【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可靠性1) 所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。2) 各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms。3) 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。4) 采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。5) 對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。6) 良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。7) 大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。(2)豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流、開(kāi)關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊。 為了組成工業(yè)局部，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。 (3)采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合。(4)編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。(5)安裝簡(jiǎn)單，維修方便PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。第四章 基于plc的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案控制系統(tǒng)由以下部分組成：變頻器、可編程控制器、電抗器、壓力變送器、接觸器、空氣開(kāi)關(guān)、電流表、電壓表、按鈕、互感器等?；赑LC的控制系統(tǒng)原理圖如圖41所示?？諌簷C(jī)空壓機(jī)空壓機(jī)M1M2M3壓力變送器變頻器PLC電源儲(chǔ)氣與供氣管道圖41控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖PLC由電源、CPU、模擬量輸入、輸出模塊、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出模塊等組成。其用來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。包括五部分：起動(dòng)、運(yùn)行、停止、切換、報(bào)警及故障自診斷。起動(dòng)：三臺(tái)電機(jī)M1，M2，M3如圖41所示，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇變頻/工頻啟動(dòng)。運(yùn)行：正常情況，電機(jī)M1處于變頻調(diào)速狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)MM3處于停機(jī)狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口壓力，并與給定值比較，經(jīng)PID指令運(yùn)算，得到頻率信號(hào)，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到所需壓力的目的。停止：按下停止按鈕，PLC控制所有的接觸器斷開(kāi)，變頻器停止工作。切換：實(shí)現(xiàn)M1，M2，M3工頻、變頻相互切換。報(bào)警及故障自診斷：空壓機(jī)內(nèi)部一般有四個(gè)需要監(jiān)測(cè)的量：冷卻水壓力監(jiān)測(cè)、潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)、機(jī)體溫度監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)氣罐壓力監(jiān)測(cè)。啟動(dòng)前，將變頻器的機(jī)組開(kāi)關(guān)置于欲工作的機(jī)組，工作方式選擇置于變頻位置，將 PLC 的控制開(kāi)關(guān)置于運(yùn)行狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)組運(yùn)行。1 空壓機(jī)變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_(kāi)始上升，若達(dá)到預(yù)設(shè)的頻率上限值50Hz時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后風(fēng)包出口處的壓力仍不能達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值 (～)，則由PLC 通過(guò)控制中間繼電器的通斷將 1 空壓機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)將2空氣壓縮機(jī)切換到變頻狀態(tài)，變頻啟動(dòng)2空壓機(jī)。若2空壓機(jī)達(dá)到頻率上限時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后仍不能滿足要求，再自動(dòng)將2空壓機(jī)切換到工頻運(yùn)行，變頻啟動(dòng)3空壓機(jī)。當(dāng)用風(fēng)量減小，若3臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，3 空壓機(jī)變頻運(yùn)行而此時(shí)變頻器的頻率降到頻率的下限值20Hz時(shí)，則自動(dòng)停止1空壓機(jī)，若還不能滿足要求，則自動(dòng)停止2 空壓機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)空壓機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)機(jī)體溫度過(guò)高，潤(rùn)滑油溫度過(guò)高，風(fēng)包溫度過(guò)高，分包壓力過(guò)高及潤(rùn)滑油壓力過(guò)高，斷水等故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示有關(guān)的工作人員及時(shí)地排除故障。控制系統(tǒng)工作流程如圖42所示。開(kāi)始變頻器啟動(dòng)頻率上限是否達(dá)到頻率下限是否達(dá)到監(jiān)測(cè)參數(shù)是否正常是否有停機(jī)信號(hào)停機(jī)轉(zhuǎn)化為工頻運(yùn)行并把變頻器切換到下一臺(tái)空壓機(jī)當(dāng)前空壓機(jī)停機(jī)并把變頻器復(fù)位報(bào)警延時(shí)YYNYYNN圖42 控制系統(tǒng)流程圖該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式：(1)手動(dòng)運(yùn)行方式選擇此方式時(shí)，按啟動(dòng)按鈕空壓機(jī)或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各空壓機(jī)。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使用。(2)自動(dòng)運(yùn)行方式在自動(dòng)運(yùn)行方式下開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先打開(kāi)冷卻水閥，關(guān)閉供氣閥，1空壓機(jī)變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通（啟動(dòng)過(guò)程如圖43）變頻器輸出頻率從0Hz開(kāi)始上升，此時(shí)壓力變送器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋PLC，由PLC經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時(shí)一定時(shí)間后，將1空壓機(jī)切換為工頻，2空壓機(jī)變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)2空壓機(jī)，頻率逐漸上升，直至供氣壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類(lèi)推增加空壓機(jī)。變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，裝在儲(chǔ)氣管出氣口的壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給PLC內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率。當(dāng)壓力小于設(shè)定值時(shí)，頻率升為50HZ，延時(shí)30s后，若測(cè)量值仍小于設(shè)定值，則變頻器切換為工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)空壓機(jī)，依次啟動(dòng)各臺(tái)空壓機(jī)。當(dāng)壓力大于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)PID調(diào)節(jié)降低頻率，當(dāng)頻率降為20HZ，延時(shí)30s后，若測(cè)量值仍大于設(shè)定值，則變頻器切換到下一正在運(yùn)行的空壓機(jī)進(jìn)行調(diào)速，同時(shí)關(guān)閉當(dāng)前機(jī)。依次關(guān)閉各臺(tái)空壓機(jī)。從而使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力。另外，采用該方案后，空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)的大電流和啟動(dòng)給空氣壓縮機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。正常情況下，空氣壓縮機(jī)在變頻器調(diào)速控制方式下工作。變頻器一旦出現(xiàn)故障，煤炭生產(chǎn)不允許空氣壓縮機(jī)停機(jī)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可由工頻電源通過(guò)接觸器直接供電，使空氣壓縮機(jī)照常工作。整個(gè)控制過(guò)程如下：用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設(shè)定值與反饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨于穩(wěn)定。特別注意：為防止電機(jī)頻繁起制動(dòng)和變速，在壓力容差范圍內(nèi)，變頻器的輸出頻率不變。開(kāi)始上電初始化冷卻水壓力潤(rùn)油壓力 電氣故障啟動(dòng)運(yùn)行報(bào)警及故障處理NＮＹＮＹＹ 圖43啟動(dòng)過(guò)程空壓機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)原理如圖44所示。上位機(jī)報(bào)警裝置PLC變頻器1空壓機(jī)2空壓機(jī)1空壓機(jī)檢測(cè)變送裝置檢測(cè)變送裝置檢測(cè)變送裝置圖44 空壓機(jī)變頻調(diào)速原理圖空壓機(jī)變頻調(diào)速的要求：(1)空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，這種啟動(dòng)特點(diǎn)很容易引起變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)跳過(guò)流保護(hù)的情況，故采用具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的無(wú)速度矢量變頻器，保證既能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的連續(xù)性，又可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行；(2)空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間在低頻下運(yùn)行，空壓機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，一方面使空壓機(jī)穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體潤(rùn)滑度變差，會(huì)加快磨損。所以工作下限應(yīng)不低于20Hz；(3）功率選用比空壓機(jī)功率大一等級(jí)的變頻器，以免空壓機(jī)啟動(dòng)出現(xiàn)頻繁跳閘的情況；(4)為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減少因高次諧波引起的電磁干擾，選用輸出交流電抗器，還可以減少電機(jī)運(yùn)行的噪音，提高電機(jī)的穩(wěn)定性；(5)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)具備變頻和工頻兩套控制回路，確保變頻出現(xiàn)異常跳保護(hù)時(shí)，不影響生產(chǎn)。開(kāi)始時(shí)，若1空壓機(jī)變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)?開(kāi)始隨頻率上升，如變頻器頻率達(dá)到50Hz而此時(shí)空氣壓力還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（避免由于干擾而引起的誤動(dòng)作）后，1空壓機(jī)切換為工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz下降至0Hz，2號(hào)空壓機(jī)變頻起動(dòng)，如氣壓仍不滿足，則會(huì)啟動(dòng)3空壓機(jī)，切換過(guò)程同上；同樣，若3臺(tái)空壓機(jī)（假設(shè)3）都在運(yùn)行，3空壓機(jī)變頻運(yùn)行降到0HZ，此時(shí)氣壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使1空壓機(jī)停止，變頻器頻率從0HZ迅速上升，若此時(shí)供氣壓力仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使2空壓機(jī)機(jī)停止。這樣的切換過(guò)程，有效的減少空壓機(jī)的頻繁啟停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)供氣壓力波動(dòng)做出反應(yīng)之前，由于變頻器迅速調(diào)節(jié)，使氣壓平穩(wěn)過(guò)渡，從而有效的避免了井下風(fēng)動(dòng)工具供氣不足的情況發(fā)生。切換過(guò)程流程圖如圖45所示。開(kāi)始1空壓機(jī)變頻運(yùn)行添加工作空壓機(jī)1空壓機(jī)變頻運(yùn)行1空壓機(jī)停止運(yùn)行減少工作空壓機(jī)變頻器輸出頻率變頻器輸出頻率變頻器輸出頻率上限上限延時(shí)5s延時(shí)5s延時(shí)5s上限延時(shí)5s延時(shí)5s下限下限正常圖45 空壓機(jī)切換流程圖在自動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先 KM2 吸合，1空壓機(jī)在變頻器控制下起動(dòng)，延時(shí) 5s（延時(shí)是為了讓壓力穩(wěn)定下來(lái)） PLC 對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)則關(guān)閉 1空壓機(jī)；反之當(dāng)檢測(cè)到變頻器上限頻率信號(hào)則 PLC 執(zhí)行增加空壓機(jī)動(dòng)作：KM2斷開(kāi)、KM1吸合，1空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時(shí) 1s（延時(shí)一是為了讓開(kāi)關(guān)充分熄弧，另一方面是為了讓變頻器減速為 0，KM4 吸合變頻啟動(dòng)2空壓機(jī)。為了保護(hù)空壓機(jī)及變頻器，1空壓機(jī)的 KM1 與 KM2之間進(jìn)行了電氣互鎖。當(dāng)2空壓機(jī)投入變頻運(yùn)行后，延時(shí) 5s PLC 繼續(xù)對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)則關(guān)閉1空壓機(jī)，剩下2空壓機(jī)在變頻狀態(tài)下運(yùn)行，延時(shí) 5s 如果 PLC 再次檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)則把2空壓機(jī)也關(guān)閉；反之當(dāng)檢測(cè)到變頻器上限頻率信號(hào)則 PLC 再執(zhí)行增泵動(dòng)作：KM3斷開(kāi)、KM4 吸合，2空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時(shí) 1s，KM6吸合變頻啟動(dòng)3空壓機(jī)。依此類(lèi)推，當(dāng)3空壓機(jī)投入變頻運(yùn)行后，延時(shí) 5s，PLC 繼續(xù)對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測(cè)以決定執(zhí)行增加或減少空壓機(jī)動(dòng)作來(lái)滿足恒壓供氣目的。另外為了方便故障檢查維修。在設(shè)計(jì)中增加