基于PLC控制的變頻調速通風機系統的探究

張仕元

摘 要：在煤礦生產中，通風機承擔著整個礦井的工作任務，因此是最為重要設備。良好的礦井通風能夠確保煤礦生產安全，通風機作為礦井唯一的通風設備，其在為井下換氣的同時，由于持續處于強電流、高電壓的狀態，因此會消耗電量的能源。在倡導節能環保的今天，為了確保煤礦井下生產安全，需要對于通風機實施監控，以提高通風機的使用效率。

關鍵詞：PLC；變頻器；通風機

1.通風系統設計方案

1.1.通風機系統功能

通風系統的主要設備包括通風機、控制設備以及電氣設備。在系統正常運行的過程中，由于通風機需要不間斷運行，所以需要兩臺通風機相互切換運行。通風機系統的控制部分可以控制系統中的任意一臺電機，對于電機的啟動或者是停止都屬于控制系統的操作范圍內。當煤礦處于正常運行狀態時，通風機系統會采用自控控制模式，根據環境需求調節風量大小，變頻器也會相應地調整頻率，讓系統處于最優運行狀態。

通風機系統的傳動部分是通過變頻器來工作的。為實現統一的控制和監測，通風機系統的通訊信號的傳遞通過PROFIBUS和PLC來完成。變頻器控制兩臺電機的運行是通過切換柜來完成的。

監測部分所采用的是包括變頻器在內的采集模塊，除了對于現場的數據進行采集之外，還要收集設備運行過程中的監測數據以及通風工藝數據。這些數據被傳送給PLC模擬量模塊并經過數據處理之后，控制和監測的性能就會在上位機上形成人機界面。在參數的設定和監測上，所采用的是裝有組態軟件的計算機，所有的功能通過觸摸屏就可以實現。煤礦的調度室對于這些數據的掌握是通過GPS獲得的，并以這些數據信號作為參數，對于現場情況統一調配。

1.2.通風機系統主電氣設計方案

1.2.1.高壓電氣方案

為了確保通風機系統的正常運行，通風機系統共設置通風機3臺，高壓開關柜18臺，其中進線柜兩個，變壓器柜以及PT柜各3個，母線柜和出線柜分別為4個和6個。高壓開關柜中的元件有高壓熔斷器、高壓真空斷路器、過壓保護器以及綜合保護裝置等等。

1.2.2.低壓電氣方案

根據通風機系統的設備實際應用情況，供電方式上由高壓開關柜提供電源。2臺低壓開關柜中，其中的1號低壓開關柜采用的是雙回路設計，供電情況上，主要由1號高壓開關柜和2號高壓開關柜所變柜供電；2號開關柜由3號所變柜供電。操作臺包括有3個臺，主臺1個，輔臺2個，在操作臺里面設置有UPS電源，采用了低壓開關柜的供電方式。在主臺的設計上，由觸摸屏和在線檢測工控機構成，控制方式上分為操作臺和上位機兩種，其中的控制臺主要用于應急處理，以確保在系統出現故障的情況下，PLC以及變頻器都可以正常運行。系統共設置3臺PLC柜，對于通風機以及輔助設備都具有一定的控制作用。在正常運行的3臺通風機中，兩臺相互交替運行第三臺通風機則處于單獨運行狀態。在電源的提供上，2號PLC柜和3號PLC柜都為1號PLC柜以及PLC模塊提供電源。

2.通風機控制系統的硬件設計

根據系統的功能需求，PLC柜設計為3個，作為整個通風機系統的樞紐，其作用是承擔系統的控制作用以及對于數據信號的采集。

按照通風機的功能要求，在PLC柜里面安裝有冗余接口模塊、16點數字量輸出DO模塊、32點數字量輸出DO模塊、32點數字量輸入DI模塊、4路模擬量輸出AO模塊和8路模擬量輸入AI模塊。其他的電氣元件包括有繼電器和空氣開關等等。鑒于系統承擔著單個CPU以及信號模塊的故障監測，因此，要將接口模塊連接到模擬量輸入輸出模塊和數字量輸入輸出模塊進行組態，并選取冗余的使用方式。

3.通風機控制系統軟件設計

通風機控制系統的軟件設計所采用的為STEP7軟件完成的模塊化設計，控制流程以及工藝方案都是建立在確保通風機系統運行正常的基礎上的。那么，變頻器控制電機就可以對于運行中的設備進行切換。處于常態下的切換柜，如果遇到變頻器發生故障，為了確保通風機運行正常，切換柜就會自動切換到備用狀態。

OB組織模塊的設計的功能是當CPU停止工作的時候，確保系統不會出現錯誤，因此，要在CPU組塊中安裝OB70、OB80、OB82、OB87、OB121、OB122等。FC、FB程序塊設計上，采用FC4程序塊設計，其功能用于采集電流信號、功率信號以及變頻器轉速等等，在信號的轉換和存儲上，調用FBI來執行。FC4程序的處理是通過上位機將數值輸入進去，經過程序處理后傳送給變頻器，從而起到了調節變頻器的作用。當系統處于正常狀態時，兩臺變頻器會同時運轉。按照FC4程序塊設計，變頻器的運轉速度所采用的方式為同時給定方式。

4.結語：

綜上所述，煤礦礦井的環境非常惡劣，主要是因為地下的煤層中會釋放一些有毒氣體，伴隨著容易燃燒的粉塵，加之機械設備所釋放出來的熱量以及空氣中過高的熱度和濕度，都會對于井下工作人員造成極大的健康威脅。本論文對于通風機系統的控制與監測設計克服了傳統的設計方案，以全自動化控制的方式實現高效率、高可靠性的運行，以滿足煤礦井下作業的需求。

參考文獻：

[1]李永剛.基于PLC控制的變頻調速通風機系統[D].太原理工大學， 2012.

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