基于PLC控制的變頻調(diào)速在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

申玉川

（陽(yáng)煤三礦生產(chǎn)技術(shù)總部，山西 陽(yáng)泉 045008）

引言

陽(yáng)煤三礦隸屬于陽(yáng)煤集團(tuán)，井田面積39.94km2，礦井地質(zhì)儲(chǔ)量為4 062.03Mt，可采儲(chǔ)量為3 533.97Mt，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為330Mt／a，本礦井屬于高沼氣瓦斯礦井，相對(duì)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(fēng)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€(gè)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(shí)現(xiàn)井下局部通風(fēng)機(jī)電機(jī)能隨井下巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)調(diào)整，以此來控制井下巷道內(nèi)的風(fēng)量，從而達(dá)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(gè)行業(yè)內(nèi)的電氣控制中運(yùn)用廣泛，不僅能對(duì)復(fù)雜邏輯進(jìn)行控制，還可以在各個(gè)控制中實(shí)現(xiàn)順序與定時(shí)功能。通過將PLC和變頻器結(jié)合起來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以瓦斯?jié)舛葹榭刂茀?shù)來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了瓦斯的自動(dòng)排放，節(jié)能效果顯著［1］。

1 PLC控制技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用

在以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)中，電路的開關(guān)動(dòng)作基本上都是由半導(dǎo)體電路實(shí)現(xiàn)，PLC在設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)其進(jìn)行靈活設(shè)置，硬件裝置不再需要制作，使用時(shí)只需要設(shè)計(jì)程序即可滿足不同要求。PLC使用的是梯形圖編程語(yǔ)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(guān)，還可以進(jìn)行各個(gè)電路的運(yùn)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(diào)速技術(shù)可以根據(jù)要求來改變電源頻率以達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。通風(fēng)機(jī)是煤礦設(shè)備的必要設(shè)備，且耗電量在所有的礦用電氣設(shè)備中最大，因此在礦用通風(fēng)機(jī)上推廣使用變頻器對(duì)于節(jié)能的意義巨大［3］。將其運(yùn)用到通風(fēng)機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)無極調(diào)速，根據(jù)生產(chǎn)要求實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)量，減少電能損耗。變頻器還可以在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)限制電流，減少峰值功率損耗，避免在電機(jī)啟停時(shí)對(duì)設(shè)備的沖擊，減少設(shè)備的損耗。變頻器有很多的保護(hù)功能，對(duì)保證風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行意義明顯。PLC與變頻器結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)控，減少了通風(fēng)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(fēng)機(jī)的電機(jī)作為被控單元，電機(jī)的運(yùn)行為變頻運(yùn)行，控制參數(shù)為瓦斯的濃度。采用的PLC的型號(hào)為FX2N－32M，以 FX2N－4AD 作為 A／D 模塊，采用的變頻器型號(hào)為FR－A540。

當(dāng)瓦斯?jié)舛茸兓瘯r(shí)，瓦斯傳感器可以將信號(hào)通過A／D傳遞給系統(tǒng)，并通過PLC進(jìn)行分析運(yùn)算把控制指令輸送給變頻器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，達(dá)到控制的最優(yōu)化。此系統(tǒng)可以在工頻和變頻之間進(jìn)行切換，在電機(jī)的變頻器發(fā)生故障或者需要電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換至工頻，此系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式有手動(dòng)與自動(dòng)兩種，手動(dòng)方式下可以人為控制電機(jī)的啟停等功能，提高電機(jī)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(fēng)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(shè)置電機(jī)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(fēng)機(jī)電流的通斷，在瓦斯?jié)舛茸兓瘯r(shí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)節(jié)，此程序設(shè)計(jì)了5個(gè)級(jí)別的電機(jī)轉(zhuǎn)速［2］，其具體設(shè)計(jì)值（見表2）。

表2 電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)表

此系統(tǒng)可以使用手動(dòng)方式來調(diào)節(jié)變頻器的頻率，也可以通過變頻器自帶的功能來進(jìn)行設(shè)置。

4 PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在瓦斯體積分?jǐn)?shù)≥1.5%時(shí)需要排放瓦斯。所以為了節(jié)能，在瓦斯體積分?jǐn)?shù)＜15%時(shí)，通風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量應(yīng)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(jié)語(yǔ)

根據(jù)陽(yáng)煤三礦井下局部的通風(fēng)需要，設(shè)計(jì)了PLC控制的變頻調(diào)速的局部通風(fēng)機(jī)，此裝置不僅可以及時(shí)實(shí)現(xiàn)瓦斯排放，保證了礦井通風(fēng)的安全性，還可以實(shí)現(xiàn)了用電的經(jīng)濟(jì)型，此設(shè)計(jì)方法對(duì)于類似條件下的變頻調(diào)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(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2004（12）：131－132.

［2］ 石秋潔.變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［3］ 商坤，王建軍.變頻調(diào)速在煤礦礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用［J］.煤礦安全，2006（7）：18－20.