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基于PLC的矿井通风控制系统设计.doc
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基于PLC的矿井通风控制系统设计.doc
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目 录
2 设计方案拟定.........................................................1
3 系统结构及工作原理..................................................2
3.1
系统结构
.......................................................................................................................................2
3.2
系统控制原理
...............................................................................................................................3
3.3
系统运行方式
...............................................................................................................................5
3.4
变频调速原理
...............................................................................................................................5
3.5 PID
调节原理介绍
.......................................................................................................................7
4 提高通风机装置综合效率..........................................10
4.1
风机调速
.....................................................................................................................................10
4.2
调整轴流风机叶片安装角度
.....................................................................................................11
4.3
更换电机
.....................................................................................................................................12
4.4
采用“子母”风机
..........................................................................................................................12
5 硬件设计.............................................................12
5.1 PLC
类型选用
............................................................................................................................13
5.2
变频器类型选用及接线方式
.....................................................................................................14
5.3
瓦斯传感器选择
.........................................................................................................................15
5.4
压力传感器选择
.........................................................................................................................16
5.5
变送器选择
.................................................................................................................................17
5.6
电机选择
.....................................................................................................................................18
5.6
电源供电方式
.............................................................................................................................18
5.7
故障处理及保护功能
.................................................................................................................20
6 软件实现.............................................................21
6.1 PLCI/O
分配
...............................................................................................................................22
表
1 PLCI/O
口分配表
.....................................................................................................................23
6.2 PLC
接线图
................................................................................................................................23
6.3
程序控制流程图
.........................................................................................................................24
6.4
程序调试、测试和监控
.............................................................................................................25
上位机联机调试
..............................................................................................................................27
6.6
软件操作应注意事项
.................................................................................................................28
7 结束语................................................................29
谢辞.....................................................................29
参考文献................................................................30
附录 1 程序清单.......................................................32
1 引言
矿井通风控制是井下采、掘行业必不可少环节,特别是在瓦斯浓度要
求严格作业面,井内通风状态以及瓦斯气体含量对工作人员来说非常重
要。因此,矿井通风控制具有重要理论意义及实际意义,近年来受到格
外关注。所谓通风控制,主要是针对矿井风流控制,通过对通风机进行
调速来控制风流状态。在通常状况下,井下环境恶劣且风流压力受各种
扰动影响而变化无常、难以把握。原先用人工进行通风控制,由于无法
每时每刻对矿井风量进行准确定位监测,很难准确控制风机启停;并且
出现故障多,可靠性差,给维修带来很大麻烦。以往通风控制系统中有
很大一部分通风电机是不变速拖动,不变速电机电能大多消耗在适应风
量变化而频繁开停风机中,这样不但使电机工作在低效区、减短电机使
用寿命,而且电机频繁开停使设备故障率很高,系统维护、维修工作量
较大;另一方面,由于风量随机性,所使用风量是动态,采用传统方法
难以保证通风实时性。从整体最优目标要求出发,这些因素必须在控制
设计中加以考虑,这就需要寻找并应用行之有效理论,从而来满足这些
要求使设计变得简单易行。针对以上提出问题,本文采用自动化控制对
整个矿井通风系统进行改进,将所关心区域主风流作为当前状态,井下
环境干扰作为外部扰动输入,通风机输出功率作为控制输入,并考虑实
际上瓦斯浓度、风流流速检测滞后基础上,应用控制理论及技术解决这
类矿井通风控制问题,在整体上求得技术及经济最佳效益。
2 设计方案拟定
用变频调速来控制风机运行,通常有单片机或 控制两种方式,
但在软件设计上, 比单片机编程更简洁、直观;从硬件接口考虑,
单片机电路稍微复杂一些;从经济方面考虑,由于 工艺日渐成熟,
小型 成本及单片机相差无几,由于要根据现场情况调整系统参数,
软件中时间参数调整更简单,硬件接口简易可行、提高系统运行可
靠性,特别是整个系统稳定性和抗干扰能力很强,这样更有利于售后服
务人员掌握。
本设计方案将 及变频器结合在一起组成自动化通风控制系统,
更好优化了传统通风系统,解决了传统系统中能耗大、通风质量差等诸
多问题,它用 进行逻辑控制,用变频器对电机速度进行调节,自动
控制电机转速,在保持恒压状况下,达到控制风量目。
系统通过瓦斯传感器检测瓦斯浓度和压力传感器检测负压,经变送器
转换后,送到 进行比较、判断,将控制信号送给变频器,从而控制
通风电机转速,使之实现最优控制。系统应具有“变频 工频”切换功能,
当变频器出现故障或电机需要长期在工频状态下运行时,可将电机切换
到工频状态,有手动和自动切换 种方式,同时还有手动“启停”功能、
电机过热保护、声光报警等功能,提高了系统可靠性。
3 系统结构及工作原理
3.1 系统结构
系统结构框架如图 所示,整个控制系统主要由 、变频器、瓦斯传感
器、压力传感器、电机组、通风机组等组成,该系统主控单元采用 ,被控
元件为变频运行通风电机,主控参数为瓦斯浓度。
图 系统控制原理框图
3.2 系统控制原理
通过安装在矿井内部瓦斯传感器和压力传感器,将信号传给变送器变
成标准电信号送入 调节器,经运算及给定压力参数进行比较,得出
调节参数送给变频器,由变频器控制风机电机转速。
系统工作主电路如图 所示,当系统切换到自动状态时,根据检测到
矿井内负压大小,首先控制通风电机 软启动,变频运转并随时检测其
数值,如果得到设定值,系统将处于当前状态恒速运行。否则频率上升
到 , 工频运行,如果还未得到设定值,系统软启动 电机,
变频运行并无冲击切换到工频电源,直到矿井内负压达到设定值为止,
实现通风电机循环软起动。当所需负压减小时, 电机转速逐渐下降到
某一个设定低速值,如井内负压仍高于设定值,然后停止该台电机运转。
瓦斯传感器
PLC
变频器
380V 交流电
声光报警
手动自动
压力传感器
变送器
电动机
通风机
工频/变频
停止一台电机后,如果仍高于设定值,系统将 电机由工频切换为变频
运行,以此实现通风电机循环运行,直到压力等于设定值。 做备用电
机,当 或 发生故障,以及需要维修和紧急情况时,通过启用
电机来达到正常工作目。
图 系统工作主电路图
控制系统用一台变频器可以带两台电机,、、 电机可以工
作在常规工频模式,、 可以工作在变频模式。每台电机只能处于
变频或工频其中一种工作模式,通过 程序和外部接触器进行互锁,
保证了安全及可靠运行。利用安置在矿井内部传感器将信号传输到变送
器,转换成数字信号,再传送给 ,数值在 内部进行比较后,控
制变频器从而对电机速度控制。电机起、停分别由 内部参数所决定。
根据所需负压大小由 控制工作组电机数量增减及变频器对电机调速,
实现稳定负压值
。
采用变频器控制通风电机转速,并自动调节风机运行台数,完成系统
闭环控制,达到稳定负压和节能目。系统任意设定所需负压值,其反馈
值通过 调节后控制调速装置,以调节通风电机运行速度,从而调节
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