一种基于plc的矿井通风控制系统的制作方法

文档序号:8727662阅读:636来源:国知局
一种基于plc的矿井通风控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及矿井安全控制技术领域,尤其是涉及一种基于PLC的矿井通风控制系统。
【背景技术】
[0002]矿井通风控制是井下采、掘行业必不可少的环节,特别是在瓦斯浓度要求严格的作业面,井内的通风状态以及瓦斯气体含量对工作人员来说非常重要。因此,矿井通风的控制具有重要的理论意义与实际意义,近年来受到格外关注。
[0003]所谓通风控制,主要是针对矿井风流的控制,通过对通风机进行调速来控制风流状态。在通常状况下,井下环境恶劣且风流压力受各种扰动影响而变化无常、难以把握。原先用人工进行通风控制,由于无法每时每刻对矿井的风量进行准确的定位监测,很难准确控制风机的启停;并且出现故障多,可靠性差,给维修带来很大的麻烦。以往通风控制系统中有很大一部分通风电机是不变速拖动,不变速电机的电能大多消耗在适应风量的变化而频繁的开停风机中,这样不但使电机工作在低效区、减短电机的使用寿命,而且电机的频繁开停使设备故障率很高,系统的维护、维修工作量较大;另一方面,由于风量的随机性,所使用的风量是动态的,采用传统方法难以保证通风的实时性。
[0004]从整体最优目标要求出发,这些因素必须在控制设计中加以考虑,这就需要寻找并应用行之有效的方案设计,从而来满足这些要求使设计变得简单易行。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种基于PLC的矿井通风控制系统,其采用自动化控制对整个矿井通风系统进行改进,将所关心区域主风流作为当前状态,井下环境干扰作为外部扰动输入,通风机输出功率作为控制输入,并考虑实际上瓦斯浓度、风流流速检测滞后的基础上,应用控制理论与技术解决这类矿井通风控制问题,在整体上求得技术与经济的最佳效益。其结构简单,设计合理,使用操作便捷,可靠性高,功能完备,性能优异,实用性强,使用效果好,便于推广使用。
[0006]为解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案是:一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:包括通风机和设置在其内的控制系统,所述控制系统包括PLC控制器和与PLC控制器输入端连接的变送器、手动/自动切换模块,所述变送器的输入端与瓦斯传感器、压力传感器连接,所述PLC控制器输出端连接声光报警模块、工频/变频切换模块和变频器,所述变频器输入端连接380V交流电模块,所述变频器输出端连接电动机;所述电动机连接通风机,所述通风机内设置隔爆箱体,进出线接线腔,P⑶I控制系统,变频器,瓦斯传感器、压力传感器组成的信号采集单元,PLC控制器和散热器。
[0007]上述的一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:所述PLC控制器采用西门子公司S7-200系列CPU型号为226的PLC。
[0008]上述的一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:所述变频器选用富士变频器GllS系列变频器。
[0009]上述的一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:所述瓦斯传感器选用CH217瓦斯传感器。
[0010]上述的一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:所述压力传感器选择压阻式压力传感器。
[0011]上述的一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:所述变送器采用SK1151系列电容式压力变送器。
[0012]上述的一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:所述电动机选用三相鼠笼型异步电动机。
[0013]上述的一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:所述通风机控制系统采用双电源方式供电。
[0014]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0015]1、本实用新型将PLC与变频器结合在一起组成自动化的通风控制系统,更好的优化了传统的通风系统,解决了传统系统中能耗大、通风质量差等诸多问题,它用PLC进行逻辑控制,用变频器对电机速度进行调节,自动控制电机转速,在保持恒压状况下,达到控制风量的目的。
[0016]2、本实用新型通过瓦斯传感器检测瓦斯浓度和压力传感器检测的负压,经变送器转换后,送到PLC进行比较、判断,将控制信号送给变频器,从而控制通风电机的转速,使之实现最优控制。
[0017]3、本实用新型具有“变频/工频”切换功能,当变频器出现故障或电机需要长期在工频状态下运行时,可将电机切换到工频状态,有手动和自动切换2种方式,同时还有手动“启/停”功能、电机过热保护、声光报警等功能,提高了系统可靠性。
[0018]综上所述,本实用新型结构简单,设计合理,使用操作便捷,可靠性高,功能完备,性能优异,实用性强,使用效果好,便于推广使用。
[0019]下面通过附图和实施例,对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的通风机控制系统总体结构框图;
[0021]图2为本实用新型的通风机结构原理图;
[0022]图3图2为的A向视图;
[0023]图4为本实用新型的PLC控制器原理图;
[0024]图5为本实用新型的通风机控制系统工作主电路图;
[0025]图6为本实用新型的变频器接线图;
[0026]图7为本实用新型的供电电源结构原理框图;
[0027]图8为本实用新型的变频器热保护电路原理图。
[0028]附图标记说明:
[0029]1、PLC控制器;2、瓦斯传感器;3、压力传感器;4、变送器;
[0030]5、380V交流电模块;6、声光报警模块;7、工频/变频切换模块;
[0031]8、手动/自动切换模块;9、变频器;10、电动机;11、通风机;
[0032]111、隔爆箱体;112、进出线接线腔;113、P⑶I控制系统;
[0033]115、信号采集单元;117、散热器。
【具体实施方式】
[0034]如图1、图2和图3所示,一种基于PLC的矿井通风控制系统,其特征在于:包括通风机11和设置在其内的控制系统,所述控制系统包括PLC控制器I和与PLC控制器I输入端连接的变送器4、手动/自动切换模块8,所述变送器4的输入端与瓦斯传感器2、压力传感器3连接,所述PLC控制器I输出端连接声光报警模块6、工频/变频切换模块7和变频器9,所述变频器9输入端连接380V交流电模块5,所述变频器9输出端连接电动机10 ;所述电动机10连接通风机11,所述通风机11内设置隔爆箱体111,进出线接线腔112,P⑶I控制系统113,变频器9,瓦斯传感器2、压力传感器3组成的信号采集单元115,PLC控制器I和散热器117。
[0035]如图4所示,为本实施例的PLC控制器原理图,所述PLC控制器I采用西门子公司S7-200系列CPU型号为226的PLC。该系列可以单机运行,容易组成PLC网络,且具有可靠性高,运行速度快的特性,使用方便灵活等特点。
[0036]系统工作主电路如图5所示,当系统切换到自动状态时,根据检测到矿井内负压的大小,首先控制通风电机Ml软启动,变频运转并随时检测其数值,如果得到设定值,系统将处于当前状态恒速运行。否则频率上升到50Ηζ,Μ1工频运行,如果还未得到设定值,系统软启动M2电机,变频运行并无冲击切换到工频电源,直到矿井内负压达到设定值为止,实现通风电机循环软起动。当所需负压减小时,M2电机转速逐渐下降到某一个设定低速值,如井内负压仍高于设定值,然后停止该台电机运转。停止一台电机后,如果仍高于设定值,系统将Ml电机由工频切换为变频运行,以此实现通风电机循环运行,直到压力等于设定值。M3做备用电机,当Ml或M2发生故障,以及需要维修和紧急情况时,通过启用M3电机来达到正常工作的目的。
[0037]如图6所示,为本实施例的变频器接线图,所述变频器9选用富士变频器GllS系列变频器。它具备以下功能:
[0038](I)简单矢量控制功能,简单矢量控制是确保低速运转时仍保持高转矩(IHz时转矩为150%额定转矩)。
[0039](2)自动调谐(带差转补偿)功能,此功能可以自动监控矢量控制电动机的恒定值,并适用于2极、4极或6极的三相鼠笼式电动机。
[0040](3)速度跟踪功能,起动变频器时无需停止电动机的运转(空转时)即可从商业电驱动运行过渡到变频器驱动运行或者从突然断电后恢复运转。
[0041](4)改进的防止跳闸功能,在过载运行中,当输出电流达到过流失速水平时,该功能可以自动降低频率;负载恢复
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