主要通风机的PLC控制系统

    PLC是工业环境中使用数字操作的电子系统，它使用可编程存储器内部存储用户设计的指令，用来实现如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算和通过数字或模拟输入输出等特殊功能来控制各种类型的机械和过程。

   PLC具有如下优点：控制程序可变，可根据生产过程修改程序；具有高度可靠性，适用于工业环境；功能完善，具有PID调节和各种智能模块；易于掌握，便于维修；体积小，省电和价格低廉。

   PLC 一般由CPU、辅入/输出接口、外部设备接口组成。目前常用的PLC主要有西门子、三菱、光洋、欧姆龙等产品。

    （一）风机程序控制

   PLC内运行风机控制主程序，当风机零速且无报警时，允许启动灯亮。风机启动方式分为手动和自动两种。在自动方式下，运行风机由于故障等原因停机，等运行风机风门关闭且备用风机风门打开时，备用风机自动启动；采用手动方式时，必须手动关闭运行风机风门（要求转速小于250r/min），开启备用风机风门到位后，手动启动备用风机。

    1．启动

    先行启动润滑站，在油路循环正常以后，风门电机启动，直到风门全部打开，电机前向接触器、中间接触器、线性接触器闭合，电机启动，零速指示灯灭，PLC检测速度板发来的速度信号。当风机转速达到980r/min时，中间接触器断开，旁路接触器闭合，高压6kV投入，同时励磁接触器闭合，开始cosφ调节，风机进入同步运行。

    2．风机运行

    风机在启动时间内，向电机发出启动指令180s以后，风机振动、启动时间过长保护、欠励和过励保护投入；300s后，失步保护、有功功率保护、定子差动保护投入。

    3．制动停机

    按下紧停、停车按钮可使风机正常停车。停机指令发出后，前向接触器、线性接触器、旁路接触器断开，第一级制动接触器闭合，电机进入动力制动。当速度达到500r/min时，二级制动接触器闭合，一级制动接触器断开；当速度达到31.5r/min时，二级制动接触器撕开，经3s延时，励磁接触器断开。

    （二）控制实例

    1．设备概况

    某主要通风机房设GAF轴流式通风机两台，一用一备。主要通风机电动机：6kV异步电动机、2000kW，采用电抗器降压启动。主要通风机叶片调节方式为停机机械式一次可调方式。每台主要通风机配有稀油站、制动器和风门。冷却水泵：两台。

    2．系统配置

    主要通风机房计算机控制系统采用由西门子S7 - 300系列PLC组成的二级分布式计算机集散式控制系统，对主要通风机运行的过程进行检测、显示、控制、保护、报警、记录和管理，从而实现主要通风机生产过程控制和管理的自动化。每台主要通风机设一套现场控制站，控制室设两套监控管理计算机，互为备用，即操作站。操作站与其现场控制站采用高速Profibus - DP进行通信，对现场控制站送来的数据进行分析、处理、控制和管理。

    3．系统检测参数

    对主要通风机房的通风机、电动机、配电开关、辅机的物理参数、电气参数进行检测、显示、报警和控制。

   (1)主要通风机：

    ①工艺参数。风量、负压、主要通风机轴承（每套共8支Pt100）、电动机两端轴承（每套2支Pt100）、电动机定子温度（每套每相2支Pt100）。

    ②风门打开到位、关闭到位。

    ③主要通风机水平和垂直振动传感器的接口(4~200mA)，共计8路。

   (2)电动机：

    ①主电动机电流、电压、有功功率。

    ②电气设备运行的状况。高压柜断路器合、分闸、工作及试验位置。

   (3)润滑油站：

    ①工艺参数。润滑油压、润滑油温、油箱油温、过滤器差压；回油管流量。

    ②电气设备运行的状况。两台油泵、两台电风要通及电加热器的开、停。

   (4)高压开关柜：

    ①高压开关柜设有多功能电量变送器。提供主电动机电流、电压、有功功率、功率因数的模拟信号。

    ②高压开关柜运行状况。高压柜断路器合、分闸，工作、接地开关及试验位置的信号。

    ③高压综保提供综合故障信号。

    ④高压电抗器提供其运行状况信号。

    ⑤主要通风机高压开关柜的控制信号。

    ⑥预留与高压开关柜综保通信的接口。

    4．控制方式

    主要通风机房的所有电气设备均采用自动控制、手动、检修三种控制方式。自动控制由PLC按照预先编制的控制程序进行自动控制；手动控制由设在控制柜上的按钮或通过鼠标、键盘进行操作；检修由设在开关柜上的按钮或现场就地按钮箱上的按钮进行操作，此时设备之间没有闭锁关系。

    5．系统检测、控制信号电平

   (1)模拟信号：4200mA直流电流信号或Pt100。

   (2)状态及报警指示的数字信号：0~24V直流电压信号。

   (3)控制的数字信号：交流220V。

   (4) PLC输出信号设继电器隔离。

    6．控制柜、操作台

   (1) PLC控制柜为框架结构，柜内的通风口或百叶窗设有有效的滤尘装置。

   (2)操作台为标准计算机控制台。

    7．系统功能

   (1)根据采集的信息，建立各类的信息数据库。

   (2)分页显示1号、2号通风机工艺流程，高、低压配电系统简图和各设备运行状态。

   (3)两台通风机的控制系统相互独立，一套工作，另一套可检修。

   (4)当PLC故障时，可实现主要通风机轴承、电机轴承、电机定子温度显示以及主要通风机逻辑开车。

   (5)对主要物理参数、电气参数进行实时动态趋势预测和历史曲线显示。

   (6)两台主要通风机倒换的提示和操作指导。

   (7)通风机开、停的操作指导和报警显示。

   (8)自动生成生产报表（班、日、月）。

   (9) PLC具有自诊断功能。

   (10)在不停机的状况下，可对事故报警进行测试。

   (11)具有断油和断水保护。

   (12)与矿井调度室或机电设备管理服务器联网，将主要通风机运行的状况通过高速以太网实时地传送至矿井调度中心或机电设备管理服务器。

   (13)主要通风机性能在线监测。即通过对主要通风机入口的风量、负压、主要通风机振动、电机功率、电流和电网电压进行在线监测，实时显示主要通风机运行的工况点和效率。

   (14)装置应考虑后期电机为降压启动时的接口。

    8．设备选型

   (1)现场控制站。选用西门子57-300系列的PLC。

   (2)工业控制主机。选用DELL的产品，其配置为：CPU，PⅣ2.4GHz；内存，512MB；硬盘，80GB；显示器，配DELL 19″高清晰度液晶显示。

   (3)差压变送器。选用STD9000系列智能变送器。

   (4)数显仪表。选用香港虹润产品。

   (5)控制元器件。PLC输出继电器选用菲尼克斯产品。

   PLC控制柜为框架结构，柜内的通风口或百叶窗设有有效的滤尘装置。操作台为标准计算机控制台，工业控制计算机为嵌入式安装，键盘为防水触摸键盘。