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摘 要:针对传统的设备普遍电气控制方式在实际控制应用中暴露出来的局限性,本论文采用PLC结合煤矿主扇风机的控制需求,对其进行了自动化电气控制系统的设计应用,在分析了主扇风机自动控制功能的基础上,给出了电气自动控制系统的设计与实现方案,从系统硬件和软件两个角度详细探讨了基于PLC实现的自动化电气控制系统的技术实现,对于进一步提高PLC在自动化电气控制系统中的应用水平具有一定借鉴和指导意义。
关键词:PLC 自动控制 电气控制
中图分类号:TP29 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0134-01
我国是一个煤矿大国,我国的主要能源形式也是煤矿资源,而作为煤矿四大件之一的风机,其电气控制自动化程度及安全可靠程度在很大程度上直接决定着煤矿生产的自动化和安全度。为此,必须要实现对煤矿风机的自动化电气化的控制。
1 基于PLC的风机电气自动化控制系统功能需求分析
主扇风机自动监控系统的安全可靠在煤矿安全生产中起着非常重要的作用。该自动控制系统分为两个部分,一部分是风机变电站的监控;另一部分是风机各种参数的测量。
基于PLC实现的风机电气自动化控制系统需实现的主要功能如下。
(1)实时检测通风系统矿井风量、风速、静压、全压、动压、甲烷浓度等参数。
(2)实时检测每台风机的电量参数:电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数。
(3)测风机前后轴温、振动情况,当震动超出正常值时,自动报警。
(4)实时模拟显示风机通风系统运行状态图。
(5)实时在线设定温度报警限值、震动允许的幅值。
(6)实时检测电机定子的温度。
(7)扇风机检测数据的实时数据报表、历史数据报表查询和打印功能。
(8)主要参数的历史趋势曲线、实时运行曲线。
(9)具有值班操作人员密码管理功能及操作监控监督功能,有效避免误操作、乱操作。
(10)具有远控、手动控制风门启动功能:远控:通过上位计算机鼠标控制风门启停。
本文汲取现有矿井通风机系统中存在的优缺点,提出了能够实现通风机系统智能化监测和调节的一种方法,把高可靠性的工控PLC应用到风机自动化监控系统中来,辅助以高性能传感器,监控通风机的各种状态,并在中央控制室实现远程监控,从而达到无人值守的目的和生产要求。
2 基于PLC的风机自动化电气控制系统的设计与实现
2.1 基于PLC的硬件控制系统设计
(1)系统构成设计。
可编程控制器(PLC)结合变频技术对主扇风机的基本控制策略是:采用变频调速的主扇风机与PLC构成控制系统,根据主扇风机的速度高低自动调整电动机的运行台数,完成主扇风机的闭环控制,并通过在主扇风机周围布置的传感器的监测,实现对主扇风机工作状态的实时自动监测,将监测参数传送给PLC,由PLC实现對相关数据的自动计算和分析,并给出相应的控制策略。
如图1所示,由PLC控制的主扇风机变频调速控制系统,主要由PLC、变频器、速度传感器、动力控制线路以及电动机等组成。一般来说,系统采用一台变频器控制多台主扇风机以循环工作的方式。中心控制器为PLC可编程控制器,以设定主扇风机的工作速度和反馈速度为控制目标,以PID为控制算法组成闭环控制系统。
(2)PLC数据信号分析。
当PLC控制变频器启动后速度传感器检测出当前主扇风机的工作速度,并将信号转换为4mA～20mA模拟电流信号,送入PLC的模拟量扩展模块作为实际速度值;PLC接收到速度信号之后与给定的速度值进行比较,同时和底层传感器监测到的其他参数进行比较,进而计算出控制量由模拟量扩展模块输出幅值为0～5V的电压信号给变频器,变频器依据输入电压信号的大小,控制电动机进行调速运行,从而控制处于工作状态的主扇风机的数量,以及主扇风机的工作参数,进而实现自动化电气控制。
2.2 PLC程序的设计实现
PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序主要用于将程序语言翻译成机器语言、管理全机、诊断机器故障,有编译程序、监控程序等,系统程序由PLC厂家提供并存在EPROM中,不能直接存取和干预。用户程序是用户通过PLC的程序语言编制的应用程序实现现场的各种控制。
PLC的输入量在监控系统中只识别数字量,而由传感器检测到的是4mA～20mA的电流模拟量的温度与压力值。通过使用STEP7的标准功能模块FC105(SCALE)可以把这种的模拟量转换成一一对应的数字量。由于电动机和通风机需要有定期的保养和预防性检查,所以故障诊断是监控程序显得尤为重要。该系统的故障主要是诊断检测传感器故障。一旦检测值超过预先设定的报警值时,PLC就启动报警程序报警,然后启动故障诊断子程序,判断传感器是否坏。故障诊断的过程实际就是将转换后的数字量信号与系统允许的极限值做比较,如果接近或超过极限值则说明传感器出现故障。举个例子:5mA～25mA的模拟输入量允许的数字量为0～24678,如果超出这个范围,说明传感器或是传感器与PLC的连接可能出现故障;如果数字量为32777则说明传感器与PLC的连接不上。故障诊断的结果可以从上位机上显示出来。利用故障诊断程序可以为调度人员提供基本的信息,便于故障查询及维护。对于传感器故障引起的数据异常,对传感器及其连接线路进行检测与维修即可,没必要再从电动机和通风机上查故障。
3 结语
基于PLC自动控制的变频调速控制系统,有利于实现无人值守,调速控制效果良好。这种集变频启动、PLC、现代控制理论于一体的新型自动电气控制系统,通过程序设计实现智能控制,有助于为实现全厂自动化创造有利条件,因而适合在全国范围内大力推广。本论文结合煤矿主扇风机的控制需求,对基于PLC实现的自动化电气控制系统进行了设计,只是对自动化电气控制的一次简单探讨,也是一次有益的探讨与尝试,要真正实现基于PLC的自动化电气控制程度的提高,还有赖于我们广大电气自动化控制技术人员的共同努力。
参考文献
[1] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:航空航天大学出版社,2003.
[2] 滑海穗,郎宏仁.可编程控制全自动恒压供水系统[J].黑龙江水利科技,2000 (3):56～57.
[3] 丁炜,魏孔平.可编程控制器在工业控制中的应用[M].北京:化学工业出版社,2004.
关键词:PLC 自动控制 电气控制
中图分类号:TP29 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0134-01
我国是一个煤矿大国,我国的主要能源形式也是煤矿资源,而作为煤矿四大件之一的风机,其电气控制自动化程度及安全可靠程度在很大程度上直接决定着煤矿生产的自动化和安全度。为此,必须要实现对煤矿风机的自动化电气化的控制。
1 基于PLC的风机电气自动化控制系统功能需求分析
主扇风机自动监控系统的安全可靠在煤矿安全生产中起着非常重要的作用。该自动控制系统分为两个部分,一部分是风机变电站的监控;另一部分是风机各种参数的测量。
基于PLC实现的风机电气自动化控制系统需实现的主要功能如下。
(1)实时检测通风系统矿井风量、风速、静压、全压、动压、甲烷浓度等参数。
(2)实时检测每台风机的电量参数:电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数。
(3)测风机前后轴温、振动情况,当震动超出正常值时,自动报警。
(4)实时模拟显示风机通风系统运行状态图。
(5)实时在线设定温度报警限值、震动允许的幅值。
(6)实时检测电机定子的温度。
(7)扇风机检测数据的实时数据报表、历史数据报表查询和打印功能。
(8)主要参数的历史趋势曲线、实时运行曲线。
(9)具有值班操作人员密码管理功能及操作监控监督功能,有效避免误操作、乱操作。
(10)具有远控、手动控制风门启动功能:远控:通过上位计算机鼠标控制风门启停。
本文汲取现有矿井通风机系统中存在的优缺点,提出了能够实现通风机系统智能化监测和调节的一种方法,把高可靠性的工控PLC应用到风机自动化监控系统中来,辅助以高性能传感器,监控通风机的各种状态,并在中央控制室实现远程监控,从而达到无人值守的目的和生产要求。
2 基于PLC的风机自动化电气控制系统的设计与实现
2.1 基于PLC的硬件控制系统设计
(1)系统构成设计。
可编程控制器(PLC)结合变频技术对主扇风机的基本控制策略是:采用变频调速的主扇风机与PLC构成控制系统,根据主扇风机的速度高低自动调整电动机的运行台数,完成主扇风机的闭环控制,并通过在主扇风机周围布置的传感器的监测,实现对主扇风机工作状态的实时自动监测,将监测参数传送给PLC,由PLC实现對相关数据的自动计算和分析,并给出相应的控制策略。
如图1所示,由PLC控制的主扇风机变频调速控制系统,主要由PLC、变频器、速度传感器、动力控制线路以及电动机等组成。一般来说,系统采用一台变频器控制多台主扇风机以循环工作的方式。中心控制器为PLC可编程控制器,以设定主扇风机的工作速度和反馈速度为控制目标,以PID为控制算法组成闭环控制系统。
(2)PLC数据信号分析。
当PLC控制变频器启动后速度传感器检测出当前主扇风机的工作速度,并将信号转换为4mA～20mA模拟电流信号,送入PLC的模拟量扩展模块作为实际速度值;PLC接收到速度信号之后与给定的速度值进行比较,同时和底层传感器监测到的其他参数进行比较,进而计算出控制量由模拟量扩展模块输出幅值为0～5V的电压信号给变频器,变频器依据输入电压信号的大小,控制电动机进行调速运行,从而控制处于工作状态的主扇风机的数量,以及主扇风机的工作参数,进而实现自动化电气控制。
2.2 PLC程序的设计实现
PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序主要用于将程序语言翻译成机器语言、管理全机、诊断机器故障,有编译程序、监控程序等,系统程序由PLC厂家提供并存在EPROM中,不能直接存取和干预。用户程序是用户通过PLC的程序语言编制的应用程序实现现场的各种控制。
PLC的输入量在监控系统中只识别数字量,而由传感器检测到的是4mA～20mA的电流模拟量的温度与压力值。通过使用STEP7的标准功能模块FC105(SCALE)可以把这种的模拟量转换成一一对应的数字量。由于电动机和通风机需要有定期的保养和预防性检查,所以故障诊断是监控程序显得尤为重要。该系统的故障主要是诊断检测传感器故障。一旦检测值超过预先设定的报警值时,PLC就启动报警程序报警,然后启动故障诊断子程序,判断传感器是否坏。故障诊断的过程实际就是将转换后的数字量信号与系统允许的极限值做比较,如果接近或超过极限值则说明传感器出现故障。举个例子:5mA～25mA的模拟输入量允许的数字量为0～24678,如果超出这个范围,说明传感器或是传感器与PLC的连接可能出现故障;如果数字量为32777则说明传感器与PLC的连接不上。故障诊断的结果可以从上位机上显示出来。利用故障诊断程序可以为调度人员提供基本的信息,便于故障查询及维护。对于传感器故障引起的数据异常,对传感器及其连接线路进行检测与维修即可,没必要再从电动机和通风机上查故障。
3 结语
基于PLC自动控制的变频调速控制系统,有利于实现无人值守,调速控制效果良好。这种集变频启动、PLC、现代控制理论于一体的新型自动电气控制系统,通过程序设计实现智能控制,有助于为实现全厂自动化创造有利条件,因而适合在全国范围内大力推广。本论文结合煤矿主扇风机的控制需求,对基于PLC实现的自动化电气控制系统进行了设计,只是对自动化电气控制的一次简单探讨,也是一次有益的探讨与尝试,要真正实现基于PLC的自动化电气控制程度的提高,还有赖于我们广大电气自动化控制技术人员的共同努力。
参考文献
[1] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:航空航天大学出版社,2003.
[2] 滑海穗,郎宏仁.可编程控制全自动恒压供水系统[J].黑龙江水利科技,2000 (3):56～57.
[3] 丁炜,魏孔平.可编程控制器在工业控制中的应用[M].北京:化学工业出版社,2004.