基于PLC技術的風機自動化節能控制系統探究

崔世杰 郭凱 曹永愛

[摘? ? 要]PLC具有較高的安全性和穩定性。同時，因其使用方便，性價比較高，故在工業控制領域得到了一定的推廣。煤礦風機設備的工作狀態在很大程度上決定了煤礦生產能力和質量，而將PLC技術引入風機自動化節能控制系統中，可以起到較好的應用效果。文章對PLC的煤礦風機自動控制系統的設計情況進行了簡要分析，具體分為硬件和軟件兩部分分別闡述，以供參考。

[關鍵詞]PLC技術;煤礦風機;自動化控制

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–000–02

Research on Automatic Energy Saving Control System of Fan Based on PLC Technology

Cui Shi-jie，Guo Kai，Cao Yong-ai

[Abstract]Programmable controller has high security and stability. In addition， it is easy to use and has high cost performance. It has been popularized in the field of industrial control. The working state of coal mine fan equipment largely determines the production capacity and quality of coal mine. The introduction of PLC technology into fan automatic energy-saving control system can play a better application effect. This paper briefly analyzes the design of PLC coal mine fan automatic control system， which is divided into two parts： hardware and software for reference.

[Keywords]PLC technology; coal mine fan; automatic control

風機設備廣泛應用于工業生產領域，在礦井生產當中，大多應用在冷卻系統和鍋爐系統當中。同時，通風除塵系統中也需要風機設備，其功能在于控制擋板開合程度，調節風門大小，進而實現對風量的控制。如果風機設備不間斷運行，就會在一定程度上影響控制精度，一方面，這會造成能源的浪費，另一方面也會加劇設備磨損。近年來，我國不斷推行節能減排，煤礦也在積極響應，開始引入變頻器和編程器，以提高操作便捷性，為設備維護帶來便利，提高生產精度。基于PLC變頻器和控制器控制系統，不僅可以控制能源的損耗，而且可以方加快預測案成本，進一步提高煤礦企業的經濟社會效益。

1 系統要求和工作原理

1.1 系統要求

煤礦風機系統面臨著較為惡劣的工作環境，為了PLC編碼器下的自動化控制系統可以適應多種多樣的應用要求，就需要系統保持較好的安全穩定性;同時，控制系統還應具備較好的操作環境，外部系統結構也應當具備多方面擴展功能;為了確保工業生產系統可以更好地實現實時監控功能，就需要工業操作現場具有安全可靠的網絡接口;除此之外，工廠還應具備預警、提醒設備，一旦系統發生異常可及時通知工作人員進行處理。

對目前的煤礦風機管理而言，其大多采用的是人力控制，因而礦井內的自動化水平較低。這就需要設計風機控制系統，從而提高自動化水平，保證工作效率的同時節約人力資源。主要包括以下4個方面：①實現系統化控制，將手動控制、半自動控制和自動化控制進行整合，可以自由切換;②系統具備相應的自我保護功能，可以及時診斷各個控制系統中存在的故障，傳輸電流和電壓數據，并監控電機設備和軸承的溫度等相關參數，一旦任何監測部分出現差錯都能及時進行判斷，向工作人員發出告警信息，并且停止相關動作;③實時顯示系統內部的各種信息數據，經由簡單的人機交互畫面來監控水泵流量、排水管流量和壓力，同時顯示水泵風機軸承溫度等信息，以便發生故障時可將相關信息顯示出來;④具備遠程監控和通訊功能，應用光纜和信號交換設備和井下PLC編程控制器設備進行連接，同時在信息傳輸通道中接入井上工控機，形成一個完善的網絡化控制平臺，從而進行控制，并將相關參數記錄下來。

1.2 工作原理分析

風機風量的控制都是經由具體環境和所需要的輸出風量決定的，因而為了確保相關工作的順利開展，需要將風量維持在特定水平之上，這可以在一定程度上避免電動機電能過度消耗的問題。為了實現該目的，需要應用PLC自動控制技術設計煤礦風機系統，應選用閉環控制形式，在系統中連入各種傳感器設備，實時監測現場的各種溫度數據;同時相關溫度信號進行轉化，以模擬信號的形式輸出。基于數模轉換技術來及時傳遞信息，之后利用編程器和數字信號之間完成對比，在完成上述工序之后，即可輸出模擬信號。在這個過程中，風機各種參數都會受到控制器的影響，從而實現對車間溫度的監控，可以結合溫度的變化來控制風量。

2 PLC技術下的煤礦風機自控系統設計

2.1 硬件設計

2.1.1 PLC

在煤礦風機自控系統中，主要應用可編程控制器來實現控制功能，滿足實際工作的要求。該系列編程器的性能和功能都較為強大，具備高速計數功能，可以完成雙路輸出脈沖等。該控制方法的優勢主要體現在以下幾點：①一旦系統自動程序發生故障，可以及時切換成手動控制的形式，進而確保系統運行的安全穩定;②一旦系統在工作時存在設備故障，如電機故障，即可應用手動控制的形式來關停電機，換用其他電機設備，確保系統運行的安全穩定;③在設備完成安裝環節之后，要進行最終調試，檢查各個設備的正常工作情況。

2.1.2 溫度傳感器

為了及時將礦井溫度的相關信息傳遞出去，需要基于既定方案，安裝和測試傳感器設備，之后將測試結果進行變換，和預期數值進行對比。變頻器可以直接決定風機設備的轉速，因而需要確保車間室內的溫度等同于要求的溫度。所使用的繼電器型號為KA1-KA6，應用的接觸器型號則為KM1-KM-6，共同組成連接線圖，具體見圖1。

溫度傳感器設備方面，可以選擇熱電偶傳感器，將其裝設在目標對象上。熱電偶傳感器的特性在于不會受到介質的相關影響，所以可以在一定程度上保證測量準確率。在溫度測試的過程中，隨著熱電勢的不斷變化，溫度傳感器也可以及時處理電勢的變化情況，從而獲取目標的溫度數值。

2.1.3 變頻器

本系統中，變頻器設備選型為森蘭BT12S，可以在主電路當中，將其連接到輸入端電源上，在輸出端則連接到離心風機上，在使用之前要確保連接正確，否則無法正常工作，導致短路和設備損壞。控制端子FWD的工作形式為正轉啟動段，將其和公共端之間進行連接，從而保證電動機保持單相正轉工作狀態。

2.2 軟件系統設計

2.2.1 PLC程序

對于風機控制系統而言，其主要控制形式包括遠程控制、手動控制、工作頻率控制和恒溫控制。其中工作頻率控制和恒溫控制屬于自動化控制技術。恒溫控制技術近年來得到了迅速推廣，成為一種較為重要的自動化控制技術。本系統中的自動化恒溫控制屬于變頻形式，在設備的具體運行過程中，需要結合控制器調節變頻器設備，從而起到溫度控制的效果。該控制方式更多是借助電氣線路來完成控制的，此處PLC的任務目標在于實現接收溫度數據信息并加以處理，之后可結合所接收到的數據信號來調節接觸器和變頻器設備，進而控制風機電機，調節風量和溫度。圖2為PLC程序變頻線路設計。

2.2.2 程序梯形圖

在程序梯形圖設計的過程中，需要從以下4個角度進行設計：①在系統的啟動和停止方面，該程序目前的功能是運行以及關停系統，經由啟動按鍵來控制系統運行，而想要控制系統停止，則可以使用停止鍵;②模擬量輸入，對于煤礦風機控制系統設計部分，應用了兩個傳感器，測試了不同點的溫度，因而需要讀取溫度模擬量的相關信息;③程序比較，可以讀取兩個不同位置的溫度數值之后進行平均計算，之后將其與設定值進行對比，在二者不同的情況下即可進行調整;④輸出模擬量，經過計算之后，將數據信息傳輸到變頻器中，基于所獲取的信息來調節風扇轉速。圖3為PLC控制流程圖。

3 結束語

本文基于系統設計要求、工作原理、軟硬件設計方案等角度來對PLC煤礦風機自控系統進行了分析。結合PLC來控制變頻器設備，離心風機變頻調速自動控制系統也成了可能。該系統可以就地控制PLC，同時可以實現自動工作和手工工作兩種形式。這樣一方面，可以順利實現自動控制的相關功能，讓工作效果得到保障，另一方面，可以及時切換工作方式，避免斷電、自動元件故障等問題的干擾。

參考文獻

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