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PLC在煤矿空压机控制系统中应用范文

时间:2022-07-29 11:32:25

PLC在煤矿空压机控制系统中应用

摘要:

针对煤矿空压机系统常规控制方案中存在噪声大、压力波动大、电能风能损耗多、自动化调控性能差等问题,采用先进调控策略进行节能升级改造尤为重要。基于PLC+变频器的恒压变频调控方案,能够根据系统所需风量经变频器PID实时动态调节风机电机输入电源频率,实现煤矿空压机组的高精度、高可靠性的恒压供气运行,有效提高了空压机系统的综合自动化水平,且具有非常可观的节能降耗效果,系统升级改造应用效果整体较好。

关键词:

煤矿;恒压供气;变频调速;PLC

空压机作为煤矿企业重要的提供压缩空气的动力能源设备,为煤炭开采、传输、转运等过程中的所有气动元件提供必要的动力气源。由于受传统设计理念、技改水平和技改资金等因素的制约,目前尚有较多的煤矿企业没有针对空压机系统实施自动化升级改造。空压机作为常年运转设备,其常规的继电器直接控制方式存在启动电流大、运行效率低、电能风能等资源浪费严重、自动化调控性能差、供气可靠性低等问题,直接影响到企业的正常高效生产[1]。因此,针对煤矿企业空压机系统现存的问题,经过深入研究和探讨,对原控制系统进行节能升级改造,具有非常重要的意义。

1传统继电器控制方式

现存主要问题在煤炭生产过程中,需气量会受到生产节奏的影响,当处于用气量少运行工况时,空压机电机长期处于非满负荷甚至是空载运行条件下,供气管网中的气压就会不断增加,当达到系统气压上限时泄压阀就会自动打开,造成大量电能和风能资源浪费[2]。如:某煤矿企业的1台功率为160kW的空压机,其额定电流为300A,空压机在加载工况下其运行电流为240A,而在空载运行工况下其运行电流为108A,此时电机功率因素直接降到0.4左右,空载工况下的能源消耗约占满载能耗的55%,这就严重影响煤矿供配电系统的供电电能质量,同时还造成大量的电能资源浪费。传统空压机其控制方式通常采用Y-△降压启动,启动时启动电流是额定电流的几倍甚至十几倍,巨大冲击电流对电网的冲击,严重影响供配电系统的稳定。

2基于PLC+变频器的恒压变频节能控制系统方案

按照“供需平衡动态调节”节能理念组建调控系统,改善系统调控性能,有效提高煤矿空压机组的整体运行安全性、可靠性和节能经济性,提高煤炭生产效率和降低生产成本,具有很强的工程实践应用研究价值。

2.1恒压变频节能调控系统逻辑组成根据煤矿企业3台空压系统技术升级改造要求,通过安装在主管道上的压力传感器和压力变送器,将整个供气系统中的气体压力转换成变频器功能模块能够识别的4~20mA标准的数字信号,经通信信号电缆传输到变频器单元的信号输入端口,与系统原设定的压力信号进行实时对比分析,并经PID调节功能形成对应的调控决策,控制变频器的电源输出频率,直接作用在电机上通过控制空压机的运行转速来达到“供需快速响应和动态调节”的目的。PLC通过检测变频器调控状态,以判断系统所需启动的空压机台数,实现整个空压机系统在变频、工频等工况下的智能自动切换,完成整个煤矿供气系统压力恒定的动态反馈闭环控制。采用PLC作为主要控制单元、变频器作为主要数据处理和电源调频机构,组建1拖3的恒压变频节能调控系统,如图1所示。

2.2主要硬件设备选型在煤矿空压机系统技术升级改造中,优选控制性能较优越的西门子S7-200可编程序控制器(CPU226),其输入输出I/O接点数为24输入点和16输出点。配套选用西门子变频器MM420系列,具备过电压/欠电压保护、短路保护、电动机过热保护、电动机保护等保护功能。为了实现空压系统温度过高保护、压力过高保护等控制保护功能,采用EM231型模拟模块和EM222型数字量模块作为PLC控制器的扩展功能模块,以完善空压机系统的变频调速控制功能。MM420系列变频器与主干管道处的压力传感器、变送器等测控单元组成一个气体压力“测量→反馈→修正调节→测量→”的闭环控制,通过变频器内部PID形成对应的调控策略,通过输出与实际需风量相匹配的电源频率,来动态调节空压机电机转速,确保整个空压机系统长期处于最优工况,达到节能降耗的目的。

2.3空压机变频-工频节能顺序调控策略空压机系统在完成各项启动准备工作后,通过按下PLC启动按钮启动系统。1#空压机先按照变频运行工况,转速从零不断上升,若达到空压机电源最大频率(48Hz),延时10ms后还未达到系统所需气体压力时,则将1#空压机自动切换到工频运行工况,同时启动2#空压机系统进入变频运行工况,若2#空压机达到电源频率上限,延时10ms后还未达到系统气压要求时,则将2#空压机切换至工频运行工况,同时启动3#空压机进入变频运行工况。相应如果系统压力过大,则先自动停止1#空压机,然后停止2#空压机。如空压机系统在运行过程中,出现故障报警、跳闸保护等,整个恒压变频调速系统将通过声、光等信号,提示相应的工作人员及时进行故障排查及处理,确保系统安全可靠的运行。

3.煤矿空压机系统技术升级改造应用效果分析

煤矿3台空压机组组成的供气系统,在采用基于PLC+变频器的恒压变频调速控制方案进行技术升级改造后,取得较好的应用效果,具体表现在以下几个方面。

(1)空压机系统供气压力得到有效保证,压力波动较小,恒定稳定性高。恒压变频调速节能改造后,供气主干网压力始终保持稳定范围,其压力波动范围能够有效控制在±0.02MPa,供气可靠性高,确保煤矿开采各种气动元件性能的正常发挥。

(2)具有非常明显的节能降耗效果。经过节能升级改造后,空压机电机长期运行在最优工况,启动电流较小,减小了对煤矿供配电系统的冲击;发热量大大降低,延长了空压机电机的综合使用寿命;降低了电能及风能浪费,通过合理的变频调控运行,确保整个空压机系统“按需”自动调节,经过3个月的用电统计分析,其综合节电率可以达到55%,节电效果相当可观。

(3)空压机系统综合自动化水平大大提高。由于采用集成自动化功能优越的PLC和变频器,利用其自动调控及较强抗干扰和自我调节功能,可以有效提高系统调控自动化性能,操控简单、灵活方便,能够有效减轻操控人员工作强度。

参考文献:

[1]王强,李齐权.变频技术在恒压供水系统中的应用[J].节能技术,2009,27(1):87-88.

[2]金沙,耿惊涛.PLC应用技术[M].北京:中国电力出版社,2010.

作者:毛林 单位:赤峰工业职业技术学院

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