基于PLC控制的變頻調速在礦井通風機中的應用

申玉川

（陽煤三礦生產(chǎn)技術總部，山西 陽泉 045008）

引言

陽煤三礦隸屬于陽煤集團，井田面積39.94km2，礦井地質儲量為4 062.03Mt，可采儲量為3 533.97Mt，礦井設計生產(chǎn)能力為330Mt／a，本礦井屬于高沼氣瓦斯礦井，相對瓦斯涌出量為8.96m3／t。瓦斯已成為威脅到礦井安全生產(chǎn)的主要因素，做好通風工作是處理瓦斯的主要措施，然而井下空氣中的瓦斯?jié)舛仁且粋€變化的量，隨著采掘工作等因素的影響其濃度變化很大，因此為實現(xiàn)井下局部通風機電機能隨井下巷道內的瓦斯?jié)舛葘崟r調整，以此來控制井下巷道內的風量，從而達到控制瓦斯?jié)舛鹊哪康摹LC是一種新型的控制裝置，并且在各個行業(yè)內的電氣控制中運用廣泛，不僅能對復雜邏輯進行控制，還可以在各個控制中實現(xiàn)順序與定時功能。通過將PLC和變頻器結合起來進行設計，以瓦斯?jié)舛葹榭刂茀?shù)來調節(jié)風機電機，實現(xiàn)風量的自動化控制，實現(xiàn)了瓦斯的自動排放，節(jié)能效果顯著［1］。

1 PLC控制技術在礦井通風機的應用

在以PLC為基礎的控制系統(tǒng)中，電路的開關動作基本上都是由半導體電路實現(xiàn)，PLC在設計時考慮了其各種工作環(huán)境，保證PLC在各種條件下都能可靠地工作。目前，PLC已經(jīng)模塊化與系列化，用戶可根據(jù)自身的要求對其進行靈活設置，硬件裝置不再需要制作，使用時只需要設計程序即可滿足不同要求。PLC使用的是梯形圖編程語言，與傳統(tǒng)的接觸器控制電路相似，容易掌握。其輸入輸出功能比較完善，不僅可以邏輯化控制大量開關，還可以進行各個電路的運算和控制。在輸入輸出方面，可以更方便地與各種類型的接口連接。

變頻調速技術可以根據(jù)要求來改變電源頻率以達到改變電機轉速的目的。通風機是煤礦設備的必要設備，且耗電量在所有的礦用電氣設備中最大，因此在礦用通風機上推廣使用變頻器對于節(jié)能的意義巨大［3］。將其運用到通風機上可以實現(xiàn)風機無極調速，根據(jù)生產(chǎn)要求實時調整風量，減少電能損耗。變頻器還可以在風機啟動時限制電流，減少峰值功率損耗，避免在電機啟停時對設備的沖擊，減少設備的損耗。變頻器有很多的保護功能，對保證風機的安全運行意義明顯。PLC與變頻器結合使用，可以實現(xiàn)對井下通風系統(tǒng)的監(jiān)控，減少了通風系統(tǒng)檢修的工作量。

2 控制系統(tǒng)基本原理

PLC作為此系統(tǒng)的主控單元，局部通風機的電機作為被控單元，電機的運行為變頻運行，控制參數(shù)為瓦斯的濃度。采用的PLC的型號為FX2N－32M，以 FX2N－4AD 作為 A／D 模塊，采用的變頻器型號為FR－A540。

當瓦斯?jié)舛茸兓瘯r，瓦斯傳感器可以將信號通過A／D傳遞給系統(tǒng)，并通過PLC進行分析運算把控制指令輸送給變頻器，實現(xiàn)電機轉速的控制，達到控制的最優(yōu)化。此系統(tǒng)可以在工頻和變頻之間進行切換，在電機的變頻器發(fā)生故障或者需要電機長時間工頻運行時，系統(tǒng)可以自動將其轉換至工頻，此系統(tǒng)的調節(jié)方式有手動與自動兩種，手動方式下可以人為控制電機的啟停等功能，提高電機的可控制性。

3 控制系統(tǒng)硬件電路

此PLC系統(tǒng)的硬件組成的電路見圖1，I／O地址表見表1。

圖1 控制系統(tǒng)硬件電路

表1 I／O地址表

此外，由于通風不僅要滿足排放瓦斯的要求，還有除塵等要求，所以根據(jù)需要設置電機的頻率最小為25Hz。

此裝置使用了變頻器上RH、RL和RM組合來控制通風機電流的通斷，在瓦斯?jié)舛茸兓瘯r風機的轉速可以轉換進行調節(jié)，此程序設計了5個級別的電機轉速［2］，其具體設計值（見表2）。

表2 電機轉速設計表

此系統(tǒng)可以使用手動方式來調節(jié)變頻器的頻率，也可以通過變頻器自帶的功能來進行設置。

4 PLC程序設計

根據(jù)相關規(guī)定，在瓦斯體積分數(shù)≥1.5%時需要排放瓦斯。所以為了節(jié)能，在瓦斯體積分數(shù)＜15%時，通風機提供的風量應該隨著瓦斯?jié)舛鹊淖兓兓１鞠到y(tǒng)可以滿足此要求。

5 結語

根據(jù)陽煤三礦井下局部的通風需要，設計了PLC控制的變頻調速的局部通風機，此裝置不僅可以及時實現(xiàn)瓦斯排放，保證了礦井通風的安全性，還可以實現(xiàn)了用電的經(jīng)濟型，此設計方法對于類似條件下的變頻調速有很大的借鑒意義。

［1］ 徐益民，林海鵬，趙漢青.PLC在礦井局部通風機變頻調速系統(tǒng)中的應用［J］.煤礦機械，2004（12）：131－132.

［2］ 石秋潔.變頻器應用基礎［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［3］ 商坤，王建軍.變頻調速在煤礦礦井通風機上的應用［J］.煤礦安全，2006（7）：18－20.