矿山通风机数字化PLC工变频控制方案.doc

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风机PLＣ变频控制系统方案
一、系统概述
　
煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分,煤矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环境条件、生产效率、安全生产密切相关。主扇风机是通风系统的主要组成平滑调节,能可靠地运行于煤矿扩大再生产的全过程,操作简单，传动效率可达9０%以上，功率因数不低于0．９5,寿命长,故障率低,并可有效减小风机机械磨损。
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c振动小,噪声低,延长设备寿命,改善工作环境
因为是无级调速，设备运行平稳,速度低,电控系统基本上是无噪声运行，风机噪声又随速度成正比降低,所以整套风机系统噪声会大大降低;同时设备平稳启动、停止，风机使用寿命明显延长，系统故障率明显降低。
d起动性能优良
使用变频运行,司机只要按动按钮就可实现风机软起动。省略了司机繁锁的操作程序，消除了电机起动对电网的强大冲击影响。
ｅ可进行工频/变频切换,原电控系统与改造后电控系统互为备用，提高了风机运行的可靠性。
f两台风机可共用一套变频装置,灵活切换。
通过以上分析可知，煤矿风机电控调节方式最优方案是:采用变频调速装置。
三、系统方案
1　方案概述
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本系统以PLC为控制核心，通过传感器等检测装置将电动机定子温度以及风机轴承温度、负压、风量等输入量(模拟量)传送给ＰLＣ，然后PLC通过D/A转换模块发出控制变频调速器的速度指令使变频器带动风机按一定的速度运转。图１为ＰＬC系统模块图。
本系统中的两台风机是由四台132KW的三相电动机带动的,风机和电动机轴承、定子上都装有温度传感器，当出现温度过高的情况时,将信号传给PＬC，PＬC发出报警信号。三刀双掷开关QＳ1和QＳ2是工、变频转换开关，QＳ1合上以后风机进入变频运行，QＳ2合上以后风机进入工频运行,图2所示。
当风机工频运行时,ＰLC控制KＭ1是闭合的,ＫM２是断开的，当风机轴承或者电机定子温度过高时,传感器将信息传给PLＣ,报警,PLC控制ＫM1断开,ＫＭ2闭合,备用风机启动运行;当风机变频运行时,KM3是闭合的,KM4是断开的,同样，当PＬC接受到温度传感器发来的信息时,发出报警信号，并断开ＫＭ3,接通KM４,备用风机启动运行。
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图１系统模块图
图２风机变频控制系统方案图
2系统软件组成
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ＰLＣ控制方案和程序流程
图
图３ ＰLC系统结构图
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图4风机变频控制系统流程图
　SＴＥP 7 MｉcroWIN实现，完成了串车各种情况的巡检和控制。其控制流程图如上。
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控制流程为：系统初始化开始,系统模块进行自检,如果系统中有模块出现问题,系统将不能开启,不能进行下一步操作,检查系统模块，解决问题,系统各模块均正常以后,设定风机轴承、电机定子温度、负压以及风量参数，将设定值输入给PLC，根据现场情况选择风机运行方式,工频和变频。
选择工频运行:风机启动运行,通过风机轴承、电机定子和轴承温度传感器将风机轴承和电机定子的温度传送到PLＣ中,和设定的参数进行比较，进行参数检测,如果没有出现故障即各温度参数没超过参数上限时,系统继续进行参数检测,当各温度超过参数上限时,温度过高的时候,PLC发出报警信号,并启动备用风机。
选择变频运行:风机启动变频运行，负压和风量传感器对工作环境进行检测，当满足参数设定值时，风机正常运转，当负压和风量值低于参数设定下限时,PＬC给变频器信号,进行变频加速,负压和风量传感器一直对工作环境进行检测,当负压和风量值达到ＰLC中参数设定值时，进入一下步检测,由于风机变频加速,负压和风量超过参数设定上限的时候,PＬＣ给变频器信号,变频减速。工作环境各参数都正常以后，返回,如此反复。当风机轴承、电机定子温度过高时,PLC发出报警信号，并启用备用风机。
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图5为本系统组态图,图6为风机运行时风量曲线。
图５ 矿井风机数字化ＰLＣ变频控制系统组态
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图６ 风机风量组态曲线图
３ 系统PLC选型
本系统控制部分由西门子S7－２０0PＬC实现,软件采用SＴＥＰ7编程，该PＬC是由框架和一些功能模块组成的,所选部分模块的用途如下:
电源模块:输入电压为交流2２0V，输出为DC24Ｖ，5A，主要为ＣPU模块和通讯模块提供DC２4V电源。
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图７ ＰLC电源模块
CPＵ模块:作为PLC的核心模块,是程序保存和执行的部件。
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图8　PLC ＣPU模块
通讯模块：通过该模块，PLＣ能很方便的与上位机和触摸屏进行通讯,上位机和触摸屏的所有控制信号通过该模块传送到CPU，实现对压风