基于PLC控制的变频调速通风机系统的探究

张仕元

摘 要：在煤矿生产中，通风机承担着整个矿井的工作任务，因此是最为重要设备。良好的矿井通风能够确保煤矿生产安全，通风机作为矿井唯一的通风设备，其在为井下换气的同时，由于持续处于强电流、高电压的状态，因此会消耗电量的能源。在倡导节能环保的今天，为了确保煤矿井下生产安全，需要对于通风机实施监控，以提高通风机的使用效率。

关键词：PLC；变频器；通风机

1.通风系统设计方案

1.1.通风机系统功能

通风系统的主要设备包括通风机、控制设备以及电气设备。在系统正常运行的过程中，由于通风机需要不间断运行，所以需要两台通风机相互切换运行。通风机系统的控制部分可以控制系统中的任意一台电机，对于电机的启动或者是停止都属于控制系统的操作范围内。当煤矿处于正常运行状态时，通风机系统会采用自控控制模式，根据环境需求调节风量大小，变频器也会相应地调整频率，让系统处于最优运行状态。

通风机系统的传动部分是通过变频器来工作的。为实现统一的控制和监测，通风机系统的通讯信号的传递通过PROFIBUS和PLC来完成。变频器控制两台电机的运行是通过切换柜来完成的。

监测部分所采用的是包括变频器在内的采集模块，除了对于现场的数据进行采集之外，还要收集设备运行过程中的监测数据以及通风工艺数据。这些数据被传送给PLC模拟量模块并经过数据处理之后，控制和监测的性能就会在上位机上形成人机界面。在参数的设定和监测上，所采用的是装有组态软件的计算机，所有的功能通过触摸屏就可以实现。煤矿的调度室对于这些数据的掌握是通过GPS获得的，并以这些数据信号作为参数，对于现场情况统一调配。

1.2.通风机系统主电气设计方案

1.2.1.高压电气方案

为了确保通风机系统的正常运行，通风机系统共设置通风机3台，高压开关柜18台，其中进线柜两个，变压器柜以及PT柜各3个，母线柜和出线柜分别为4个和6个。高压开关柜中的元件有高压熔断器、高压真空断路器、过压保护器以及综合保护装置等等。

1.2.2.低压电气方案

根据通风机系统的设备实际应用情况，供电方式上由高压开关柜提供电源。2台低压开关柜中，其中的1号低压开关柜采用的是双回路设计，供电情况上，主要由1号高压开关柜和2号高压开关柜所变柜供电；2号开关柜由3号所变柜供电。操作台包括有3个台，主台1个，辅台2个，在操作台里面设置有UPS电源，采用了低压开关柜的供电方式。在主台的设计上，由触摸屏和在线检测工控机构成，控制方式上分为操作台和上位机两种，其中的控制台主要用于应急处理，以确保在系统出现故障的情况下，PLC以及变频器都可以正常运行。系统共设置3台PLC柜，对于通风机以及辅助设备都具有一定的控制作用。在正常运行的3台通风机中，两台相互交替运行第三台通风机则处于单独运行状态。在电源的提供上，2号PLC柜和3号PLC柜都为1号PLC柜以及PLC模块提供电源。

2.通风机控制系统的硬件设计

根据系统的功能需求，PLC柜设计为3个，作为整个通风机系统的枢纽，其作用是承担系统的控制作用以及对于数据信号的采集。

按照通风机的功能要求，在PLC柜里面安装有冗余接口模块、16点数字量输出DO模块、32点数字量输出DO模块、32点数字量输入DI模块、4路模拟量输出AO模块和8路模拟量输入AI模块。其他的电气元件包括有继电器和空气开关等等。鉴于系统承担着单个CPU以及信号模块的故障监测，因此，要将接口模块连接到模拟量输入输出模块和数字量输入输出模块进行组态，并选取冗余的使用方式。

3.通风机控制系统软件设计

通风机控制系统的软件设计所采用的为STEP7软件完成的模块化设计，控制流程以及工艺方案都是建立在确保通风机系统运行正常的基础上的。那么，变频器控制电机就可以对于运行中的设备进行切换。处于常态下的切换柜，如果遇到变频器发生故障，为了确保通风机运行正常，切换柜就会自动切换到备用状态。

OB组织模块的设计的功能是当CPU停止工作的时候，确保系统不会出现错误，因此，要在CPU组块中安装OB70、OB80、OB82、OB87、OB121、OB122等。FC、FB程序块设计上，采用FC4程序块设计，其功能用于采集电流信号、功率信号以及变频器转速等等，在信号的转换和存储上，调用FBI来执行。FC4程序的处理是通过上位机将数值输入进去，经过程序处理后传送给变频器，从而起到了调节变频器的作用。当系统处于正常状态时，两台变频器会同时运转。按照FC4程序块设计，变频器的运转速度所采用的方式为同时给定方式。

4.结语：

综上所述，煤矿矿井的环境非常恶劣，主要是因为地下的煤层中会释放一些有毒气体，伴随着容易燃烧的粉尘，加之机械设备所释放出来的热量以及空气中过高的热度和湿度，都会对于井下工作人员造成极大的健康威胁。本论文对于通风机系统的控制与监测设计克服了传统的设计方案，以全自动化控制的方式实现高效率、高可靠性的运行，以满足煤矿井下作业的需求。

参考文献：

[1]李永刚.基于PLC控制的变频调速通风机系统[D].太原理工大学， 2012.

[2]李金金.基于PLC控制的变频调速在矿井提升机中的应用[D]. 太原理工大学， 2007.

[3]左毅.基于PLC控制的局部通风机变频调速系统的研究[D].安徽理工大学， 2008.