基于PLC控制的变频调速在矿井通风机中的应用

申玉川

（阳煤三矿生产技术总部，山西 阳泉 045008）

引言

阳煤三矿隶属于阳煤集团，井田面积39.94km2，矿井地质储量为4 062.03Mt，可采储量为3 533.97Mt，矿井设计生产能力为330Mt／a，本矿井属于高沼气瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为8.96m3／t。瓦斯已成为威胁到矿井安全生产的主要因素，做好通风工作是处理瓦斯的主要措施，然而井下空气中的瓦斯浓度是一个变化的量，随着采掘工作等因素的影响其浓度变化很大，因此为实现井下局部通风机电机能随井下巷道内的瓦斯浓度实时调整，以此来控制井下巷道内的风量，从而达到控制瓦斯浓度的目的。PLC是一种新型的控制装置，并且在各个行业内的电气控制中运用广泛，不仅能对复杂逻辑进行控制，还可以在各个控制中实现顺序与定时功能。通过将PLC和变频器结合起来进行设计，以瓦斯浓度为控制参数来调节风机电机，实现风量的自动化控制，实现了瓦斯的自动排放，节能效果显著［1］。

1 PLC控制技术在矿井通风机的应用

在以PLC为基础的控制系统中，电路的开关动作基本上都是由半导体电路实现，PLC在设计时考虑了其各种工作环境，保证PLC在各种条件下都能可靠地工作。目前，PLC已经模块化与系列化，用户可根据自身的要求对其进行灵活设置，硬件装置不再需要制作，使用时只需要设计程序即可满足不同要求。PLC使用的是梯形图编程语言，与传统的接触器控制电路相似，容易掌握。其输入输出功能比较完善，不仅可以逻辑化控制大量开关，还可以进行各个电路的运算和控制。在输入输出方面，可以更方便地与各种类型的接口连接。

变频调速技术可以根据要求来改变电源频率以达到改变电机转速的目的。通风机是煤矿设备的必要设备，且耗电量在所有的矿用电气设备中最大，因此在矿用通风机上推广使用变频器对于节能的意义巨大［3］。将其运用到通风机上可以实现风机无极调速，根据生产要求实时调整风量，减少电能损耗。变频器还可以在风机启动时限制电流，减少峰值功率损耗，避免在电机启停时对设备的冲击，减少设备的损耗。变频器有很多的保护功能，对保证风机的安全运行意义明显。PLC与变频器结合使用，可以实现对井下通风系统的监控，减少了通风系统检修的工作量。

2 控制系统基本原理

PLC作为此系统的主控单元，局部通风机的电机作为被控单元，电机的运行为变频运行，控制参数为瓦斯的浓度。采用的PLC的型号为FX2N－32M，以 FX2N－4AD 作为 A／D 模块，采用的变频器型号为FR－A540。

当瓦斯浓度变化时，瓦斯传感器可以将信号通过A／D传递给系统，并通过PLC进行分析运算把控制指令输送给变频器，实现电机转速的控制，达到控制的最优化。此系统可以在工频和变频之间进行切换，在电机的变频器发生故障或者需要电机长时间工频运行时，系统可以自动将其转换至工频，此系统的调节方式有手动与自动两种，手动方式下可以人为控制电机的启停等功能，提高电机的可控制性。

3 控制系统硬件电路

此PLC系统的硬件组成的电路见图1，I／O地址表见表1。

图1 控制系统硬件电路

表1 I／O地址表

此外，由于通风不仅要满足排放瓦斯的要求，还有除尘等要求，所以根据需要设置电机的频率最小为25Hz。

此装置使用了变频器上RH、RL和RM组合来控制通风机电流的通断，在瓦斯浓度变化时风机的转速可以转换进行调节，此程序设计了5个级别的电机转速［2］，其具体设计值（见表2）。

表2 电机转速设计表

此系统可以使用手动方式来调节变频器的频率，也可以通过变频器自带的功能来进行设置。

4 PLC程序设计

根据相关规定，在瓦斯体积分数≥1.5%时需要排放瓦斯。所以为了节能，在瓦斯体积分数＜15%时，通风机提供的风量应该随着瓦斯浓度的变化而变化。本系统可以满足此要求。

5 结语

根据阳煤三矿井下局部的通风需要，设计了PLC控制的变频调速的局部通风机，此装置不仅可以及时实现瓦斯排放，保证了矿井通风的安全性，还可以实现了用电的经济型，此设计方法对于类似条件下的变频调速有很大的借鉴意义。

［1］ 徐益民，林海鹏，赵汉青.PLC在矿井局部通风机变频调速系统中的应用［J］.煤矿机械，2004（12）：131－132.

［2］ 石秋洁.变频器应用基础［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［3］ 商坤，王建军.变频调速在煤矿矿井通风机上的应用［J］.煤矿安全，2006（7）：18－20.