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基于PLC實現的自動化電氣控制應用分析

時間:2019-03-22 來源:《山東工業技術》雜志 作者:admin 點擊:

  【摘要】:隨著經濟不斷發展,傳統自動化電氣控制已經不能滿足社會發展的需求,PLC作為一種新型技術,對人類社會發展具有極大推動作用,并且極其貼合當今發展潮流。在PLC條件下,自動化電器控制應用簡單明了,并且具有極強的操作性,所以在現代工業中應用十分廣泛。本文將對PLC的情況進行概述,并且對PLC技術下自動化電器控制具體情況做出分析,從而來促進人們對自動化更加了解。

  關鍵詞:電氣控制論文

  我國是一個煤礦大國,我國的主要能源形式也是煤礦資源,而作為煤礦四大件之一的風機,其電氣控制自動化程度及安全可靠程度在很大程度上直接決定著煤礦生產的自動化和安全度。為此,必須要實現對煤礦風機的自動化電氣化的控制。

  1 基于PLC的風機電氣自動化控制系統功能需求分析

  主扇風機自動監控系統的安全可靠在煤礦安全生產中起著非常重要的作用。該自動控制系統分為兩個部分,一部分是風機變電站的監控;另一部分是風機各種參數的測量。

  基于PLC實現的風機電氣自動化控制系統需實現的主要功能如下。

  (1)實時檢測通風系統礦井風量、風速、靜壓、全壓、動壓、甲烷濃度等參數。

  (2)實時檢測每臺風機的電量參數:電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數。

  (3)測風機前后軸溫、振動情況,當震動超出正常值時,自動報警。

  (4)實時模擬顯示風機通風系統運行狀態圖。

  (5)實時在線設定溫度報警限值、震動允許的幅值。

  (6)實時檢測電機定子的溫度。

  (7)扇風機檢測數據的實時數據報表、歷史數據報表查詢和打印功能。

  (8)主要參數的歷史趨勢曲線、實時運行曲線。

  (9)具有值班操作人員密碼管理功能及操作監控監督功能,有效避免誤操作、亂操作。

  (10)具有遠控、手動控制風門啟動功能:遠控:通過上位計算機鼠標控制風門啟停。

  本文汲取現有礦井通風機系統中存在的優缺點,提出了能夠實現通風機系統智能化監測和調節的一種方法,把高可靠性的工控PLC應用到風機自動化監控系統中來,輔助以高性能傳感器,監控通風機的各種狀態,并在中央控制室實現遠程監控,從而達到無人值守的目的和生產要求。

  2 基于PLC的風機自動化電氣控制系統的設計與實現

  2.1 基于PLC的硬件控制系統設計

  (1)系統構成設計。

  可編程控制器(PLC)結合變頻技術對主扇風機的基本控制策略是:采用變頻調速的主扇風機與PLC構成控制系統,根據主扇風機的速度高低自動調整電動機的運行臺數,完成主扇風機的閉環控制,并通過在主扇風機周圍布置的傳感器的監測,實現對主扇風機工作狀態的實時自動監測,將監測參數傳送給PLC,由PLC實現對相關數據的自動計算和分析,并給出相應的控制策略。

  如圖1所示,由PLC控制的主扇風機變頻調速控制系統,主要由PLC、變頻器、速度傳感器、動力控制線路以及電動機等組成。一般來說,系統采用一臺變頻器控制多臺主扇風機以循環工作的方式。中心控制器為PLC可編程控制器,以設定主扇風機的工作速度和反饋速度為控制目標,以PID為控制算法組成閉環控制系統。

  (2)PLC數據信號分析。

  當PLC控制變頻器啟動后速度傳感器檢測出當前主扇風機的工作速度,并將信號轉換為4mA~20mA模擬電流信號,送入PLC的模擬量擴展模塊作為實際速度值;PLC接收到速度信號之后與給定的速度值進行比較,同時和底層傳感器監測到的其他參數進行比較,進而計算出控制量由模擬量擴展模塊輸出幅值為0~5V的電壓信號給變頻器,變頻器依據輸入電壓信號的大小,控制電動機進行調速運行,從而控制處于工作狀態的主扇風機的數量,以及主扇風機的工作參數,進而實現自動化電氣控制。

  2.2 PLC程序的設計實現

  PLC軟件系統由系統程序和用戶程序兩部分組成。系統程序主要用于將程序語言翻譯成機器語言、管理全機、診斷機器故障,有編譯程序、監控程序等,系統程序由PLC廠家提供并存在EPROM中,不能直接存取和干預。用戶程序是用戶通過PLC的程序語言編制的應用程序實現現場的各種控制。

  PLC的輸入量在監控系統中只識別數字量,而由傳感器檢測到的是4mA~20mA的電流模擬量的溫度與壓力值。通過使用STEP7的標準功能模塊FC105(SCALE)可以把這種的模擬量轉換成一一對應的數字量。由于電動機和通風機需要有定期的保養和預防性檢查,所以故障診斷是監控程序顯得尤為重要。該系統的故障主要是診斷檢測傳感器故障。一旦檢測值超過預先設定的報警值時,PLC就啟動報警程序報警,然后啟動故障診斷子程序,判斷傳感器是否壞。故障診斷的過程實際就是將轉換后的數字量信號與系統允許的極限值做比較,如果接近或超過極限值則說明傳感器出現故障。舉個例子:5mA~25mA的模擬輸入量允許的數字量為0~24678,如果超出這個范圍,說明傳感器或是傳感器與PLC的連接可能出現故障;如果數字量為32777則說明傳感器與PLC的連接不上。故障診斷的結果可以從上位機上顯示出來。利用故障診斷程序可以為調度人員提供基本的信息,便于故障查詢及維護。對于傳感器故障引起的數據異常,對傳感器及其連接線路進行檢測與維修即可,沒必要再從電動機和通風機上查故障。

  3 結語

  基于PLC自動控制的變頻調速控制系統,有利于實現無人值守,調速控制效果良好。這種集變頻啟動、PLC、現代控制理論于一體的新型自動電氣控制系統,通過程序設計實現智能控制,有助于為實現全廠自動化創造有利條件,因而適合在全國范圍內大力推廣。本論文結合煤礦主扇風機的控制需求,對基于PLC實現的自動化電氣控制系統進行了設計,只是對自動化電氣控制的一次簡單探討,也是一次有益的探討與嘗試,要真正實現基于PLC的自動化電氣控制程度的提高,還有賴于我們廣大電氣自動化控制技術人員的共同努力。

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