摘 要:針對傳統(tǒng)的設備普遍電氣控制方式在實際控制應用中暴露出來的局限性，本論文采用PLC結(jié)合煤礦主扇風機的控制需求，對其進行了自動化電氣控制系統(tǒng)的設計應用，在分析了主扇風機自動控制功能的基礎上，給出了電氣自動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方案，從系統(tǒng)硬件和軟件兩個角度詳細探討了基于PLC實現(xiàn)的自動化電氣控制系統(tǒng)的技術實現(xiàn)，對于進一步提高PLC在自動化電氣控制系統(tǒng)中的應用水平具有一定借鑒和指導意義。

關鍵詞:PLC 自動控制 電氣控制

中圖分類號:TP29\t\t\t文獻標識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0134-01

我國是一個煤礦大國，我國的主要能源形式也是煤礦資源，而作為煤礦四大件之一的風機，其電氣控制自動化程度及安全可靠程度在很大程度上直接決定著煤礦生產(chǎn)的自動化和安全度。為此，必須要實現(xiàn)對煤礦風機的自動化電氣化的控制。

1 基于PLC的風機電氣自動化控制系統(tǒng)功能需求分析

主扇風機自動監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠在煤礦安全生產(chǎn)中起著非常重要的作用。該自動控制系統(tǒng)分為兩個部分，一部分是風機變電站的監(jiān)控;另一部分是風機各種參數(shù)的測量。

基于PLC實現(xiàn)的風機電氣自動化控制系統(tǒng)需實現(xiàn)的主要功能如下。

(1)實時檢測通風系統(tǒng)礦井風量、風速、靜壓、全壓、動壓、甲烷濃度等參數(shù)。

(2)實時檢測每臺風機的電量參數(shù):電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)。

(3)測風機前后軸溫、振動情況，當震動超出正常值時，自動報警。

(4)實時模擬顯示風機通風系統(tǒng)運行狀態(tài)圖。

(5)實時在線設定溫度報警限值、震動允許的幅值。

(6)實時檢測電機定子的溫度。

(7)扇風機檢測數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報表查詢和打印功能。

(8)主要參數(shù)的歷史趨勢曲線、實時運行曲線。

(9)具有值班操作人員密碼管理功能及操作監(jiān)控監(jiān)督功能，有效避免誤操作、亂操作。

(10)具有遠控、手動控制風門啟動功能:遠控:通過上位計算機鼠標控制風門啟停。

本文汲取現(xiàn)有礦井通風機系統(tǒng)中存在的優(yōu)缺點，提出了能夠?qū)崿F(xiàn)通風機系統(tǒng)智能化監(jiān)測和調(diào)節(jié)的一種方法，把高可靠性的工控PLC應用到風機自動化監(jiān)控系統(tǒng)中來，輔助以高性能傳感器，監(jiān)控通風機的各種狀態(tài)，并在中央控制室實現(xiàn)遠程監(jiān)控，從而達到無人值守的目的和生產(chǎn)要求。

2 基于PLC的風機自動化電氣控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 基于PLC的硬件控制系統(tǒng)設計

(1)系統(tǒng)構(gòu)成設計。

可編程控制器(PLC)結(jié)合變頻技術對主扇風機的基本控制策略是:采用變頻調(diào)速的主扇風機與PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，根據(jù)主扇風機的速度高低自動調(diào)整電動機的運行臺數(shù)，完成主扇風機的閉環(huán)控制，并通過在主扇風機周圍布置的傳感器的監(jiān)測，實現(xiàn)對主扇風機工作狀態(tài)的實時自動監(jiān)測，將監(jiān)測參數(shù)傳送給PLC，由PLC實現(xiàn)對相關數(shù)據(jù)的自動計算和分析，并給出相應的控制策略。

如圖1所示，由PLC控制的主扇風機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，主要由PLC、變頻器、速度傳感器、動力控制線路以及電動機等組成。一般來說，系統(tǒng)采用一臺變頻器控制多臺主扇風機以循環(huán)工作的方式。中心控制器為PLC可編程控制器，以設定主扇風機的工作速度和反饋速度為控制目標，以PID為控制算法組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(2)PLC數(shù)據(jù)信號分析。

當PLC控制變頻器啟動后速度傳感器檢測出當前主扇風機的工作速度，并將信號轉(zhuǎn)換為4mA～20mA模擬電流信號，送入PLC的模擬量擴展模塊作為實際速度值;PLC接收到速度信號之后與給定的速度值進行比較，同時和底層傳感器監(jiān)測到的其他參數(shù)進行比較，進而計算出控制量由模擬量擴展模塊輸出幅值為0～5V的電壓信號給變頻器，變頻器依據(jù)輸入電壓信號的大小，控制電動機進行調(diào)速運行，從而控制處于工作狀態(tài)的主扇風機的數(shù)量，以及主扇風機的工作參數(shù)，進而實現(xiàn)自動化電氣控制。

2.2 PLC程序的設計實現(xiàn)

PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序主要用于將程序語言翻譯成機器語言、管理全機、診斷機器故障，有編譯程序、監(jiān)控程序等，系統(tǒng)程序由PLC廠家提供并存在EPROM中，不能直接存取和干預。用戶程序是用戶通過PLC的程序語言編制的應用程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場的各種控制。

PLC的輸入量在監(jiān)控系統(tǒng)中只識別數(shù)字量，而由傳感器檢測到的是4mA～20mA的電流模擬量的溫度與壓力值。通過使用STEP7的標準功能模塊FC105(SCALE)可以把這種的模擬量轉(zhuǎn)換成一一對應的數(shù)字量。由于電動機和通風機需要有定期的保養(yǎng)和預防性檢查，所以故障診斷是監(jiān)控程序顯得尤為重要。該系統(tǒng)的故障主要是診斷檢測傳感器故障。一旦檢測值超過預先設定的報警值時，PLC就啟動報警程序報警，然后啟動故障診斷子程序，判斷傳感器是否壞。故障診斷的過程實際就是將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號與系統(tǒng)允許的極限值做比較，如果接近或超過極限值則說明傳感器出現(xiàn)故障。舉個例子:5mA～25mA的模擬輸入量允許的數(shù)字量為0～24678，如果超出這個范圍，說明傳感器或是傳感器與PLC的連接可能出現(xiàn)故障;如果數(shù)字量為32777則說明傳感器與PLC的連接不上。故障診斷的結(jié)果可以從上位機上顯示出來。利用故障診斷程序可以為調(diào)度人員提供基本的信息，便于故障查詢及維護。對于傳感器故障引起的數(shù)據(jù)異常，對傳感器及其連接線路進行檢測與維修即可，沒必要再從電動機和通風機上查故障。

3 結(jié)語

基于PLC自動控制的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，有利于實現(xiàn)無人值守，調(diào)速控制效果良好。這種集變頻啟動、PLC、現(xiàn)代控制理論于一體的新型自動電氣控制系統(tǒng)，通過程序設計實現(xiàn)智能控制，有助于為實現(xiàn)全廠自動化創(chuàng)造有利條件，因而適合在全國范圍內(nèi)大力推廣。本論文結(jié)合煤礦主扇風機的控制需求，對基于PLC實現(xiàn)的自動化電氣控制系統(tǒng)進行了設計，只是對自動化電氣控制的一次簡單探討，也是一次有益的探討與嘗試，要真正實現(xiàn)基于PLC的自動化電氣控制程度的提高，還有賴于我們廣大電氣自動化控制技術人員的共同努力。

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