崔世杰 郭凱 曹永愛(ài)

[摘? ? 要]PLC具有較高的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，因其使用方便，性價(jià)比較高，故在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了一定的推廣。煤礦風(fēng)機(jī)設(shè)備的工作狀態(tài)在很大程度上決定了煤礦生產(chǎn)能力和質(zhì)量，而將PLC技術(shù)引入風(fēng)機(jī)自動(dòng)化節(jié)能控制系統(tǒng)中，可以起到較好的應(yīng)用效果。文章對(duì)PLC的煤礦風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，具體分為硬件和軟件兩部分分別闡述，以供參考。

[關(guān)鍵詞]PLC技術(shù);煤礦風(fēng)機(jī);自動(dòng)化控制

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–000–02

Research on Automatic Energy Saving Control System of Fan Based on PLC Technology

Cui Shi-jie，Guo Kai，Cao Yong-ai

[Abstract]Programmable controller has high security and stability. In addition， it is easy to use and has high cost performance. It has been popularized in the field of industrial control. The working state of coal mine fan equipment largely determines the production capacity and quality of coal mine. The introduction of PLC technology into fan automatic energy-saving control system can play a better application effect. This paper briefly analyzes the design of PLC coal mine fan automatic control system， which is divided into two parts： hardware and software for reference.

[Keywords]PLC technology; coal mine fan; automatic control

風(fēng)機(jī)設(shè)備廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在礦井生產(chǎn)當(dāng)中，大多應(yīng)用在冷卻系統(tǒng)和鍋爐系統(tǒng)當(dāng)中。同時(shí)，通風(fēng)除塵系統(tǒng)中也需要風(fēng)機(jī)設(shè)備，其功能在于控制擋板開(kāi)合程度，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的控制。如果風(fēng)機(jī)設(shè)備不間斷運(yùn)行，就會(huì)在一定程度上影響控制精度，一方面，這會(huì)造成能源的浪費(fèi)，另一方面也會(huì)加劇設(shè)備磨損。近年來(lái)，我國(guó)不斷推行節(jié)能減排，煤礦也在積極響應(yīng)，開(kāi)始引入變頻器和編程器，以提高操作便捷性，為設(shè)備維護(hù)帶來(lái)便利，提高生產(chǎn)精度?；赑LC變頻器和控制器控制系統(tǒng)，不僅可以控制能源的損耗，而且可以方加快預(yù)測(cè)案成本，進(jìn)一步提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

1 系統(tǒng)要求和工作原理

1.1 系統(tǒng)要求

煤礦風(fēng)機(jī)系統(tǒng)面臨著較為惡劣的工作環(huán)境，為了PLC編碼器下的自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以適應(yīng)多種多樣的應(yīng)用要求，就需要系統(tǒng)保持較好的安全穩(wěn)定性;同時(shí)，控制系統(tǒng)還應(yīng)具備較好的操作環(huán)境，外部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)具備多方面擴(kuò)展功能;為了確保工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)可以更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，就需要工業(yè)操作現(xiàn)場(chǎng)具有安全可靠的網(wǎng)絡(luò)接口;除此之外，工廠還應(yīng)具備預(yù)警、提醒設(shè)備，一旦系統(tǒng)發(fā)生異常可及時(shí)通知工作人員進(jìn)行處理。

對(duì)目前的煤礦風(fēng)機(jī)管理而言，其大多采用的是人力控制，因而礦井內(nèi)的自動(dòng)化水平較低。這就需要設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，從而提高自動(dòng)化水平，保證工作效率的同時(shí)節(jié)約人力資源。主要包括以下4個(gè)方面：①實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化控制，將手動(dòng)控制、半自動(dòng)控制和自動(dòng)化控制進(jìn)行整合，可以自由切換;②系統(tǒng)具備相應(yīng)的自我保護(hù)功能，可以及時(shí)診斷各個(gè)控制系統(tǒng)中存在的故障，傳輸電流和電壓數(shù)據(jù)，并監(jiān)控電機(jī)設(shè)備和軸承的溫度等相關(guān)參數(shù)，一旦任何監(jiān)測(cè)部分出現(xiàn)差錯(cuò)都能及時(shí)進(jìn)行判斷，向工作人員發(fā)出告警信息，并且停止相關(guān)動(dòng)作;③實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)內(nèi)部的各種信息數(shù)據(jù)，經(jīng)由簡(jiǎn)單的人機(jī)交互畫(huà)面來(lái)監(jiān)控水泵流量、排水管流量和壓力，同時(shí)顯示水泵風(fēng)機(jī)軸承溫度等信息，以便發(fā)生故障時(shí)可將相關(guān)信息顯示出來(lái);④具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和通訊功能，應(yīng)用光纜和信號(hào)交換設(shè)備和井下PLC編程控制器設(shè)備進(jìn)行連接，同時(shí)在信息傳輸通道中接入井上工控機(jī)，形成一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò)化控制平臺(tái)，從而進(jìn)行控制，并將相關(guān)參數(shù)記錄下來(lái)。

1.2 工作原理分析

風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制都是經(jīng)由具體環(huán)境和所需要的輸出風(fēng)量決定的，因而為了確保相關(guān)工作的順利開(kāi)展，需要將風(fēng)量維持在特定水平之上，這可以在一定程度上避免電動(dòng)機(jī)電能過(guò)度消耗的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)該目的，需要應(yīng)用PLC自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)煤礦風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)選用閉環(huán)控制形式，在系統(tǒng)中連入各種傳感器設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的各種溫度數(shù)據(jù);同時(shí)相關(guān)溫度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以模擬信號(hào)的形式輸出?；跀?shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)來(lái)及時(shí)傳遞信息，之后利用編程器和數(shù)字信號(hào)之間完成對(duì)比，在完成上述工序之后，即可輸出模擬信號(hào)。在這個(gè)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)各種參數(shù)都會(huì)受到控制器的影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間溫度的監(jiān)控，可以結(jié)合溫度的變化來(lái)控制風(fēng)量。

2 PLC技術(shù)下的煤礦風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 PLC

在煤礦風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)中，主要應(yīng)用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，滿足實(shí)際工作的要求。該系列編程器的性能和功能都較為強(qiáng)大，具備高速計(jì)數(shù)功能，可以完成雙路輸出脈沖等。該控制方法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①一旦系統(tǒng)自動(dòng)程序發(fā)生故障，可以及時(shí)切換成手動(dòng)控制的形式，進(jìn)而確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定;②一旦系統(tǒng)在工作時(shí)存在設(shè)備故障，如電機(jī)故障，即可應(yīng)用手動(dòng)控制的形式來(lái)關(guān)停電機(jī)，換用其他電機(jī)設(shè)備，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定;③在設(shè)備完成安裝環(huán)節(jié)之后，要進(jìn)行最終調(diào)試，檢查各個(gè)設(shè)備的正常工作情況。

2.1.2 溫度傳感器

為了及時(shí)將礦井溫度的相關(guān)信息傳遞出去，需要基于既定方案，安裝和測(cè)試傳感器設(shè)備，之后將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行變換，和預(yù)期數(shù)值進(jìn)行對(duì)比。變頻器可以直接決定風(fēng)機(jī)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，因而需要確保車(chē)間室內(nèi)的溫度等同于要求的溫度。所使用的繼電器型號(hào)為KA1-KA6，應(yīng)用的接觸器型號(hào)則為KM1-KM-6，共同組成連接線圖，具體見(jiàn)圖1。

溫度傳感器設(shè)備方面，可以選擇熱電偶傳感器，將其裝設(shè)在目標(biāo)對(duì)象上。熱電偶傳感器的特性在于不會(huì)受到介質(zhì)的相關(guān)影響，所以可以在一定程度上保證測(cè)量準(zhǔn)確率。在溫度測(cè)試的過(guò)程中，隨著熱電勢(shì)的不斷變化，溫度傳感器也可以及時(shí)處理電勢(shì)的變化情況，從而獲取目標(biāo)的溫度數(shù)值。

2.1.3 變頻器

本系統(tǒng)中，變頻器設(shè)備選型為森蘭BT12S，可以在主電路當(dāng)中，將其連接到輸入端電源上，在輸出端則連接到離心風(fēng)機(jī)上，在使用之前要確保連接正確，否則無(wú)法正常工作，導(dǎo)致短路和設(shè)備損壞。控制端子FWD的工作形式為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)段，將其和公共端之間進(jìn)行連接，從而保證電動(dòng)機(jī)保持單相正轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 PLC程序

對(duì)于風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)而言，其主要控制形式包括遠(yuǎn)程控制、手動(dòng)控制、工作頻率控制和恒溫控制。其中工作頻率控制和恒溫控制屬于自動(dòng)化控制技術(shù)。恒溫控制技術(shù)近年來(lái)得到了迅速推廣，成為一種較為重要的自動(dòng)化控制技術(shù)。本系統(tǒng)中的自動(dòng)化恒溫控制屬于變頻形式，在設(shè)備的具體運(yùn)行過(guò)程中，需要結(jié)合控制器調(diào)節(jié)變頻器設(shè)備，從而起到溫度控制的效果。該控制方式更多是借助電氣線路來(lái)完成控制的，此處PLC的任務(wù)目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)接收溫度數(shù)據(jù)信息并加以處理，之后可結(jié)合所接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)接觸器和變頻器設(shè)備，進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)電機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)量和溫度。圖2為PLC程序變頻線路設(shè)計(jì)。

2.2.2 程序梯形圖

在程序梯形圖設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要從以下4個(gè)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)：①在系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止方面，該程序目前的功能是運(yùn)行以及關(guān)停系統(tǒng)，經(jīng)由啟動(dòng)按鍵來(lái)控制系統(tǒng)運(yùn)行，而想要控制系統(tǒng)停止，則可以使用停止鍵;②模擬量輸入，對(duì)于煤礦風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，應(yīng)用了兩個(gè)傳感器，測(cè)試了不同點(diǎn)的溫度，因而需要讀取溫度模擬量的相關(guān)信息;③程序比較，可以讀取兩個(gè)不同位置的溫度數(shù)值之后進(jìn)行平均計(jì)算，之后將其與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，在二者不同的情況下即可進(jìn)行調(diào)整;④輸出模擬量，經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)阶冾l器中，基于所獲取的信息來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。圖3為PLC控制流程圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、工作原理、軟硬件設(shè)計(jì)方案等角度來(lái)對(duì)PLC煤礦風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)進(jìn)行了分析。結(jié)合PLC來(lái)控制變頻器設(shè)備，離心風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)也成了可能。該系統(tǒng)可以就地控制PLC，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作和手工工作兩種形式。這樣一方面，可以順利實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的相關(guān)功能，讓工作效果得到保障，另一方面，可以及時(shí)切換工作方式，避免斷電、自動(dòng)元件故障等問(wèn)題的干擾。

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