基于PLC程序控制變頻器的方法

楊愛蘭，聶玉鳳,孔峰

(1.山東世紀礦山機電有限公司， 山東 濟寧 273500;2.山東龍鄆煤業有限公司, 山東 荷澤 274700)

0 引言

隨著近年來人們對節能環保的要求，變頻器在煤礦井下已經得到廣泛應用，主要體現在壓風機、通風機、提升設備、絞車及帶式輸送機等無極調速方面的應用[1-9]。使用變頻器可以降低電力線路電壓波動，減少對電網的沖擊，可調節加速功能、運行速度和轉矩極限及受控的停止方式，可控制電動機啟動電流和可逆運行控制，減少煤礦機械設備的磨損，進而降低成本、提高系統穩定性。該變頻器應用在提升設備、絞車中不僅可減少該設備在啟動過程中鋼絲繩的拉力及卷繩筒和改向輪所承受的力，而且在下放過程中變頻器可將這部分由勢能轉化的電能反饋電網，做到了節能及勢能再度利用[10-13]。

變頻器是高壓設備，當前礦用變頻器電壓為630 V、1 140 V，有些已達到3 300 V。盡管煤礦機構已經對操作人員進行了安全規范培訓，但還是會有因各種原因而忽視安全操作規程，進而導致事故的發生的現象，這對人身安全造成很大威脅。為能更好地發揮變頻器的優點，又不對煤礦操作人員的人身安全產生威脅，提出一種基于PLC來解決煤礦井下對變頻器控制及各種保護功能的方法，既符合煤礦安全生產要求，減少了“高投入、低產出”現象，又達到節能環保的要求。

1 系統設計

1.1 基于PLC程序控制變頻器方法

為更好、更安全地使用變頻器，使其在運輸系統中發揮保護作用，提出了一種基于PLC程序控制變頻器的方法：

1) 設置有手動調速桿、人員識別、危險狀態警示以及語音報警功能。在水平操作面上設置控制礦車電動機運行速度的手動調速桿，使得操作人員可省時、省力、便捷地實現礦車無極調速，便于精準、合理地對礦車速度進行控制。

2) 通過設置指示燈，當礦車速度過快、機頭過卷和機尾過卷時均可發出報警指示信號，有利于操作人員快速處理險情，避免危險事故發生。

3) 通過設置用于讀取識別卡信息的讀卡器，使具有合法身份的工作人員才可操作控制臺，頁面具有密碼登錄功能，杜絕了由于非操作人員操作不當而引發的安全事故。

1.2 控制步驟

1) 程序掃描鍵盤信息，輸入密碼(密碼可修改設置)正確后設定各參數，掃描操作員的識別卡信息。

2) 程序按步驟識別卡信息處理后，得到經資格授權操作員的考勤及信息，確認是經資格授權操作員后進行操作變頻器控制臺，非特定工作人員不能操作。

3) 經資格授權操作員打開電抗器，可查看程序掃描是否有故障。

4) 對變頻器進行自動控制或者手動控制。若為自動控制則會按照額定速度的百分比(該百分數可按照實際需求設定)進行運轉;若為手動控制，按下變頻器起動按鈕，根據需求調節手柄便可達到實際需求速度。達到實際需求速度后可從屏幕查看當前運行狀態、電動機速度等。

5) 變頻器帶動電動機正常運行后，從變頻器控制臺上按下“MENU”鍵可以查看變頻器和電動機的相關參數，了解變頻器及電動機實時狀況。按下“ESC”鍵則返回到系統狀態界面。

6) 在運行過程中若發生急停、變頻器故障等情況，可自動記錄故障類型和時間，方便維護及日后查看。待故障消除之后，按下復位按鈕，則可重新啟動變頻器。

7) 在變頻器正常運行時，若按下停止按鈕，則變頻器停止運行。

8) 返回程序掃描狀態，操作控制變頻器。

2 程序控制流程設計

如圖1所示，具體程序控制流程設計為：

1) 操作員輸入密碼并進行密碼修改，改為容易記憶的密碼。密碼修改完成后生效，若修改密碼忘記,可以恢復出廠密碼，再次進行修改。

2) 輸入正確密碼后可進入參數設置界面，根據用戶要求，對程序設置的參數進行設置。設置內容包括：巷道內軌道長度、超速值、脈沖個數(由于采用霍爾式速度傳感器)以及輸送帶輪的周長等參數。還可進入時間設置頁面，將時間設置好。進入識別卡設置頁面，選擇是否使用識別卡，若使用則要設置識別卡號，否則無需設置。

3) 若使用識別卡來鑒別司機身份，則程序會掃描接收到識別卡的信息。若為司機則可對變頻器進行操作，否則即使在沒有故障、變頻器啟動按下及手柄有輸出的情況下變頻器也不會啟動，有效地防止了非操作人員對變頻器進行操作。

4) 在變頻器正常啟動之后，可以通過屏幕查看系統運行狀態和運輸裝置的示意圖(形象生動地反應了運輸狀況，以備做出相應操作)。還可查看變頻器及電動機的運行參數，保障設備正常運轉。

5) 控制臺設有語音報警功能，在變頻器啟車及有故障發生時都會有相應的報警功能。給操作人員及巷道施工人員以警示作用。同時，省去維修人員查找故障原因時間，保障煤礦高效生產。

6) 巷道人員配備無線手機，可以通過該手機打點反映運輸設備的運行狀況，為控制臺人員提供可靠消息,以控制電動機速度。發生緊急情況無線手機可以發出急停信號，通過控制臺控制電動機停轉。無線手機和主機間可以通話，以備控制臺實時了解運輸設備狀況。

7) 巷道中每隔一定距離都會配有急停控制箱，一是發出急停信號給主機控制變頻器停車，二是廣播主機警示語音。

8) 在故障發生后，維修人員維修完畢，給主機人員信號，主機人員可按下復位按鈕，啟動變頻器，給出實際需要速度。

9) 主機上也設有急停按鈕，特殊情況時按下急停按鈕，可停止變頻器運行，待急停解鎖后，操作人員才能再次啟動變頻器。

10) 主機上設有停止按鈕，按下該按鈕變頻器停止運行。

11) 返回程序掃描狀態，操作控制變頻器。

圖1 PLC程序流程圖

3 變頻控制系統具體實現

圖2所示為本實用新型的變頻器控制臺中電路部分的原理框架圖，其包括PLC控制器、讀卡器、速度傳感器、機頭過卷傳感器、機尾過卷傳感器、變頻器、語音回路、指示燈、控制按鍵。所示的PLC控制器具有信號采集[14-15]、數據運算[16]和控制輸出的作用，其通過變頻器可控制礦車電動機的啟動、運行和停止。速度傳感器與齒輪配合安裝在礦車電動機所帶負載的驅動輪上，隨著礦車電動機的運行，速度傳感器持續向PLC控制器發送脈沖信號，通過累計脈沖數，PLC控制器可以實時獲知礦車的位置,而單位時間收到脈沖數即可換算為絞車的運行速度。為了消除往返運行造成的誤差，在下放礦車前，按下PLC控制箱上的“位置復位”按鈕，則位置顯示值將校準為原點位置值。

PLC控制器通過機頭過卷傳感器、機尾過卷傳感器可分別檢測出絞車是否發生機頭過卷和機尾過卷。操作按鈕、調速桿、液晶顯示屏均與PLC控制器相連接。PLC控制器通過讀卡器讀取識別卡中的信息，礦車變頻器控制臺的操作人員只有攜帶了合法的識別卡，才可識別通過，進而獲取操作控制臺的權限。這樣，就杜絕了不具有權限的人員操作控制臺而引發的安全事故。當危險情況發生或將要發生時，如礦車運行速度過快、機頭過卷或機尾過卷，指示燈發出提醒操作人員的警示信號，以便操作人員迅速采取應對措施。語音回路實現語音通話功能，控制按鍵可控制液晶顯示屏上的顯示信息，其結構形式如圖2所示。其按鍵功能依次為退出鍵、上移鍵、進入鍵、左移鍵、菜單鍵、右移鍵、增量鍵、下移鍵、減量鍵。

圖2 變頻器電氣原理框架圖

4 結論

利用程序控制方法，通過變頻器控制臺來控制變頻器，避開了變頻器的高壓危險，保證操作人員的人身安全;有人員識別和密碼登錄雙重保護，做到了非操作人員不能啟車;帶有故障記憶功能，便于查找分析故障點，有效縮短設備維修時間，為社會帶來較大的經濟和社會效益。