基于PLC技术的风机自动化节能控制系统探究

崔世杰 郭凯 曹永爱

[摘    要]PLC具有较高的安全性和稳定性。同时，因其使用方便，性价比较高，故在工业控制领域得到了一定的推广。煤矿风机设备的工作状态在很大程度上决定了煤矿生产能力和质量，而将PLC技术引入风机自动化节能控制系统中，可以起到较好的应用效果。文章对PLC的煤矿风机自动控制系统的设计情况进行了简要分析，具体分为硬件和软件两部分分别阐述，以供参考。

[关键词]PLC技术;煤矿风机;自动化控制

[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–000–02

Research on Automatic Energy Saving Control System of Fan Based on PLC Technology

Cui Shi-jie，Guo Kai，Cao Yong-ai

[Abstract]Programmable controller has high security and stability. In addition， it is easy to use and has high cost performance. It has been popularized in the field of industrial control. The working state of coal mine fan equipment largely determines the production capacity and quality of coal mine. The introduction of PLC technology into fan automatic energy-saving control system can play a better application effect. This paper briefly analyzes the design of PLC coal mine fan automatic control system， which is divided into two parts： hardware and software for reference.

[Keywords]PLC technology; coal mine fan; automatic control

风机设备广泛应用于工业生产领域，在矿井生产当中，大多应用在冷却系统和锅炉系统当中。同时，通风除尘系统中也需要风机设备，其功能在于控制挡板开合程度，调节风门大小，进而实现对风量的控制。如果风机设备不间断运行，就会在一定程度上影响控制精度，一方面，这会造成能源的浪费，另一方面也会加剧设备磨损。近年来，我国不断推行节能减排，煤矿也在积极响应，开始引入变频器和编程器，以提高操作便捷性，为设备维护带来便利，提高生产精度。基于PLC变频器和控制器控制系统，不仅可以控制能源的损耗，而且可以方加快预测案成本，进一步提高煤矿企业的经济社会效益。

1 系统要求和工作原理

1.1 系统要求

煤矿风机系统面临着较为恶劣的工作环境，为了PLC编码器下的自动化控制系统可以适应多种多样的应用要求，就需要系统保持较好的安全稳定性;同时，控制系统还应具备较好的操作环境，外部系统结构也应当具备多方面扩展功能;为了确保工业生产系统可以更好地实现实时监控功能，就需要工业操作现场具有安全可靠的网络接口;除此之外，工厂还应具备预警、提醒设备，一旦系统发生异常可及时通知工作人员进行处理。

对目前的煤矿风机管理而言，其大多采用的是人力控制，因而矿井内的自动化水平较低。这就需要设计风机控制系统，从而提高自动化水平，保证工作效率的同时节约人力资源。主要包括以下4个方面：①实现系统化控制，将手动控制、半自动控制和自动化控制进行整合，可以自由切换;②系统具备相应的自我保护功能，可以及时诊断各个控制系统中存在的故障，傳输电流和电压数据，并监控电机设备和轴承的温度等相关参数，一旦任何监测部分出现差错都能及时进行判断，向工作人员发出告警信息，并且停止相关动作;③实时显示系统内部的各种信息数据，经由简单的人机交互画面来监控水泵流量、排水管流量和压力，同时显示水泵风机轴承温度等信息，以便发生故障时可将相关信息显示出来;④具备远程监控和通讯功能，应用光缆和信号交换设备和井下PLC编程控制器设备进行连接，同时在信息传输通道中接入井上工控机，形成一个完善的网络化控制平台，从而进行控制，并将相关参数记录下来。

1.2 工作原理分析

风机风量的控制都是经由具体环境和所需要的输出风量决定的，因而为了确保相关工作的顺利开展，需要将风量维持在特定水平之上，这可以在一定程度上避免电动机电能过度消耗的问题。为了实现该目的，需要应用PLC自动控制技术设计煤矿风机系统，应选用闭环控制形式，在系统中连入各种传感器设备，实时监测现场的各种温度数据;同时相关温度信号进行转化，以模拟信号的形式输出。基于数模转换技术来及时传递信息，之后利用编程器和数字信号之间完成对比，在完成上述工序之后，即可输出模拟信号。在这个过程中，风机各种参数都会受到控制器的影响，从而实现对车间温度的监控，可以结合温度的变化来控制风量。

2 PLC技术下的煤矿风机自控系统设计

2.1 硬件设计

2.1.1 PLC

在煤矿风机自控系统中，主要应用可编程控制器来实现控制功能，满足实际工作的要求。该系列编程器的性能和功能都较为强大，具备高速计数功能，可以完成双路输出脉冲等。该控制方法的优势主要体现在以下几点：①一旦系统自动程序发生故障，可以及时切换成手动控制的形式，进而确保系统运行的安全稳定;②一旦系统在工作时存在设备故障，如电机故障，即可应用手动控制的形式来关停电机，换用其他电机设备，确保系统运行的安全稳定;③在设备完成安装环节之后，要进行最终调试，检查各个设备的正常工作情况。

2.1.2 温度传感器

为了及时将矿井温度的相关信息传递出去，需要基于既定方案，安装和测试传感器设备，之后将测试结果进行变换，和预期数值进行对比。变频器可以直接决定风机设备的转速，因而需要确保车间室内的温度等同于要求的温度。所使用的继电器型号为KA1-KA6，应用的接触器型号则为KM1-KM-6，共同组成连接线图，具体见图1。

温度传感器设备方面，可以选择热电偶传感器，将其装设在目标对象上。热电偶传感器的特性在于不会受到介质的相关影响，所以可以在一定程度上保证测量准确率。在温度测试的过程中，随着热电势的不断变化，温度传感器也可以及时处理电势的变化情况，从而获取目标的温度数值。

2.1.3 变频器

本系统中，变频器设备选型为森兰BT12S，可以在主电路当中，将其连接到输入端电源上，在输出端则连接到离心风机上，在使用之前要确保连接正确，否则无法正常工作，导致短路和设备损坏。控制端子FWD的工作形式为正转启动段，将其和公共端之间进行连接，从而保证电动机保持单相正转工作状态。

2.2 软件系统设计

2.2.1 PLC程序

对于风机控制系统而言，其主要控制形式包括远程控制、手动控制、工作频率控制和恒温控制。其中工作频率控制和恒温控制属于自动化控制技术。恒温控制技术近年来得到了迅速推广，成为一种较为重要的自动化控制技术。本系统中的自动化恒温控制属于变频形式，在设备的具体运行过程中，需要结合控制器调节变频器设备，从而起到温度控制的效果。该控制方式更多是借助电气线路来完成控制的，此处PLC的任务目标在于实现接收温度数据信息并加以处理，之后可结合所接收到的数据信号来调节接触器和变频器设备，进而控制风机电机，调节风量和温度。图2为PLC程序变频线路设计。

2.2.2 程序梯形图

在程序梯形图设计的过程中，需要从以下4个角度进行设计：①在系统的启动和停止方面，该程序目前的功能是运行以及关停系统，经由启动按键来控制系统运行，而想要控制系统停止，则可以使用停止键;②模拟量输入，对于煤矿风机控制系统设计部分，应用了两个传感器，测试了不同点的温度，因而需要读取温度模拟量的相关信息;③程序比较，可以读取两个不同位置的温度数值之后进行平均计算，之后将其与设定值進行对比，在二者不同的情况下即可进行调整;④输出模拟量，经过计算之后，将数据信息传输到变频器中，基于所获取的信息来调节风扇转速。图3为PLC控制流程图。

3 结束语

本文基于系统设计要求、工作原理、软硬件设计方案等角度来对PLC煤矿风机自控系统进行了分析。结合PLC来控制变频器设备，离心风机变频调速自动控制系统也成了可能。该系统可以就地控制PLC，同时可以实现自动工作和手工工作两种形式。这样一方面，可以顺利实现自动控制的相关功能，让工作效果得到保障，另一方面，可以及时切换工作方式，避免断电、自动元件故障等问题的干扰。

参考文献

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