PLC在通風(fēng)機(jī)自動化變頻中的應(yīng)用

路曉宇　付亮　劉毅

摘 要 （PLC）Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器是計算機(jī)家族中的一員，1968年誕生于美國通用汽車生產(chǎn)線上。它代替了繼電器實現(xiàn)邏輯控制，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。伴隨著節(jié)能的理念，PLC變頻技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各種自動化控制領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 可編程序控制器；PLC；通風(fēng)機(jī)；變頻控制

中圖分類號：TD635 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0103-02

在當(dāng)今煤炭行業(yè)中，保障煤礦安全的主要通風(fēng)設(shè)備是煤礦風(fēng)機(jī)，365天晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)且功率較大。對于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制方式，風(fēng)機(jī)長期處于全功率下運(yùn)行，造成大量電能浪費(fèi)，利用變頻器驅(qū)動通風(fēng)機(jī)運(yùn)行結(jié)合PLC控制技術(shù)，選擇適合的變頻器，通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，調(diào)節(jié)合適的風(fēng)量，降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗，節(jié)省大量的電能，同時還可以實現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速，大幅度提高煤礦自動化安全生產(chǎn)的水平。

本文以陜西旬邑青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房為例，簡述PLC在通風(fēng)機(jī)自動化變頻中的應(yīng)用。青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房配備兩臺通風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)配備兩臺200 kW的電動機(jī)，通風(fēng)機(jī)設(shè)備一用一備。

首先，針對風(fēng)機(jī)設(shè)備的性能要求和需要實現(xiàn)的自動化功能，選擇合理可行的最佳控制方案。其次，根據(jù)控制方案，對PLC控制系統(tǒng)、變頻器等進(jìn)行選型配置，最終設(shè)計系統(tǒng)的主回路和控制電路。

1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及PLC選型

1.1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：信息層、控制層和設(shè)

備層。

1）信息層：通過以太網(wǎng)傳輸信息，用于風(fēng)機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和程序維修，最終通過工業(yè)以太網(wǎng)接入礦井綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房集中控制系統(tǒng)信息的上傳。

2）控制層：采用控制網(wǎng)、ControlNet網(wǎng)和第三方SFK網(wǎng)等通訊技術(shù)，通過實時I/O控制、控制器互鎖和報文傳送，實現(xiàn)全系統(tǒng)的高效集成。

3）設(shè)備層：PLC的I/O控制分站與外界電氣設(shè)備硬連接線，完成現(xiàn)場信號的采集、命令執(zhí)行等功能。與第三方設(shè)備采用總線通訊協(xié)議通信，實現(xiàn)信息交換。

三級網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通將由帶背板通訊功能的ControlLogix網(wǎng)關(guān)來橋接或傳送網(wǎng)絡(luò)之間的控制及信息數(shù)據(jù)，通過軟件編程配置，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間及異型數(shù)據(jù)庫之間的無障礙貫通。

通風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀中有小型的PLC，數(shù)據(jù)可通過總線接口連接至ControlLogix的各分站的ControlNet或DH+總線上，構(gòu)成一個現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。

1.2 系統(tǒng)軟、硬件選型

1）上位機(jī)采用研華高檔工控機(jī)。

2）通訊采用以太網(wǎng)。

3）組態(tài)軟件采用INTOUCH。

4）集控顯示屏采用LCD顯示器，直接把工控機(jī)上的組態(tài)畫面?zhèn)鹘o顯示器，使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更直觀。

1.3 PLC的基本構(gòu)成及選型

PLC由電源單元、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊及通信模塊構(gòu)成。

本系統(tǒng)選用Rockwell Automation的新一代控制平臺ControlLogix的PLC作為主控站。ControlLogix通過高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP、ControlNet及其處理單元、過程I/O、人機(jī)接口和過程控制軟件Logix5000以及RSView等來完成風(fēng)機(jī)的控制，并與變頻器連接完成高速的邏輯控制和調(diào)節(jié)控制動能，將風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀態(tài)和事件通過標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet/IP和ControlNet通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作員工作站，并將控制命令通過該網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制系統(tǒng)，在機(jī)旁設(shè)有手動操作按鈕用于手動試車、維護(hù)和應(yīng)急操作以滿足各種運(yùn)行工況的要求，以確保通風(fēng)設(shè)備安全、高效運(yùn)行。

該系統(tǒng)選用AB的1756系列PLC，本著安全性、實用性、經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計原則，選用1756-L62系列CPU、1756-IM16I型的16點(diǎn)數(shù)字量交流220 V輸入模塊、1756-OW16I型的16點(diǎn)數(shù)字量交流220 V輸出模塊、1756-IF16型的16點(diǎn)模擬量交流

220 V輸入模塊，1756-OF8型的8點(diǎn)模擬量交流220V輸出模塊，1756-ENBT聯(lián)網(wǎng)模塊通過EtherNet網(wǎng)絡(luò)上傳信號，1756-PA75電源模塊。此外，為了能夠?qū)崟r監(jiān)測風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸承及定子溫度，采用風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀來進(jìn)行溫度的實時巡檢。

2 變頻器的分類

變頻器按變化環(huán)節(jié)來分，分為交-直-交變頻器和交-交變頻器兩種。目前，交-直-交變頻器是使用最多的通用變頻器。變頻器的調(diào)速過程就是將變頻器的頻率和電壓同步進(jìn)行調(diào)整的一個過程。實現(xiàn)方式為：先把交流電，通過整流電流，變成直流電，再把直流電通過逆變電路，變成我們所需要的、電機(jī)可以接受的交流電，從而達(dá)到了變頻、變壓、調(diào)速的目的。

通風(fēng)機(jī)設(shè)備負(fù)載的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，低速轉(zhuǎn)矩小，實際運(yùn)行負(fù)載基本不變，可選用通用變頻器，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)量。

3 系統(tǒng)的總體設(shè)計

3.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理

我們設(shè)計兩臺通風(fēng)機(jī)采用4臺高壓開關(guān)柜，每臺高壓柜上加裝上海南自的微機(jī)綜合自動化保護(hù)裝置，形成10 kV綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，以用電間隔為一基本單元，保護(hù)、測控功能綜合考慮，配合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能。微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)采用通訊管理機(jī)RS一485接口，將四臺10 kV電機(jī)的實時運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)同步傳送至PLC，再通過以太網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)發(fā)往遠(yuǎn)程的計算機(jī)服務(wù)器，同時將遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)來的控制信號傳給PLC，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的實時控制與監(jiān)測，并通過集控室的人機(jī)界面將各被監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)行顯示報警。

3.2 設(shè)計主回路

青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房應(yīng)業(yè)主要求，采用變頻一拖二模式。為保障風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行安全，主回路設(shè)計為兩種運(yùn)行方式：工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行。變頻主回路由一臺智能變頻器和兩臺斷路器組成，為通風(fēng)機(jī)的主運(yùn)行回路；工頻部分設(shè)計為變頻部分的備用回路，當(dāng)變頻系統(tǒng)發(fā)生故障時，工頻系統(tǒng)啟動并全速正常運(yùn)行風(fēng)機(jī)。

主回路圖設(shè)計如圖2。

4 系統(tǒng)評價

應(yīng)用PLC控制的變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了煤礦自動化操作。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)上，延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命、實現(xiàn)了軟啟動的功能、減少風(fēng)機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊，降低風(fēng)機(jī)故障率同時起到了節(jié)能的作用。變頻技術(shù)結(jié)合PLC控制，操作簡單、便于管理，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房自動化操作。但變頻器造價高，尤其中高壓變頻器，占地空間大且安裝不方便。

參考文獻(xiàn)

[1]變頻器的分類.百度文庫，2012.

[2]GB 50450-2008煤礦主要通風(fēng)機(jī)站設(shè)計規(guī)范.

[3]Controllogix系列可編程序控制器產(chǎn)品目錄.

[4]變頻器產(chǎn)品目錄及選型指南.endprint

摘 要 （PLC）Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器是計算機(jī)家族中的一員，1968年誕生于美國通用汽車生產(chǎn)線上。它代替了繼電器實現(xiàn)邏輯控制，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。伴隨著節(jié)能的理念，PLC變頻技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各種自動化控制領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 可編程序控制器；PLC；通風(fēng)機(jī)；變頻控制

中圖分類號：TD635 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0103-02

在當(dāng)今煤炭行業(yè)中，保障煤礦安全的主要通風(fēng)設(shè)備是煤礦風(fēng)機(jī)，365天晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)且功率較大。對于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制方式，風(fēng)機(jī)長期處于全功率下運(yùn)行，造成大量電能浪費(fèi)，利用變頻器驅(qū)動通風(fēng)機(jī)運(yùn)行結(jié)合PLC控制技術(shù)，選擇適合的變頻器，通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，調(diào)節(jié)合適的風(fēng)量，降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗，節(jié)省大量的電能，同時還可以實現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速，大幅度提高煤礦自動化安全生產(chǎn)的水平。

本文以陜西旬邑青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房為例，簡述PLC在通風(fēng)機(jī)自動化變頻中的應(yīng)用。青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房配備兩臺通風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)配備兩臺200 kW的電動機(jī)，通風(fēng)機(jī)設(shè)備一用一備。

首先，針對風(fēng)機(jī)設(shè)備的性能要求和需要實現(xiàn)的自動化功能，選擇合理可行的最佳控制方案。其次，根據(jù)控制方案，對PLC控制系統(tǒng)、變頻器等進(jìn)行選型配置，最終設(shè)計系統(tǒng)的主回路和控制電路。

1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及PLC選型

1.1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：信息層、控制層和設(shè)

備層。

1）信息層：通過以太網(wǎng)傳輸信息，用于風(fēng)機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和程序維修，最終通過工業(yè)以太網(wǎng)接入礦井綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房集中控制系統(tǒng)信息的上傳。

2）控制層：采用控制網(wǎng)、ControlNet網(wǎng)和第三方SFK網(wǎng)等通訊技術(shù)，通過實時I/O控制、控制器互鎖和報文傳送，實現(xiàn)全系統(tǒng)的高效集成。

3）設(shè)備層：PLC的I/O控制分站與外界電氣設(shè)備硬連接線，完成現(xiàn)場信號的采集、命令執(zhí)行等功能。與第三方設(shè)備采用總線通訊協(xié)議通信，實現(xiàn)信息交換。

三級網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通將由帶背板通訊功能的ControlLogix網(wǎng)關(guān)來橋接或傳送網(wǎng)絡(luò)之間的控制及信息數(shù)據(jù)，通過軟件編程配置，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間及異型數(shù)據(jù)庫之間的無障礙貫通。

通風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀中有小型的PLC，數(shù)據(jù)可通過總線接口連接至ControlLogix的各分站的ControlNet或DH+總線上，構(gòu)成一個現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。

1.2 系統(tǒng)軟、硬件選型

1）上位機(jī)采用研華高檔工控機(jī)。

2）通訊采用以太網(wǎng)。

3）組態(tài)軟件采用INTOUCH。

4）集控顯示屏采用LCD顯示器，直接把工控機(jī)上的組態(tài)畫面?zhèn)鹘o顯示器，使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更直觀。

1.3 PLC的基本構(gòu)成及選型

PLC由電源單元、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊及通信模塊構(gòu)成。

本系統(tǒng)選用Rockwell Automation的新一代控制平臺ControlLogix的PLC作為主控站。ControlLogix通過高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP、ControlNet及其處理單元、過程I/O、人機(jī)接口和過程控制軟件Logix5000以及RSView等來完成風(fēng)機(jī)的控制，并與變頻器連接完成高速的邏輯控制和調(diào)節(jié)控制動能，將風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀態(tài)和事件通過標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet/IP和ControlNet通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作員工作站，并將控制命令通過該網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制系統(tǒng)，在機(jī)旁設(shè)有手動操作按鈕用于手動試車、維護(hù)和應(yīng)急操作以滿足各種運(yùn)行工況的要求，以確保通風(fēng)設(shè)備安全、高效運(yùn)行。

該系統(tǒng)選用AB的1756系列PLC，本著安全性、實用性、經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計原則，選用1756-L62系列CPU、1756-IM16I型的16點(diǎn)數(shù)字量交流220 V輸入模塊、1756-OW16I型的16點(diǎn)數(shù)字量交流220 V輸出模塊、1756-IF16型的16點(diǎn)模擬量交流

220 V輸入模塊，1756-OF8型的8點(diǎn)模擬量交流220V輸出模塊，1756-ENBT聯(lián)網(wǎng)模塊通過EtherNet網(wǎng)絡(luò)上傳信號，1756-PA75電源模塊。此外，為了能夠?qū)崟r監(jiān)測風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸承及定子溫度，采用風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀來進(jìn)行溫度的實時巡檢。

2 變頻器的分類

變頻器按變化環(huán)節(jié)來分，分為交-直-交變頻器和交-交變頻器兩種。目前，交-直-交變頻器是使用最多的通用變頻器。變頻器的調(diào)速過程就是將變頻器的頻率和電壓同步進(jìn)行調(diào)整的一個過程。實現(xiàn)方式為：先把交流電，通過整流電流，變成直流電，再把直流電通過逆變電路，變成我們所需要的、電機(jī)可以接受的交流電，從而達(dá)到了變頻、變壓、調(diào)速的目的。

通風(fēng)機(jī)設(shè)備負(fù)載的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，低速轉(zhuǎn)矩小，實際運(yùn)行負(fù)載基本不變，可選用通用變頻器，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)量。

3 系統(tǒng)的總體設(shè)計

3.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理

我們設(shè)計兩臺通風(fēng)機(jī)采用4臺高壓開關(guān)柜，每臺高壓柜上加裝上海南自的微機(jī)綜合自動化保護(hù)裝置，形成10 kV綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，以用電間隔為一基本單元，保護(hù)、測控功能綜合考慮，配合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能。微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)采用通訊管理機(jī)RS一485接口，將四臺10 kV電機(jī)的實時運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)同步傳送至PLC，再通過以太網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)發(fā)往遠(yuǎn)程的計算機(jī)服務(wù)器，同時將遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)來的控制信號傳給PLC，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的實時控制與監(jiān)測，并通過集控室的人機(jī)界面將各被監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)行顯示報警。

3.2 設(shè)計主回路

青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房應(yīng)業(yè)主要求，采用變頻一拖二模式。為保障風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行安全，主回路設(shè)計為兩種運(yùn)行方式：工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行。變頻主回路由一臺智能變頻器和兩臺斷路器組成，為通風(fēng)機(jī)的主運(yùn)行回路；工頻部分設(shè)計為變頻部分的備用回路，當(dāng)變頻系統(tǒng)發(fā)生故障時，工頻系統(tǒng)啟動并全速正常運(yùn)行風(fēng)機(jī)。

主回路圖設(shè)計如圖2。

4 系統(tǒng)評價

應(yīng)用PLC控制的變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了煤礦自動化操作。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)上，延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命、實現(xiàn)了軟啟動的功能、減少風(fēng)機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊，降低風(fēng)機(jī)故障率同時起到了節(jié)能的作用。變頻技術(shù)結(jié)合PLC控制，操作簡單、便于管理，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房自動化操作。但變頻器造價高，尤其中高壓變頻器，占地空間大且安裝不方便。

參考文獻(xiàn)

[1]變頻器的分類.百度文庫，2012.

[2]GB 50450-2008煤礦主要通風(fēng)機(jī)站設(shè)計規(guī)范.

[3]Controllogix系列可編程序控制器產(chǎn)品目錄.

[4]變頻器產(chǎn)品目錄及選型指南.endprint

摘 要 （PLC）Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器是計算機(jī)家族中的一員，1968年誕生于美國通用汽車生產(chǎn)線上。它代替了繼電器實現(xiàn)邏輯控制，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。伴隨著節(jié)能的理念，PLC變頻技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各種自動化控制領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 可編程序控制器；PLC；通風(fēng)機(jī)；變頻控制

中圖分類號：TD635 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0103-02

在當(dāng)今煤炭行業(yè)中，保障煤礦安全的主要通風(fēng)設(shè)備是煤礦風(fēng)機(jī)，365天晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)且功率較大。對于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制方式，風(fēng)機(jī)長期處于全功率下運(yùn)行，造成大量電能浪費(fèi)，利用變頻器驅(qū)動通風(fēng)機(jī)運(yùn)行結(jié)合PLC控制技術(shù)，選擇適合的變頻器，通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，調(diào)節(jié)合適的風(fēng)量，降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗，節(jié)省大量的電能，同時還可以實現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速，大幅度提高煤礦自動化安全生產(chǎn)的水平。

本文以陜西旬邑青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房為例，簡述PLC在通風(fēng)機(jī)自動化變頻中的應(yīng)用。青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房配備兩臺通風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)配備兩臺200 kW的電動機(jī)，通風(fēng)機(jī)設(shè)備一用一備。

首先，針對風(fēng)機(jī)設(shè)備的性能要求和需要實現(xiàn)的自動化功能，選擇合理可行的最佳控制方案。其次，根據(jù)控制方案，對PLC控制系統(tǒng)、變頻器等進(jìn)行選型配置，最終設(shè)計系統(tǒng)的主回路和控制電路。

1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及PLC選型

1.1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：信息層、控制層和設(shè)

備層。

1）信息層：通過以太網(wǎng)傳輸信息，用于風(fēng)機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和程序維修，最終通過工業(yè)以太網(wǎng)接入礦井綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房集中控制系統(tǒng)信息的上傳。

2）控制層：采用控制網(wǎng)、ControlNet網(wǎng)和第三方SFK網(wǎng)等通訊技術(shù)，通過實時I/O控制、控制器互鎖和報文傳送，實現(xiàn)全系統(tǒng)的高效集成。

3）設(shè)備層：PLC的I/O控制分站與外界電氣設(shè)備硬連接線，完成現(xiàn)場信號的采集、命令執(zhí)行等功能。與第三方設(shè)備采用總線通訊協(xié)議通信，實現(xiàn)信息交換。

三級網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通將由帶背板通訊功能的ControlLogix網(wǎng)關(guān)來橋接或傳送網(wǎng)絡(luò)之間的控制及信息數(shù)據(jù)，通過軟件編程配置，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間及異型數(shù)據(jù)庫之間的無障礙貫通。

通風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀中有小型的PLC，數(shù)據(jù)可通過總線接口連接至ControlLogix的各分站的ControlNet或DH+總線上，構(gòu)成一個現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。

1.2 系統(tǒng)軟、硬件選型

1）上位機(jī)采用研華高檔工控機(jī)。

2）通訊采用以太網(wǎng)。

3）組態(tài)軟件采用INTOUCH。

4）集控顯示屏采用LCD顯示器，直接把工控機(jī)上的組態(tài)畫面?zhèn)鹘o顯示器，使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更直觀。

1.3 PLC的基本構(gòu)成及選型

PLC由電源單元、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊及通信模塊構(gòu)成。

本系統(tǒng)選用Rockwell Automation的新一代控制平臺ControlLogix的PLC作為主控站。ControlLogix通過高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP、ControlNet及其處理單元、過程I/O、人機(jī)接口和過程控制軟件Logix5000以及RSView等來完成風(fēng)機(jī)的控制，并與變頻器連接完成高速的邏輯控制和調(diào)節(jié)控制動能，將風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀態(tài)和事件通過標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet/IP和ControlNet通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作員工作站，并將控制命令通過該網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制系統(tǒng)，在機(jī)旁設(shè)有手動操作按鈕用于手動試車、維護(hù)和應(yīng)急操作以滿足各種運(yùn)行工況的要求，以確保通風(fēng)設(shè)備安全、高效運(yùn)行。

該系統(tǒng)選用AB的1756系列PLC，本著安全性、實用性、經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計原則，選用1756-L62系列CPU、1756-IM16I型的16點(diǎn)數(shù)字量交流220 V輸入模塊、1756-OW16I型的16點(diǎn)數(shù)字量交流220 V輸出模塊、1756-IF16型的16點(diǎn)模擬量交流

220 V輸入模塊，1756-OF8型的8點(diǎn)模擬量交流220V輸出模塊，1756-ENBT聯(lián)網(wǎng)模塊通過EtherNet網(wǎng)絡(luò)上傳信號，1756-PA75電源模塊。此外，為了能夠?qū)崟r監(jiān)測風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸承及定子溫度，采用風(fēng)機(jī)監(jiān)測儀來進(jìn)行溫度的實時巡檢。

2 變頻器的分類

變頻器按變化環(huán)節(jié)來分，分為交-直-交變頻器和交-交變頻器兩種。目前，交-直-交變頻器是使用最多的通用變頻器。變頻器的調(diào)速過程就是將變頻器的頻率和電壓同步進(jìn)行調(diào)整的一個過程。實現(xiàn)方式為：先把交流電，通過整流電流，變成直流電，再把直流電通過逆變電路，變成我們所需要的、電機(jī)可以接受的交流電，從而達(dá)到了變頻、變壓、調(diào)速的目的。

通風(fēng)機(jī)設(shè)備負(fù)載的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，低速轉(zhuǎn)矩小，實際運(yùn)行負(fù)載基本不變，可選用通用變頻器，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)量。

3 系統(tǒng)的總體設(shè)計

3.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理

我們設(shè)計兩臺通風(fēng)機(jī)采用4臺高壓開關(guān)柜，每臺高壓柜上加裝上海南自的微機(jī)綜合自動化保護(hù)裝置，形成10 kV綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，以用電間隔為一基本單元，保護(hù)、測控功能綜合考慮，配合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能。微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)采用通訊管理機(jī)RS一485接口，將四臺10 kV電機(jī)的實時運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)同步傳送至PLC，再通過以太網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)發(fā)往遠(yuǎn)程的計算機(jī)服務(wù)器，同時將遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)來的控制信號傳給PLC，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的實時控制與監(jiān)測，并通過集控室的人機(jī)界面將各被監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)行顯示報警。

3.2 設(shè)計主回路

青崗坪煤礦通風(fēng)機(jī)房應(yīng)業(yè)主要求，采用變頻一拖二模式。為保障風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行安全，主回路設(shè)計為兩種運(yùn)行方式：工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行。變頻主回路由一臺智能變頻器和兩臺斷路器組成，為通風(fēng)機(jī)的主運(yùn)行回路；工頻部分設(shè)計為變頻部分的備用回路，當(dāng)變頻系統(tǒng)發(fā)生故障時，工頻系統(tǒng)啟動并全速正常運(yùn)行風(fēng)機(jī)。

主回路圖設(shè)計如圖2。

4 系統(tǒng)評價

應(yīng)用PLC控制的變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了煤礦自動化操作。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)上，延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命、實現(xiàn)了軟啟動的功能、減少風(fēng)機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊，降低風(fēng)機(jī)故障率同時起到了節(jié)能的作用。變頻技術(shù)結(jié)合PLC控制，操作簡單、便于管理，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房自動化操作。但變頻器造價高，尤其中高壓變頻器，占地空間大且安裝不方便。

參考文獻(xiàn)

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[3]Controllogix系列可編程序控制器產(chǎn)品目錄.

[4]變頻器產(chǎn)品目錄及選型指南.endprint