        摘 要 (PLC)Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器是計算機(jī)家族中的一員,1968年誕生于美國通用汽車生產(chǎn)線上。它代替了繼電器實現(xiàn)邏輯控制,是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。伴隨著節(jié)能的理念,PLC變頻技術(shù)也得到了快速的發(fā)展,廣泛應(yīng)用于各種自動化控制領(lǐng)域。

        關(guān)鍵詞 可編程序控制器;PLC;通風(fēng)機(jī);變頻控制

        中圖分類號:TD635 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)14-0103-02

        在當(dāng)今煤炭行業(yè)中,保障煤礦安全的主要通風(fēng)設(shè)備是煤礦風(fēng)機(jī),365天晝夜運轉(zhuǎn)且功率較大。對于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制方式,風(fēng)機(jī)長期處于全功率下運行,造成大量電能浪費,利用變頻器驅(qū)動通風(fēng)機(jī)運行結(jié)合PLC控制技術(shù),選擇適合的變頻器,通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的,根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要,調(diào)節(jié)合適的風(fēng)量,降低風(fēng)機(jī)的運行能耗,節(jié)省大量的電能,同時還可以實現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速,大幅度提高煤礦自動化安全生產(chǎn)的水平。

        本文以陜西旬邑青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房為例,簡述PLC在通風(fēng)機(jī)自動化變頻中的應(yīng)用。青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房配備兩臺通風(fēng)機(jī),每臺風(fēng)機(jī)配備兩臺200 kW的電動機(jī),通風(fēng)機(jī)設(shè)備一用一備。

        首先,針對風(fēng)機(jī)設(shè)備的性能要求和需要實現(xiàn)的自動化功能,選擇合理可行的最佳控制方案。其次,根據(jù)控制方案,對PLC控制系統(tǒng)、變頻器等進(jìn)行選型配置,最終設(shè)計系統(tǒng)的主回路和控制電路。

        1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及PLC選型

        1.1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):信息層、控制層和設(shè)

        備層。

        1)信息層:通過以太網(wǎng)傳輸信息,用于風(fēng)機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和程序維修,最終通過工業(yè)以太網(wǎng)接入礦井綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房集中控制系統(tǒng)信息的上傳。

        2)控制層:采用控制網(wǎng)、ControlNet網(wǎng)和第三方SFK網(wǎng)等通訊技術(shù),通過實時I/O控制、控制器互鎖和報文傳送,實現(xiàn)全系統(tǒng)的高效集成。

        3)設(shè)備層:PLC的I/O控制分站與外界電氣設(shè)備硬連接線,完成現(xiàn)場信號的采集、命令執(zhí)行等功能。與第三方設(shè)備采用總線通訊協(xié)議通信,實現(xiàn)信息交換。

        三級網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通將由帶背板通訊功能的ControlLogix網(wǎng)關(guān)來橋接或傳送網(wǎng)絡(luò)之間的控制及信息數(shù)據(jù),通過軟件編程配置,實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間及異型數(shù)據(jù)庫之間的無障礙貫通。

        通風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀中有小型的PLC,數(shù)據(jù)可通過總線接口連接至ControlLogix的各分站的ControlNet或DH+總線上,構(gòu)成一個現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。

        1.2 系統(tǒng)軟、硬件選型

        1)上位機(jī)采用研華高檔工控機(jī)。

        2)通訊采用以太網(wǎng)。

        3)組態(tài)軟件采用INTOUCH。

        4)集控顯示屏采用LCD顯示器,直接把工控機(jī)上的組態(tài)畫面?zhèn)鹘o顯示器,使風(fēng)機(jī)的運行狀態(tài)更直觀。

        1.3 PLC的基本構(gòu)成及選型

        PLC由電源單元、中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊及通信模塊構(gòu)成。

        本系統(tǒng)選用Rockwell Automation的新一代控制平臺ControlLogix的PLC作為主控站。ControlLogix通過高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP、ControlNet及其處理單元、過程I/O、人機(jī)接口和過程控制軟件Logix5000以及RSView等來完成風(fēng)機(jī)的控制,并與變頻器連接完成高速的邏輯控制和調(diào)節(jié)控制動能,將風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀態(tài)和事件通過標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet/IP和ControlNet通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作員工作站,并將控制命令通過該網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制系統(tǒng),在機(jī)旁設(shè)有手動操作按鈕用于手動試車、維護(hù)和應(yīng)急操作以滿足各種運行工況的要求,以確保通風(fēng)設(shè)備安全、高效運行。

        該系統(tǒng)選用AB的1756系列PLC,本著安全性、實用性、經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計原則,選用1756-L62系列CPU、1756-IM16I型的16點數(shù)字量交流220 V輸入模塊、1756-OW16I型的16點數(shù)字量交流220 V輸出模塊、1756-IF16型的16點模擬量交流

        220 V輸入模塊,1756-OF8型的8點模擬量交流220V輸出模塊,1756-ENBT聯(lián)網(wǎng)模塊通過EtherNet網(wǎng)絡(luò)上傳信號,1756-PA75電源模塊。此外,為了能夠?qū)崟r監(jiān)測風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸承及定子溫度,采用風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀來進(jìn)行溫度的實時巡檢。

        2 變頻器的分類

        變頻器按變化環(huán)節(jié)來分,分為交-直-交變頻器和交-交變頻器兩種。目前,交-直-交變頻器是使用最多的通用變頻器。變頻器的調(diào)速過程就是將變頻器的頻率和電壓同步進(jìn)行調(diào)整的一個過程。實現(xiàn)方式為:先把交流電,通過整流電流,變成直流電,再把直流電通過逆變電路,變成我們所需要的、電機(jī)可以接受的交流電,從而達(dá)到了變頻、變壓、調(diào)速的目的。

        通風(fēng)機(jī)設(shè)備負(fù)載的特點是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比,低速轉(zhuǎn)矩小,實際運行負(fù)載基本不變,可選用通用變頻器,改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變風(fēng)量。

        3 系統(tǒng)的總體設(shè)計

        3.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理

        我們設(shè)計兩臺通風(fēng)機(jī)采用4臺高壓開關(guān)柜,每臺高壓柜上加裝上海南自的微機(jī)綜合自動化保護(hù)裝置,形成10 kV綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法,以用電間隔為一基本單元,保護(hù)、測控功能綜合考慮,配合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能,可實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能。微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)采用通訊管理機(jī)RS一485接口,將四臺10 kV電機(jī)的實時運行狀態(tài)參數(shù)同步傳送至PLC,再通過以太網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)發(fā)往遠(yuǎn)程的計算機(jī)服務(wù)器,同時將遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)來的控制信號傳給PLC,實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的實時控制與監(jiān)測,并通過集控室的人機(jī)界面將各被監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)行顯示報警。

        3.2 設(shè)計主回路

        青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房應(yīng)業(yè)主要求,采用變頻一拖二模式。為保障風(fēng)機(jī)設(shè)備運行安全,主回路設(shè)計為兩種運行方式:工頻運行和變頻運行。變頻主回路由一臺智能變頻器和兩臺斷路器組成,為通風(fēng)機(jī)的主運行回路;工頻部分設(shè)計為變頻部分的備用回路,當(dāng)變頻系統(tǒng)發(fā)生故障時,工頻系統(tǒng)啟動并全速正常運行風(fēng)機(jī)。

        主回路圖設(shè)計如圖2。

        4 系統(tǒng)評價

        應(yīng)用PLC控制的變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了煤礦自動化操作。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)上,延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命、實現(xiàn)了軟啟動的功能、減少風(fēng)機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊,降低風(fēng)機(jī)故障率同時起到了節(jié)能的作用。變頻技術(shù)結(jié)合PLC控制,操作簡單、便于管理,實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房自動化操作。但變頻器造價高,尤其中高壓變頻器,占地空間大且安裝不方便。

        參考文獻(xiàn)

        [1]變頻器的分類.百度文庫,2012.

        [2]GB 50450-2008煤礦主要通風(fēng)機(jī)站設(shè)計規(guī)范.

        [3]Controllogix系列可編程序控制器產(chǎn)品目錄.

        [4]變頻器產(chǎn)品目錄及選型指南.endprint

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