基于PLC的矿井通风控制系统设计

1、列表1简介12创建设计方案13系统结构和工作原理23.1系统的结构23.2系统控制原理23.3系统工作原理33.4频率控制原理43.5 pid曹征原理简介54提高风扇设备的综合效率74.1风扇速度调节74.2轴流风扇叶片安装角度曹征84.3更换马达8使用4.4“字母”风扇95硬件设计95.1选择plc类型95.2变频器类型选择和布线方法105.3气体传感器选择105.4压力传感器选择11选择5.5变送器115.6选择电动机125.6电源的电源125.7故障排除和保护功能146软件实施156.1 plc i/o分配156.2 plc接线图166.3程序控制流程图166.4程序调试、测试和监视17

2、6.5主机计算机联机调试186.6软件操作需要注意197结论19萨莎20参考文献20附录1流程列表22引言1矿井通风控制是地下开采、挖掘行业不可缺少的渡边杏环节。特别是在瓦斯浓度严格的工作面，井下通风和瓦斯含量对工人来说很重要。因此矿井通风的控制具有理论和实际意义，近年来受到了特别关注。通风控制主要是控制矿井风流，调节通风机的速度，调节风流状态。地下环境恶劣，风浪的压力往往被各种干扰变化不定，难以掌握。原来人工控制了通风，每次都不能准确定位矿井的风量，所以很难准确控制风扇的启动。另外，故障多，可靠性低等，在整顿上面临很大的困难。过去，通风控制系统的很大一部分是变速牵引，没有变速马达的电力大部分

3、是适应风量变化的，经常的启动停止风扇消耗，使电机在效率低下的地区工作，缩短短电机寿命，由于电机频繁启动停止，设备故障率高，系统裴珉姬维修、裴珉姬维修工作量大。另一方面，由于气流的随机性，使用的气流是动态的，采用现有方法很难确保通风的实时性。从总体最佳目标要求开始，控制设计中必须考虑这些因素。为此，必须找到并应用有效的理论，以满足这些要求，使设计简单易行。针对上述问题，本文利用自动控制改善了整个矿井通风系统，以感兴趣地区的主风流为现状，以地下环境扰动为外部扰动输入，以通风机输出功率为控制输入，并根据实际气体浓度、风流流速检测延迟，应用控制理论和技术解决这些矿井通风控制问题，全面追求技术和经济的最

4、佳利益。2创建设计方案使用频率控制来控制风扇的操作。一般来说，有两种方法可以实现单片机或plc控制，但是在软件设计中，plc比单片机的编程更简单、更直观。在硬件接口中，单片机电路有点复杂。从经济的角度来看，由于plc过程变得成熟，小型plc成本与单片机几乎没有区别，因此需要根据现场情况调整系统参数，更容易调整plc软件的时间参数，硬件接口简单、可行，系统运行的可靠性，特别是整个系统的稳定性和抗干扰能力，具有售后服务人员可以掌握的优点。该设计结合plc和变频器构成了自动通风控制系统，可以更好地优化现有通风系统，解决现有系统能耗大、通风质量低等诸多问题，利用plc进行逻辑控制，利用变频器调节电机速

5、度，自动控制电机速度，在保持一定压力条件的情况下控制风量。系统通过气体传感器检测气体浓度和压力传感器检测到的声压，通过变送器发送到plc进行比较、判断，并向变频器发送控制信号，从而调节通风电机的速度，实现最佳控制。该系统必须具有“变频/工频”开关功能，如果变频器出现故障或电动机需要在工频状态下长时间运行，可以通过手动和自动切换、手动“启动/停止”功能、电动机过热保护、声光报警等功能提高系统可靠性。3系统结构和工作原理3.1系统的结构系统的结构框架如图1所示，整个控制系统主要由plc、变频器、气体传感器、压力传感器、电动机组、通风设备等组成，该系统主设备是使用plc，控制部件是通过变频操作的通风

6、电动机，主参数是气体浓度。电源频率/频率转换通风机马达变送器压力传感器手动/自动声光报警380v交流电变频器plc气体传感器图1系统控制方块图3.2系统控制原理通过安装在矿井内部的气体传感器和压力传感器，将信号作为标准电气信号传送到发射器，传送到pid调节器，比较操作和给定的压力参数，将曹征参数传送到变频器，由变频器控制风扇电机的速度。如图2所示，系统操作主电路根据系统进入自动状态时检测到的矿井内负压的大小，首先检测通风电动机m1软起动、变频运行及其值，设置值后，系统以恒定速度进入当前状态。否则，频率上升到50hz，m1工频操作，如果尚未设定，系统软起动m2电动机，变频操作将无冲击地切换到工频

7、电源，直到矿井的负压达到设定值，实现通风电动机循环软起动。所需的负压降低后，m2电动机速度逐渐下降到一定的低速值。例如，当井的负压高于设置值时，电动机停止运行。停止一台电动机后，如果保持在设定值以上，系统会将m1电动机从功率频率切换到频率转换，实现通风电动机循环，直到压力等于设定值。m3是备用电动机，如果m1或m2出现故障，或需要维修和紧急情况，请激活m3电动机以实现正常运行目的。图2系统工作主电路图控制系统可以从一个变频器中引入两个电动机，m1、m2、m3电动机可以在正常工频模式下运行，m1、m2可以在变频模式下运行。每个电动机只能处于变频或工频操作模式，并通过plc的程序和外部接触器徐璐锁

8、定，以确保安全可靠的操作。使用放置在矿井内部的传感器将信号传输到发射器，转换为数字信号，然后传输到plc，在plc内部比较值，然后控制变频器，控制电机的速度。电动机的启动和停止分别由plc内部变量确定。根据所需负压的大小，通过plc控制工作组电动机数量的增加或减少以及变频器对电动机速度的调节，实现稳定的负压值1。利用变频器控制通风电机的速度，自动调节风机运行台数，完成系统闭环控制，达到稳定负压和节能的目的。系统随机设定所需的负压值，反馈值通过pid调节后的调速装置调节通风电机的运行速度，调节井内气体浓度。与传统的手动控制相比，该控制系统具有通风质量、灵活性、能耗降低、电动机启动/停止等诸多优点

9、。3.3系统工作原理此系统有两种操作方法：自动和手动。(1)手动运行此系统具有手动/自动转换开关。开关手动切换后，现场可以启动和停止每个通风马达。如果发射器或变频器出现故障，三个通风电动机将分别以手动开工频率运行，以确保稳定的通风。此频率主要用于维修或发射器和变频器故障，仅用于费翔。(2)自动运行切换开关切换到自动状态后，电动机的启动/停止和变频/工频切换完全由plc根据矿井内的通风状态和程序内部的设置自动调节，最终由现场无人值守系统本身自动运行。关闭自动开关后，m1通风电动机将通电，在变频器输出频率从0hz上升的同时，plc接收传感器的信号，通过运算控制变频器与给定参数相比较，调节电机速度，

10、空气量不足时，频率上升到50hz，m1通过变频转换转换为功率频率，由m2电动机频率转换启动，变频器逐渐提高频率，直到满足设定值。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成两个通风电机的软起动、停止、循环变频的整个运行过程。3.4频率控制原理变频通风控制主要由变频器、控制系统、电动机和传感器组成。该系统通过控制变频器，0 50hz之间的频率到50hz的交流输出，实现了矿井通风机的最佳控制，并可以在变频系统为开环时，将设备设置为手动控制所有频率下的电机速度。当变频系统是闭环时，随着反馈等要求的变化，自动获得相应的频率。通风电动机通常由三相交流刘涛电动机拖动，风扇的速度调节通过调节该电动机的速度

11、来实现。我们知道异步电动机速度n=60f(1-s)/p。在此公式中，f是电动机电源的频率，p是电动机的极对数，s是滑动率(0 3%或0 6%)。上述马达的速度公式为：变更马达速度的方法有三种：(1)变更马达的频率。(2)改变电机的公差速度s。(3)变更马达的极对数p。通过对上述三种方法的分析可以知道。变更马达速度的最佳方法是变更马达电源的频率。变化率s的范围在(0 3%或0 6%)之间，因此，此变化率s对马达的影响很小，速度调节效果不明显，效率相对低。极对数p改变方法首先是不容易的，其次是根据电动机的工作原理，电动机的极数是固定的。极值不是连续值(例如，如果极数为2，4，6，则为2的倍数)，因

12、此通常不适合通过更改极对数p来调整电动机速度。马达速度n与电源的频率f成比例变更三相交流马达的频率f非常容易变更马达的速度n，频率f可以在马达外部调整后再供给马达，因此可以自由控制马达的旋转速度，比变更极对数p和旋转速度s两个参数要方便得多。实际上，只改变电动机的频率，并不能很好地实现变频特性。电压恒定，频率下降到低于50hz时，电动机气隙磁通(约v/f)饱和。相反，如果电压恒定，频率大于50hz，则会发生磁通量减弱。因此，实际应用频率控制时，基本上必须同时更改电压v和频率f以保持恒定磁通量。马达产生的扭矩通常随频率的降低而减少(速度降低)。利用磁通量矢量控制的变频器，低速电机的转矩缺陷得到了

13、改善，低速区域电机也能输出足够的转矩。矢量控制具有提高低频频率下变频器输出电压的功能，补偿定子电阻中电压下降引起的输出转矩损失，从而改善电机输出转矩的转矩。如果马达的低速输出扭矩不足，则向量控制允许马达在低速旋转时的输出扭矩达到50hz的马达输出扭矩。对于常规v/f控制，随着电动机速度的降低，电动机的电压降相对增加，由于缺少励磁，电动机可能无法获得足够的转动力。为了补偿这种不足，变频器必须提高电压，补偿由于电机速度降低而引起的电压下降。转矩升降功能是提高变频器的输出电压。但是，即使提高输出电压，马达电流也包含马达产生的扭矩元件和其他元件，因此马达扭矩不会随电流成比例增加。矢量控制分布电动机的电

14、流值，以确定产生转矩的电动机的电流分量和其他电流分量的值。矢量控制通过对电动机末端电压降的响应，可以执行优化补偿，使电动机输出允许大转矩，而不增加电流。3.5 pid曹征原理简介在通风控制系统中，发射器将传感器中的信号转换为电压量或载流量，并向pid模块(plc高级模块)发送反馈，pid将压力反馈信号与给定信号进行比较，然后将proportion、integral、differential coefficient、differential coefficient、differential(1)比较和判断功能是给定负压的信号，传感器的反馈信号是，pid调节器首先比较上述信号以获得偏差信号(1)然

15、后根据值按以下方式判断：表示通风量低于指定值，电动机需要加速。也就是说，大的话所需的空气量要少得多，要提高马达速度。如果设定为-，则渗透量必须高于指定值，且马达必须减速。小，所需风量高得多，说明马达要减速。使用的风量q增加，导致通风不足时出现偏差信号。的大小与负压成正比，但具体数字因模型而异。图3 pid功能图(a)增加风量(b)降低声压(c)p曹征后的风量(d)p曹征后负压(e)pi曹征后风量(f)pi曹征后负压(g)pid曹征后风量(h)pid曹征后负压这些控件的基本原理是仅依赖的变化，但如果值非常快，则值不能减少到0，并且是静态的。(2)p(比例)功能简单地说，p功能是按比例放大值。这样

16、，即使值较小，电动机的速度也可以快速调整，从而减小静态差。但是，如果将p值设置得较大，则灵敏度会较高，通风压力达到给定值的速度会更快。但是，由于拖动系统的惯性，很容易发生过载(风压超过指定值)。所以要回到相反的方向，回调也很容易复盖。结果是气流q在新气流中振荡，而风压在指定值中振荡。(3)发生i(积分)功能振动现象的原因主要是马达的速度增加过程和降速过程太快。i(积分)功能用于减缓上升速度和降速，以缓解p功能过度设置导致的过载。i功能与p功能相结合将成为pi功能。(4)d(微分)功能添加了d(微分)功能，以克服i值设置过高导致的缺陷。d功能是使用x的变化率()作为自己的输出信号。风量刚增加，负压刚下降，最大。随着电机速度的逐渐上升，负压的逐步恢复迅速衰退。d功能与pi功能相结合，可获得pid调节功能2。pid功能图如图3所示。4提高风扇设备的综合效率通风机装置是矿井通风的心脏，是通风系统最重要的部分。它力气大，日夜不停地运转，耗电量大。统计了占全部矿山电力16%的全国统一煤矿的平均主扇电力。要改造主风扇，就要提高风扇装置综合效率，即在系统改造的基础上，通过调整风扇速度、刀片安装角度曹征等措施提高效率，尽量避免更换风扇，因为风扇更换投资、