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PLC在有色金属矿井通风机控制系统中的应用

2020-03-12

世界有色金属 2020年24期
关键词:变频器瓦斯矿井

李 敏

(甘肃能源化工职业学院,甘肃 兰州 730207)

有色金属矿井通风控制系统是矿井通风系统正常工作的有效保障。随着我国矿井技术的不断发展,矿井作业强度不断增加,矿井机械化程度不断升级。本文主要将PLC与变频器同时使用,提高矿井通风机工作时的效率以及稳定性,同时实现工作时的节能减排[1]。将PLC技术进行应用,同时可以对电机进行相关故障报警,进行电机故障保护以及自动断电的,为矿井通风系统技术升级提供新的思路。

1 选用PLC技术的原因

(1)抗干扰性能优越,可靠性突出。PLC技术以集成电路技术为依托,可靠性突出,同时内部电路进行了抗干扰技术的升级,保证了PLC技术优越的抗干扰性能。同时,PLC技术自带硬件故障检测功能,可以技术进行故障诊断,对故障进行判定。并且PLC技术接受应用者进行程序编写,升级外围器件故障诊断升级[2]。PLC技术优越的抗干扰能力,为PLC技术被更多企业选用打下了更大的基础,也是本次系统改进选用PLC技术的重要原因。

(2)产品种类多,功能齐全,选择范围较大。时至今日,PLC技术已经形成不同于初始诞生时功能单一,技术粗糙的全新产品及技术状态,在产品上,PLC技术已经形成相对完善的产品体系,规模多样,体系完善,可以满足多种工业应用需求。在技术上,其数据运算能力优越,带来了PLC技术在数控领域的领先地位。同时,随着PLC技术的完善,PLC技术将在系统控制领域扮演更多重要角色。

(3)操作简便,使用难度低。PLC接口简单,是一款通用工业控制技算机,具有编程规范,简便的特点,它采用梯形图语言进行界面展示,与技术人员日常使用界面相似,方便了技术人员理解使用。

(4)设计程序少,容易进行系统设计、改进及维护。不同于以往技术中的接线逻辑,PLC采用存储逻辑进行外部设备接线控制,设计程序少,更容易进行系统设计、改进及维护。同时,该技术相关程序接受改变,使用者可以主动进行生产过程改进,可以适应各种使用环境。

(5)降低设备重量,减小设备空间占比。相比传统设备,PLC技术相关设备的使用,可以降低设备重量,减小设备空间占比,更具有环保的优势。

(6)应用领域广泛。随着PLC技术的发展,PLC技术应用领域愈加广泛。PLC技术已经广泛应用于交通运输,机械制造,石油等各领域。进行PLC技术应用与学习,可以为PLC技术使用打下基础,为以后进行更多PLC技术应用做好准备。

PLC技术的优点很多,本次研究选用PLC技术在有色金属矿井通风机控制系统进行研究。

2 系统功能设计以及系统相关方案

(1)系统的功能设计。在有色金属矿井通风机控制系统设计时,应用PLC系统更加容易接线,高可靠性,低故障率,容易维修等优势。PLC控制系统的应用极大地改善了通风系统自动化功率,有助于降低工作人员的工作强度。PLC技术配合空气变声器结合变频器共同应用,可以提高系统控制的可靠程度以及安全程度,降低通风机组运行故障概率,节约能源,同时保证设备的运转率满足上述要求,本次系统设计如下:①本次系统设计操作时将自动以及手动两种工作方式进行结合,使得系统同时可以进行故障警报以及状态可视等能力。②对模拟量压力,进行相关分析,借助PID,最终传达出控制变频器模拟量。③在进行自动控制运行模式时,考虑井下压力,对比井下压力与压力值设定下限,觉得运转风机组数量,以及是否发出指示或信号报警。④系统可以对瓦斯输入进行模拟量计算,根据瓦斯浓度与设定值进行对比,同时根据对比情况,觉得相关工作是否终止,以及电影是否切断,避免爆炸发生。⑤手动运行时可以防止风机组过多进行相关功能启动,防止风机组因温度处于临界温度条件过多自主启动。

(2)系统结构及系统组成部分。通风控制系统主要包括断路器,热继电器,温度传感器,变频器,空气压力变送声器等部分。其中通风机组包括两台通机组,一组通风机组包括两台电机,每台电机包括一组扇片。两种单片处于对旋状态,一组用来吸风,一组用来增加供风,实现井下供风需求。根据井下风量判断风机型号。本次设计参考风机组2×30KW,采用一台西门子S7-200可编程控制器(PLC),空气压力变动器对闭环控制系统进行控制。相关结果中,温度传感器,瓦斯传感器用来保护电机以及PLC,电机。硬件功能框架如下所示。

图1 硬件系统结构组成过程

3 构成系统的硬件,以及构成硬件的相关用途

3.1 PLC可编程控制系统

(1)什么是PLC。PLC采用电子系统,遵循数字运算规律,是一种电子器件,出现于电气电路中,进行电机控制。其本质是一类存储器,可实现编程功能,对用户操作,比如算数操作,顺序控制操作等进行实现,可用来控制各种生产过程与机械过程。当下,PLLC技术与通风控制系统相关技术结合使用,已经成为推动矿井通风控制技术进步的新动力。

(2)PLC相关结构。PLC相关的主要结构如下图,同时,PLC相关的主要部件介绍如下:

图2 PLC相关结构流程

①存储器:存储器主要存储系统相关软件。PLC常用存储器有EEPROM、EPROM、RAM等。②电源:PLC电源可以直接连上交流电压为220V(1±10%)的交流电,以满足外部设备使用需要。

3.2 传感器

传感器在控制系统中主要进行模拟量信号的储存。传感器主要对相关信号进行收集,将收集到的信号送到PLC输入模块,PLC输入模块对相关信号进行转换。

3.3 变频器

本次系统采用西门子全新一代标准变频器MicroMaster440,采用矢量控制技术进行低速高转矩输出,动态特性更好,同时扩展能力极强,能够充分满足应用需求。

3.4 通风机组

本色系统采用KXJT型矿用通风机,根据瓦斯浓度值对通用机转速进行调整,对通风量进行控制,同时这样瓦斯量控制在一定范围内,对瓦斯量进行快速有效的排放,保证瓦斯浓度相关安全。通风机组成。本款通风机风量大,噪声小,效率极佳,通风机结构主要由人机操作界面,散热器,隔爆箱体等单元组成。

4 软件设计

(1)压力控制部分。压力控制系统主要控制操作由压力决定,采用PID算法对压力数据进行处理,PID是指微分、积分和比例。PID算法采用积分,可以更加精消除静态误差,为系统带来更大的稳定性以及抗干扰性,改善系统动态响应速度,系统PID调节主要由微分项、积分项、比例项三部分构成,根据矿井内气压信号用变声器将压力信号进行转换,变成直流电信号之后,进行模数转换,变成二进制信号,本次设计主要采用PID参数设置的触摸屏。

(2)瓦斯浓度控制。瓦特浓度控制是将瓦斯浓度信号转变成电流信号,然后经EM235经内部转换成PLC2进制信号,然后存储至VD196。VD196存储值与断电瓦斯浓度上限进行比较,决定PLC电源,PLC内部情况,输出情况,并切断相关电源,发出报警以保证安全,在瓦斯抽放后,等瓦斯浓度再次小于浓度设定值,风机组不会重新进行工作运转,必须瓦斯浓度VD196低于瓦斯浓度报警值上限,PLC才会继续工作。

5 结语

综上所述,本文主要研究了PLC在有色金属矿井通风机控制系统中的应用。这种应用有助于提高矿井通风效率,同时实现机器运转节能减排,也有助于保护驱动风机电机,及时进行故障报警,自动进行机械故障警报,根据瓦斯浓度准时断电,是提高矿井通风系统节能的新方式。本文主要介绍了系统的功能设计,系统结构及系统组成部分。同时介绍了构成系统的硬件,以及构成硬件的相关用途。当前,矿井业仍是我国经济发展的重要推动力,进行相关技术升级,推动矿井业发展是推动经济发展的重要方式。进行PLC技术的相关应用,推动相关技术发展,对我国经济更好发展有着重要意义。

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