基于PLC控制的变频调速在矿井通风机中的应用

2015-08-28李宁

河南科技 2015年3期

李宁

（天津科技大学电子信息与自动化学院，天津300222）

耿村煤矿隶属义煤集团，井田面积83km2，地质储量10亿吨，年产量已超过400万吨。本矿井属于高瓦斯矿井，瓦斯涌出量为16.88m3/t，瓦斯已成为威胁本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，受到采掘工作等因素的影响，浓度变化很大。因此力求使井下局部通风机电机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，并且已经相当广泛地应用于各个行业的电气控制中，其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[1-2]。本文将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，这样不仅实现了瓦斯的自动排放，还能节能。

1 PLC控制技术在矿井通风机中的应用

在以PLC为基础的控制系统中，电路的开关动作基本上由半导体电路实现，在PLC设计时考虑其各种工作环境，保证PLC能在各种条件下可靠地工作。PLC已经模块化与系列化，产品用户在使用时可以根据自身的要求灵活设置，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，还可以对各个电路进行运算和控制。在输入输出方面，其可以很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节能有重大意义。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产生冲击，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，减少通风系统检修的工作量。

2 控制系统基本原理

系统的结构如图1所示。

图1 系统结构图

PLC为此系统的主控单元，局部通风机的电机为此系统的被控单元，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为A/D模块，采用的变频器的型号为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，并且通过PLC进行分析运算，把控制指令输送给变频器，这样就能实现对电机转速的控制，从而实现控制的最优化。此系统可以在工频和变频之间切换，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。此系统的调节方式一共有手动与自动两种调节方式，手动方式下可以人为地控制电机的启停等功能，从而提高电机的可控制性。