基于PLC程序控制变频器的方法

2019-02-21杨爱兰聂玉凤孔峰

煤矿机电 2019年1期

杨爱兰，聂玉凤,孔峰

(1.山东世纪矿山机电有限公司，山东济宁 273500;2.山东龙郓煤业有限公司, 山东荷泽 274700)

0 引言

随着近年来人们对节能环保的要求，变频器在煤矿井下已经得到广泛应用，主要体现在压风机、通风机、提升设备、绞车及带式输送机等无极调速方面的应用[1-9]。使用变频器可以降低电力线路电压波动，减少对电网的冲击，可调节加速功能、运行速度和转矩极限及受控的停止方式，可控制电动机启动电流和可逆运行控制，减少煤矿机械设备的磨损，进而降低成本、提高系统稳定性。该变频器应用在提升设备、绞车中不仅可减少该设备在启动过程中钢丝绳的拉力及卷绳筒和改向轮所承受的力，而且在下放过程中变频器可将这部分由势能转化的电能反馈电网，做到了节能及势能再度利用[10-13]。

变频器是高压设备，当前矿用变频器电压为630 V、1 140 V，有些已达到3 300 V。尽管煤矿机构已经对操作人员进行了安全规范培训，但还是会有因各种原因而忽视安全操作规程，进而导致事故的发生的现象，这对人身安全造成很大威胁。为能更好地发挥变频器的优点，又不对煤矿操作人员的人身安全产生威胁，提出一种基于PLC来解决煤矿井下对变频器控制及各种保护功能的方法，既符合煤矿安全生产要求，减少了“高投入、低产出”现象，又达到节能环保的要求。

1 系统设计

1.1 基于PLC程序控制变频器方法

为更好、更安全地使用变频器，使其在运输系统中发挥保护作用，提出了一种基于PLC程序控制变频器的方法：

1) 设置有手动调速杆、人员识别、危险状态警示以及语音报警功能。在水平操作面上设置控制矿车电动机运行速度的手动调速杆，使得操作人员可省时、省力、便捷地实现矿车无极调速，便于精准、合理地对矿车速度进行控制。

2) 通过设置指示灯，当矿车速度过快、机头过卷和机尾过卷时均可发出报警指示信号，有利于操作人员快速处理险情，避免危险事故发生。

3) 通过设置用于读取识别卡信息的读卡器，使具有合法身份的工作人员才可操作控制台，页面具有密码登录功能，杜绝了由于非操作人员操作不当而引发的安全事故。

1.2 控制步骤

1) 程序扫描键盘信息，输入密码(密码可修改设置)正确后设定各参数，扫描操作员的识别卡信息。

2) 程序按步骤识别卡信息处理后，得到经资格授权操作员的考勤及信息，确认是经资格授权操作员后进行操作变频器控制台，非特定工作人员不能操作。

3) 经资格授权操作员打开电抗器，可查看程序扫描是否有故障。

4) 对变频器进行自动控制或者手动控制。若为自动控制则会按照额定速度的百分比(该百分数可按照实际需求设定)进行运转;若为手动控制，按下变频器起动按钮，根据需求调节手柄便可达到实际需求速度。达到实际需求速度后可从屏幕查看当前运行状态、电动机速度等。

5) 变频器带动电动机正常运行后，从变频器控制台上按下“MENU”键可以查看变频器和电动机的相关参数，了解变频器及电动机实时状况。按下“ESC”键则返回到系统状态界面。

6) 在运行过程中若发生急停、变频器故障等情况，可自动记录故障类型和时间，方便维护及日后查看。待故障消除之后，按下复位按钮，则可重新启动变频器。

7) 在变频器正常运行时，若按下停止按钮，则变频器停止运行。

8) 返回程序扫描状态，操作控制变频器。

2 程序控制流程设计

如图1所示，具体程序控制流程设计为：

1) 操作员输入密码并进行密码修改，改为容易记忆的密码。密码修改完成后生效，若修改密码忘记,可以恢复出厂密码，再次进行修改。

2) 输入正确密码后可进入参数设置界面，根据用户要求，对程序设置的参数进行设置。设置内容包括：巷道内轨道长度、超速值、脉冲个数(由于采用霍尔式速度传感器)以及输送带轮的周长等参数。还可进入时间设置页面，将时间设置好。进入识别卡设置页面，选择是否使用识别卡，若使用则要设置识别卡号，否则无需设置。

3) 若使用识别卡来鉴别司机身份，则程序会扫描接收到识别卡的信息。若为司机则可对变频器进行操作，否则即使在没有故障、变频器启动按下及手柄有输出的情况下变频器也不会启动，有效地防止了非操作人员对变频器进行操作。

4) 在变频器正常启动之后，可以通过屏幕查看系统运行状态和运输装置的示意图(形象生动地反应了运输状况，以备做出相应操作)。还可查看变频器及电动机的运行参数，保障设备正常运转。

5) 控制台设有语音报警功能，在变频器启车及有故障发生时都会有相应的报警功能。给操作人员及巷道施工人员以警示作用。同时，省去维修人员查找故障原因时间，保障煤矿高效生产。

6) 巷道人员配备无线手机，可以通过该手机打点反映运输设备的运行状况，为控制台人员提供可靠消息,以控制电动机速度。发生紧急情况无线手机可以发出急停信号，通过控制台控制电动机停转。无线手机和主机间可以通话，以备控制台实时了解运输设备状况。

7) 巷道中每隔一定距离都会配有急停控制箱，一是发出急停信号给主机控制变频器停车，二是广播主机警示语音。

8) 在故障发生后，维修人员维修完毕，给主机人员信号，主机人员可按下复位按钮，启动变频器，给出实际需要速度。

9) 主机上也设有急停按钮，特殊情况时按下急停按钮，可停止变频器运行，待急停解锁后，操作人员才能再次启动变频器。

10) 主机上设有停止按钮，按下该按钮变频器停止运行。

11) 返回程序扫描状态，操作控制变频器。

图1 PLC程序流程图

3 变频控制系统具体实现

图2所示为本实用新型的变频器控制台中电路部分的原理框架图，其包括PLC控制器、读卡器、速度传感器、机头过卷传感器、机尾过卷传感器、变频器、语音回路、指示灯、控制按键。所示的PLC控制器具有信号采集[14-15]、数据运算[16]和控制输出的作用，其通过变频器可控制矿车电动机的启动、运行和停止。速度传感器与齿轮配合安装在矿车电动机所带负载的驱动轮上，随着矿车电动机的运行，速度传感器持续向PLC控制器发送脉冲信号，通过累计脉冲数，PLC控制器可以实时获知矿车的位置,而单位时间收到脉冲数即可换算为绞车的运行速度。为了消除往返运行造成的误差，在下放矿车前，按下PLC控制箱上的“位置复位”按钮，则位置显示值将校准为原点位置值。

PLC控制器通过机头过卷传感器、机尾过卷传感器可分别检测出绞车是否发生机头过卷和机尾过卷。操作按钮、调速杆、液晶显示屏均与PLC控制器相连接。PLC控制器通过读卡器读取识别卡中的信息，矿车变频器控制台的操作人员只有携带了合法的识别卡，才可识别通过，进而获取操作控制台的权限。这样，就杜绝了不具有权限的人员操作控制台而引发的安全事故。当危险情况发生或将要发生时，如矿车运行速度过快、机头过卷或机尾过卷，指示灯发出提醒操作人员的警示信号，以便操作人员迅速采取应对措施。语音回路实现语音通话功能，控制按键可控制液晶显示屏上的显示信息，其结构形式如图2所示。其按键功能依次为退出键、上移键、进入键、左移键、菜单键、右移键、增量键、下移键、减量键。