基于PLC的煤礦風機自控系統(tǒng)設計

崔少青

（晉能集團晉中公司， 山西 晉中 030600）

引言

風機主要應用在煤礦生產(chǎn)的冷卻系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)、通風系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方式是通過對風門和擋板的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，不能根據(jù)生產(chǎn)需求進行調(diào)節(jié)和靈活控制，這在很大程度造成了煤礦生產(chǎn)的資源浪費，增加了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本。隨著我國節(jié)能減排理念的貫徹落實，煤礦企業(yè)也在注重品質(zhì)的同時，注重提高對資源的利用率。為此，將可編程的邏輯控制器應用到風機控制系統(tǒng)中，能夠提高控制的精準性，可降低生產(chǎn)成本，減少污染物的排放。

1 煤礦風機自控系統(tǒng)設計方案

1.1 系統(tǒng)設計要求

煤礦生產(chǎn)環(huán)境復雜，系統(tǒng)運行的環(huán)境較差，為了保障風機自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，將PLC應用到風機自控系統(tǒng)中能夠更好地適應惡劣的運行環(huán)境，而且也方便了煤礦生產(chǎn)對系統(tǒng)的操控，所以要求系統(tǒng)設計中必須具備應急處理功能、靈活且擴展性強的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實時監(jiān)控、現(xiàn)場工業(yè)操作接口、故障或突發(fā)情況預警裝置、優(yōu)越的系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境。

現(xiàn)階段，煤礦生產(chǎn)中風機自控系統(tǒng)主要是通過人工調(diào)節(jié)來完成的，自動化水平低，系統(tǒng)內(nèi)部設計的很多內(nèi)容都無法滿足高強度的生產(chǎn)需要。在具體的設計方案中，系統(tǒng)必須具備以下幾項功能：一是系統(tǒng)控制要集合多種方式，比如自動控制方式、半自動控制方式、手動控制方式；二是系統(tǒng)要具備保護功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，能夠自動對故障進行診斷，而且在日常系統(tǒng)運行中，能夠?qū)ζ渲泄╇婋妷骸㈦姍C軸承溫度等多項參數(shù)進行監(jiān)測，一旦參數(shù)超出正常值上線時，系統(tǒng)需要及時、準確做出判斷，并向工作人員發(fā)出警報，立即自動停止故障機組的運行；三是系統(tǒng)應具備實施顯示參數(shù)信息的功能，這樣工作人員可以在控制界面對單臺機組的參數(shù)進行監(jiān)測，保障在發(fā)生故障時，能夠準確定位故障發(fā)生位置；四是系統(tǒng)應具備遠程控制和遠程通信功能，在系統(tǒng)運行中，通過控制器可以實現(xiàn)信號交換、傳輸、查詢、記錄等操作[1]。

1.2 系統(tǒng)工作原理

在工業(yè)生產(chǎn)中，風機的主要作用是在生產(chǎn)環(huán)境中輸出風，使輸出量能夠保持在生產(chǎn)要求的固定參數(shù)值上，從而保障生產(chǎn)的順利進行，避免在不需要情況下電動機空轉(zhuǎn)造成電能資源浪費。在PLC的基礎上進行風機自控系統(tǒng)設計，主要是通過閉環(huán)控制方式的設置，使現(xiàn)場作業(yè)在溫度傳感器的幫助下，對現(xiàn)場的溫度進行實時感應，當溫度超過要求范圍時，就模擬輸出信號，通過A/D轉(zhuǎn)換對設備發(fā)出輸出信號，將多余的風量傳遞出去，使溫度得到控制，在系統(tǒng)運行過程中，風機的運行主要受變頻器的控制[2]。

2 基于PLC的煤礦風機自控系統(tǒng)設計分析

2.1 硬件設計分析

2.1.1 可編程控制器的設計

作為系統(tǒng)的主控設備，可編程控制器必須在煤礦企業(yè)生產(chǎn)情況的基礎上進行選擇，此次設計方案中主要選擇的是日本松下生產(chǎn)的FPO系列。這套控制設備的性能十分優(yōu)越，具有模擬量設定、雙路脈沖輸出、高速計算等功能，能夠在主機單元中作為獨立模塊進行數(shù)據(jù)集中處理，而且具有良好的擴展性，可以組合擴展單元進行操作。并且各單元都具備擴展接口，在操作中直接進行連接即可。

整套設備的控制系統(tǒng)由三個模塊構(gòu)成，一個是主模塊，一個是擴展模塊，一個是A/D轉(zhuǎn)換模塊。其中接口共有39個；I/O端口要根據(jù)系統(tǒng)的實際需求來確定，但盡量少使用。在盡可能保障系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性不受影響的情況下，主要編寫了兩項程序，一項是自動控制程序，一項是手動控制程序，采取這項的程序編寫主要是為了當自動控制程序發(fā)生異常情況時，還可以用過手動程序保障系統(tǒng)運行不受影響[3]。而且當某項單元出現(xiàn)故障時，可以手動停止其繼續(xù)運轉(zhuǎn)，能夠避免故障范圍的擴大。

2.1.2 溫度傳感器的設計

系統(tǒng)在設計過程中，需要在生產(chǎn)車間內(nèi)安裝溫度傳感器實時對車間內(nèi)的溫度進行監(jiān)測，并通過系統(tǒng)對監(jiān)測的溫度數(shù)據(jù)進行換算，再進行標準溫度對比，這就能通過控制變頻器，調(diào)整車間內(nèi)的溫度，使其滿足生產(chǎn)要求。溫度傳感器的選擇要結(jié)合生產(chǎn)的實際需要，但多數(shù)煤礦企業(yè)選擇的溫度傳感器都為熱電偶傳感器，這種傳感器能夠直接與需要測試的對象進行連接，不會受到其他介質(zhì)因素的影響，所以測試的結(jié)果具有較高的準確性。而且這種傳感器的測試范圍較大，可以隨著測試對象的溫度變換，并將測試的結(jié)果傳輸?shù)娇刂破髦羞M行溫度值換算[4]。

2.1.3 變頻器的設計

此次系統(tǒng)設計選擇的是森蘭品牌的變頻器，這款變頻器在使用過程中要十分注意連接，一旦構(gòu)建的連接出現(xiàn)錯誤，后果十分嚴重。

2.2 軟件設計分析

2.2.1 控制系統(tǒng)的程序設計

程序設計主要根據(jù)系統(tǒng)所具備的功能進行，其中最重要的一項功能是變頻恒溫運行功能，這種功能在程序設計上十分復雜，其能夠在系統(tǒng)控制下通過控制器對變頻器的調(diào)節(jié)和控制實現(xiàn)全自動變頻恒溫運行。這項設計程序是可編程邏輯控制器的核心內(nèi)容，能夠保障系統(tǒng)在運行過程中自動調(diào)節(jié)，避免多余構(gòu)件的安裝，提高系統(tǒng)整體的可靠性和安全性。而且通過在計算機上的程序操作，借助通信功能，可以實現(xiàn)遠程控制和遠程輔助操作，為各項設備在運行過程中提供更安全的保障。

2.2.2 程序梯形圖設計

首先是啟動與體制程序。這項程序主要負責系統(tǒng)停止運行和啟動運行，啟動鍵按下后，就代表系統(tǒng)進入了運行中，直至按下停止鍵前，系統(tǒng)將會持續(xù)處于運行狀態(tài)；停止鍵被按下后，系統(tǒng)即進入了停止運行的狀態(tài)。

其次是模擬量輸入程序。這項程序主要根據(jù)溫度傳感器傳輸?shù)妮斎耄瑢囬g內(nèi)的空間溫度進行溫度值換算，保障車間內(nèi)溫度值達到標準要求。模擬量程序讀取數(shù)值的次數(shù)要根據(jù)車間溫度傳感器的個數(shù)決定，如果車間內(nèi)兩點安置了溫度傳感器，那么就要讀取兩次模擬量[5]。最后是比較程序，在讀取溫度模擬量數(shù)據(jù)后，要先進行數(shù)值濾波，再取其數(shù)值的平均值，得到的平均值就可與設定值對比，當二者吻合時，即表明溫度正常不需要調(diào)節(jié)，不吻合時就可以通過系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。另外，根據(jù)比對后數(shù)值的差異將調(diào)節(jié)后的模擬量輸出作用到變頻器上，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的實際工作量，也就是對溫度控制的程度。

3 結(jié)語

基于PLC的煤礦風機自控系統(tǒng)設計能夠有效幫助煤礦企業(yè)節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本，提高控制系統(tǒng)的自動化水平，使系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性得到保障。但在設計過程中，不能單純只依靠自動化控制系統(tǒng)，還要考慮故障時的控制情況，所以要合理結(jié)合多種控制方式進行設計。