基于PLC實(shí)現(xiàn)的自動化電氣控制應(yīng)用研究

摘 要:針對傳統(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，對其進(jìn)行了自動化電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，在分析了主扇風(fēng)機(jī)自動控制功能的基礎(chǔ)上，給出了電氣自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，從系統(tǒng)硬件和軟件兩個角度詳細(xì)探討了基于PLC實(shí)現(xiàn)的自動化電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對于進(jìn)一步提高PLC在自動化電氣控制系統(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 自動控制 電氣控制

中圖分類號:TP29\t\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0134-01

我國是一個煤礦大國，我國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)的自動化和安全度。為此，必須要實(shí)現(xiàn)對煤礦風(fēng)機(jī)的自動化電氣化的控制。

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

主扇風(fēng)機(jī)自動監(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。該自動控制系統(tǒng)分為兩個部分，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)的測量。

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

(1)實(shí)時檢測通風(fēng)系統(tǒng)礦井風(fēng)量、風(fēng)速、靜壓、全壓、動壓、甲烷濃度等參數(shù)。

(2)實(shí)時檢測每臺風(fēng)機(jī)的電量參數(shù):電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)。

(3)測風(fēng)機(jī)前后軸溫、振動情況，當(dāng)震動超出正常值時，自動報(bào)警。

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

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

(6)實(shí)時檢測電機(jī)定子的溫度。

(7)扇風(fēng)機(jī)檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表查詢和打印功能。

(8)主要參數(shù)的歷史趨勢曲線、實(shí)時運(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、手動控制風(fēng)門啟動功能:遠(yuǎn)控:通過上位計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)控制風(fēng)門啟停。

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)自動化監(jiān)控系統(tǒng)中來，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)到無人值守的目的和生產(chǎn)要求。

2 基于PLC的風(fēng)機(jī)自動化電氣控制系統(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)的速度高低自動調(diào)整電動機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)，完成主扇風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制，并通過在主扇風(fēng)機(jī)周圍布置的傳感器的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對主扇風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時自動監(jiān)測，將監(jiān)測參數(shù)傳送給PLC，由PLC實(shí)現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的自動計(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、動力控制線路以及電動機(jī)等組成。一般來說，系統(tǒng)采用一臺變頻器控制多臺主扇風(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)信號分析。

當(dāng)PLC控制變頻器啟動后速度傳感器檢測出當(dāng)前主扇風(fēng)機(jī)的工作速度，并將信號轉(zhuǎn)換為4mA～20mA模擬電流信號，送入PLC的模擬量擴(kuò)展模塊作為實(shí)際速度值;PLC接收到速度信號之后與給定的速度值進(jìn)行比較，同時和底層傳感器監(jiān)測到的其他參數(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的電壓信號給變頻器，變頻器依據(jù)輸入電壓信號的大小，控制電動機(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)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序主要用于將程序語言翻譯成機(jī)器語言、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)。用戶程序是用戶通過PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場的各種控制。

PLC的輸入量在監(jiān)控系統(tǒng)中只識別數(shù)字量，而由傳感器檢測到的是4mA～20mA的電流模擬量的溫度與壓力值。通過使用STEP7的標(biāo)準(zhǔn)功能模塊FC105(SCALE)可以把這種的模擬量轉(zhuǎn)換成一一對應(yīng)的數(shù)字量。由于電動機(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傳感器故障。一旦檢測值超過預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值時，PLC就啟動報(bào)警程序報(bào)警，然后啟動故障診斷子程序，判斷傳感器是否壞。故障診斷的過程實(shí)際就是將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號與系統(tǒng)允許的極限值做比較，如果接近或超過極限值則說明傳感器出現(xiàn)故障。舉個例子:5mA～25mA的模擬輸入量允許的數(shù)字量為0～24678，如果超出這個范圍，說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。利用故障診斷程序可以為調(diào)度人員提供基本的信息，便于故障查詢及維護(hù)。對于傳感器故障引起的數(shù)據(jù)異常，對傳感器及其連接線路進(jìn)行檢測與維修即可，沒必要再從電動機(jī)和通風(fēng)機(jī)上查故障。

3 結(jié)語

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

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