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煤矿风机自动控制系统设计研究

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摘要:为促进煤矿风机节能增效,设计以PLC为基础的煤矿风机自动控制系统,介绍该自动控制系统的设计要求与基本工作原理,并对系统的硬件部分及软件部分进行了详细设计,以期通过应用煤矿风机自动控制系统能科学、合理地控制煤矿风机,在保障矿井安全生产的前提下,有效降低矿井通风成本,提高企业经济效益。

关键词:煤矿风机;控制系统;自动化;PLC

引言

在工业生产领域,风机设备主要应用到煤炭锅炉的燃烧以及冷却系统,同时还可以应用到各个不同的通风除尘系统当中,它的主要作用是调节风门的大小以及挡板的开合程度,进而实现风量的调节。在实际的工作过程中发现,风机的持续运行会严重影响到整个控制系统的精度,这样就会导致资源的浪费以及设备的过度消耗。但随着工业生产对节能的概念越来越深,于是增加了对产品质量提升的要求,尤其是在编程器还有变频器的控制使用方面,要求其必须能够简单操作,同时还具备维护方便的特点,这样就能提高生产过程的精度控制。借助于可编程的PLC控制器以及变频器实现系统的控制,这样有助于实现对整个方案的成本预测与控制,可以有效地降低能源消耗,进而不仅可以给公司带来经济效益,而且可以带来社会效益[1]。

1系统整体设计方案

1.1系统要求

为了PLC编码器控制下的自动化煤矿风机系统能够更好地适应较为复杂的工作环境,就要求系统具备相当的稳定性以及安全性;同时为了更好的实现工厂作业的控制,就需要整个的控制系统可以很好的进行及时响应;控制系统还要求具备良好的操作环境以及多方面扩展的外部系统结构;为了保证工业生产系统能够很好的实现生产过程的实时监控,就需要工业操作现场提供一定的网络连接接口;工厂需要具备报警提醒装置,能够在异常状况下及时提醒工作人员[2]。针对当前的煤矿风机管理人员的操作大多采用人力控制以及厂区内部自动化水平较低的状况,需要对排水泵的控制系统进行有目的的设计,主要从几个方面入手实现既定的目标:(1)实现工业生产的系统化控制,控制的方式主要有3种,分别是手动、自动以及半自动方式;(2)实现系统的自我保护功能,这一系统的功能实现需要各个控制系统能够实现故障的诊断,可以实现电流以及电压的,同时还包括电机的温度跟轴承的温度等各个有关参数的实时监控,当系统监测部分出现任何的差错时就会立即做出判断,进行报警提醒操作人员,同时还能立刻做出停止运行的动作;(3)系统内部对各个信息数据的实时显示,通过简单可行的人机交互界面实现对水泵的流量以及排水管的流量、压力,同时还有水泵的轴承温度等进行监控,故障发生就会立即做出反应同时显示当前数据;(4)实现远程监控通讯,使用光缆或者信号交换设备等硬件来连接井下的PLC编程控制器以及井上的工控机,建立网络化的控制平台,这样能够进行控制、显示参数以及记录信息[3]。

1.2基本工作原理

风机的风量控制一般都是通过具体的环境以及所需的输出风量决定,同时需要将风量相关参数维持在一定的水平上,从而确保实际的工作需求,这样还能有效避免电动机的电能过度消耗。为了实现这一目标,基于这样的目的而进行PLC自动控制系统的煤矿风机系统设计,同时选用闭环形式的控制方式,借助于各种传感器实现对现场的温度以及其他各种数据的监测,然后将所得信号转化为模拟信号,借助于数模转换技术将信号传递,利用编程器与数字信号进行对比,之后利用数模转换技术得到模拟信号的输出,风机的各种参数同时受到控制器的影响,这样就能实现车间温度的现场监控以及控制[4]。

2基于PLC的煤矿风机自控系统设计

2.1系统硬件设计

2.1.1可编程控制器系统中的主要控制功能设备就是可编程控制器,这一设备很好地结合了松下电器的系列性产品以及实际的工作需求。这一系列的编程器具备良好的功能,能够实现高速计数以及双路的输出脉冲等。控制器作为独立的模块很好地实现了电源的集成以及处理器的集成,这一控制器不仅能够单独发挥效果,同时还能实现组合的扩展应用,但所扩展的模块数量必须低于3个。I/0接受数点从原来的10个增加到现在的128个点,然而在实际的应用过程中需要根据实际的工作需求进行选定。主机模块同时还具备多种特定的扩展接口,可以进行特定的连接[5]。该方案采用的扩展单元是FPOE16,主单元设置为FPOC32。在构成方面,扩展模块、数模转换模块以及主控制模块共同构成了编程控制器,在接口数量方面输入与输出有19个以及20个接口,对于I/0接口而言,应该尽量少的使用那些具有特殊功能的接口,这样就能满足后期系统进一步扩展的需要。同时为了保证系统能够安全稳定的运行,需要在常规状态下能够使用手动以及自动两种控制模式,这就需要编写不同的程序,与自动控制所使用的程序相比,这种控制方法主要有以下几个方面的优势:(1)系统自动程序出现故障时可以立即使用手动控制程序,这样就能确保控制器始终处于稳定的工作状态之下;(2)当在系统的正常工作过程中出现任何的设备故障时,比如说电机发生故障,此时就能采取手动的控制方式实现电机的停止,然后使用正常电机进行替换,这样也能确保系统的正常稳定运行;(3)当整个的设备系统安装完毕后需要对有关的设备进行运行调试,对各个设备的正常运行工作状况进行检查[6]。

2.1.2温度传感器为了将矿井温度信息及时进行传送就需要按照既定的方案进行传感器的安装以及测试,然后将测试的数据结果进行适当变换之后与既定数据对比,正是因为变频器决定了风机的转速,所以需要确保车间内的温度与要求的温度相一致。其中使用的型号为KA1-KA6的继电器以及型号为KM1-KM6的接触器相关的连接线路,如图1所示。根据实际状况选择较为常用的热电偶温度传感器,将其连接到目标对象,正是因为热电偶的基础特性使得测试的结果不会受到介质的影响,测试的结果一般较为准确。同时,温度的测试过程中会伴随着热电势的变化,控制器就能对电势的变化进行处理,这样就能获取到目标温度值[7]。

2.2系统软件设计

2.2.1可编程控制器程序设计在风机控制系统中,主要的运行方式有远程控制、手动控制、自动化的工作频率控制以及自动化的恒温控制。最重要的便是自动化的恒温控制方式。此处的自动化恒温控制侧重于变频形式,具体运行过程需要借助于控制器实现对变频器的调节,进而实现温度的自动控制。控制器的主要内容是实现恒温状况下的风机系统控制;常规状况下一般不采用自动形式的工频运行,这种运行方式仅在特定的状况下使用,特指变频器发生故障时使用,同时为了确保温度能够维持在某一水平下,然后对运行电机的数量进行调节,进而实现自动形式的工频运行目标;在远程的控制方面,侧重于计算机控制下以及控制器控制下的信息传送,从而实现风机中的电机远程控制,在具体的运行过程中,这一控制方式主要起着辅助性的作用;在现场实现控制主要指通过按钮等形式实现对电机的运行控制,这种控制方式更多的借助于电气线路,这种控制方式一般不使用,只有在系统检修以及控制器出现问题时使用。此处的可编程控制器主要任务是实现温度数据信息的接受以及处理,然后根据接收到的信号对接触器以及变频器等设备进行控制调节,进而实现对风机电机的控制,从而实现对温度的有效控制。有关变频的线路如图2所示。

2.2.2程序梯形图在进行程序框图的设计过程中大致从4个运行方式进行具体的程序设计。(1)系统的启动以及停止程序。该程序的目的是实现系统的运行以及结束,通过启动键实现控制系统的运行,通过停止键实现控制系统的停止。(2)模拟量的输入。在煤矿风机控制系统的设计过程中使用了2个传感器实现了不同点处温度测试,自然也就需要对温度模拟量的读取。(3)程序的比较。获取到2处不同的温度数值之后取到平均值,然后将平均值与设定值对比,若二者不同就需要进行控制调节。(4)模拟量的输出。经过计算之后将数据信息输送到变频器,之后根据获取到的信息进行转速调节[8]。

3结束语

从系统整体设计以及工作原理分析、硬件设计以及软件设计几个角度对煤矿系统的分级控制进行细致全面的分析。借助于控制器实现对变频器的调节,进而实现对风机的速度调节以及控制。该系统使用编程器实现手动以及自动两种形式的控制方式,这样不仅能实现自动控制过程的实现,同时还能确保在线路出现状况时及时做出反应,采用手动控制方式实现实际工作过程的顺利实现。

参考文献:

[1]王凯.煤矿压风机自动控制系统应用初探[J].山东煤炭科技,2017(09):31-32.

[2]郭玉茂.基于PLC的无接触式风机自动控制系统研究[J].数字技术与应用,2016(03):45-47.

[3]吕瑞腾,查守华.基于PLC的煤矿压风机自动控制系统研究与应用[J].山东工业技术,2017(17):11-13.

[4]张喜萍.煤矿压风机自动控制系统的应用研究[J].中州煤炭,2016(12):33-35.

[5]程辉,戴曙光.风机风量自动控制方法研究[J].数据通信,2014(06):77-79.

[6]槐利,谭一川,程玉龙.基于PLC的煤矿压风机自动控制系统[J].工矿自动化,2012(04):81-83.

[7]唐良义,高嵩,杨水林,刘志海,罗毅翔.煤矿风机运转状态监测与自动控制[J].自动化技术与应用,2010(04):77-79.

[8]黄智英.基于单片机技术的矿井风机自控系统设计[J].内燃机与配件,2018(12):44-46.

作者:王杨峰 单位:山西煤炭运销集团阳城四侯煤业有限公司

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