一種基于plc的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：包括PLC控制器和與其輸入端連接的電源、壓力變送器和多路空氣開關(guān)一端，PLC控制器輸出端與變頻器連接，變頻器與多路空氣開關(guān)另一端連接，多路空氣開關(guān)還與多路電機(jī)連接，多路電機(jī)與多路空壓機(jī)連接，多路空壓機(jī)與儲氣和供氣管道連接，供氣管道與所述壓力變送器的輸入端連接。本實(shí)用新型的空壓機(jī)控制系統(tǒng)中PLC的引入極大地簡化了空壓機(jī)系統(tǒng)的操作，節(jié)省了人力并且提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。基于PLC和變頻器的空壓機(jī)控制系統(tǒng)使工作人員可以在計(jì)算機(jī)集控下完成各項(xiàng)工作，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，極大地節(jié)省了生產(chǎn)中所需的人力資源，也保障了生產(chǎn)和系統(tǒng)的安全。
【專利說明】 —種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤礦礦井控制設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]空氣壓縮機(jī)是礦山生產(chǎn)重要的四大固定設(shè)備之一，它產(chǎn)生壓縮空氣，用以帶動鑿巖機(jī)、風(fēng)動裝巖機(jī)等設(shè)備及其他風(fēng)動工具。其能否安全運(yùn)行直接影響著煤礦生產(chǎn)的產(chǎn)量和效益。影響其安全生產(chǎn)的因素主要有空壓機(jī)的超溫、超壓、斷水、斷油等。
[0003]隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山企業(yè)對礦山設(shè)備的要求越來越高，建設(shè)安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設(shè)的核心。礦山設(shè)備不斷更新，不斷進(jìn)步，可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護(hù)性等已是最基本的要求了。用繼電器組成的控制電路可靠性差、不易維護(hù)、不易監(jiān)視，已不能適應(yīng)當(dāng)前的要求?，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護(hù)、易操作、可監(jiān)視并且價格不高的控制器來代替繼電器組成的電路。隨著電子技術(shù)、軟件技術(shù)、控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器(PLC)發(fā)展迅猛，性能很高，價格較為合理，與繼電器組的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢。許多礦山設(shè)備已選用了 PLC來代替比較重要的控制設(shè)備。傳統(tǒng)的保護(hù)設(shè)備主要采用分離儀表，其可靠性差、集程度低、費(fèi)用高，不能有效的滿足礦山設(shè)備投入的經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型的空壓機(jī)控制系統(tǒng)中PLC的引入極大地簡化了空壓機(jī)系統(tǒng)的操作，節(jié)省了人力并且提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性?；赑LC和變頻器的空壓機(jī)控制系統(tǒng)使工作人員可以在計(jì)算機(jī)集控下完成各項(xiàng)工作，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，極大地節(jié)省了生產(chǎn)中所需的人力資源，也保障了生產(chǎn)和系統(tǒng)的安全。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括PLC控制器和與其輸入端連接的電源、壓力變送器和多路空氣開關(guān)一端，所述PLC控制器輸出端與變頻器連接，所述變頻器與多路空氣開關(guān)另一端連接，所述多路空氣開關(guān)還與多路電機(jī)連接，所述多路電機(jī)與多路空壓機(jī)連接，所述多路空壓機(jī)與儲氣和供氣管道連接，所述供氣管道與所述壓力變送器的輸入端連接。
[0006]上述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器與多路空壓機(jī)之間還連接有多路檢測變送裝置。
[0007]上述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器還與上位機(jī)、報警裝置連接。
[0008]上述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器還與壓力傳感器、電流傳感器連接。
[0009]上述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力變送器安裝在儲氣和供氣管道管口。
[0010]上述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器采用SIEMENS 公司的 S7-300 系列 PLC。
[0011]上述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述變頻器選擇西門子MM440變頻器。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]本實(shí)用新型的空壓機(jī)控制系統(tǒng)中PLC的引入極大地簡化了空壓機(jī)系統(tǒng)的操作，節(jié)省了人力并且提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性?；赑LC和變頻器的空壓機(jī)控制系統(tǒng)使工作人員可以在計(jì)算機(jī)集控下完成各項(xiàng)工作，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，極大地節(jié)省了生產(chǎn)中所需的人力資源，也保障了生產(chǎn)和系統(tǒng)的安全。
[0014]下面通過附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)簡圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)變頻調(diào)速原理框圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)主電路原理圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)PLC控制器結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括PLC控制器1和與其輸入端連接的電源2、壓力變送器3和多路空氣開關(guān)5 —端，所述PLC控制器1輸出端與變頻器4連接，所述變頻器4與多路空氣開關(guān)5另一端連接，所述多路空氣開關(guān)5還與多路電機(jī)6連接，所述多路電機(jī)6與多路空壓機(jī)7連接，所述多路空壓機(jī)7與儲氣和供氣管道8連接，所述供氣管道8與所述壓力變送器3的輸入端連接。
[0020]其中，所述變頻器4選擇西門子MM440變頻器，所述PLC控制器1采用SIEMENS公司的S7-300系列PLC。
[0021]PLC由電源、CPU、模擬量輸入、輸出模塊、開關(guān)量輸入、輸出模塊等組成。其用來實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。包括五部分:起動、運(yùn)行、停止、切換、報警及故障自診斷，如圖4所示。
[0022]啟動前，將變頻器的機(jī)組開關(guān)置于欲工作的機(jī)組，工作方式選擇置于變頻位置，將PLC的控制開關(guān)置于運(yùn)行狀態(tài)，按下啟動按鈕，機(jī)組運(yùn)行。裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oPLC控制器，由PLC控制器產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率，以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到所需壓力的目的。
[0023]首先，1#空壓機(jī)變頻啟動，轉(zhuǎn)速從零開始上升，若達(dá)到預(yù)設(shè)的頻率上限值50Hz時，延時一段時間后風(fēng)包出口處的壓力仍不能達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值(0.55?0.65MPa)，則由PLC通過控制中間繼電器的通斷將1#空壓機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時將2#空氣壓縮機(jī)切換到變頻狀態(tài)，變頻啟動2#空壓機(jī)。若2#空壓機(jī)達(dá)到頻率上限時，延時一段時間后仍不能滿足要求，再自動將2#空壓機(jī)切換到工頻運(yùn)行，變頻啟動3#空壓機(jī)。當(dāng)用風(fēng)量減小，若3臺空壓機(jī)同時運(yùn)行時，3#空壓機(jī)變頻運(yùn)行而此時變頻器的頻率降到頻率的下限值20Hz時，則自動停止1#空壓機(jī)，若還不能滿足要求，則自動停止2#空壓機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)空壓機(jī)在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)機(jī)體溫度過高，潤滑油溫度過高，風(fēng)包溫度過高，分包壓力過高及潤滑油壓力過高，斷水等故障時，系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警信號，提示有關(guān)的工作人員及時地排除故障。
[0024]另外，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)Ml，M2，M3工頻、變頻相互切換。開始時，若1#空壓機(jī)變頻啟動，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率達(dá)到50Hz而此時空氣壓力還在下限值，延時一段時間(避免由于干擾而引起的誤動作)后，1#空壓機(jī)切換為工頻運(yùn)行，同時變頻器頻率由50Hz下降至0Hz，2#號空壓機(jī)變頻起動，如氣壓仍不滿足，則會啟動3#空壓機(jī)，切換過程同上；同樣，若3臺空壓機(jī)(假設(shè)1#、2#、3#)都在運(yùn)行，3#空壓機(jī)變頻運(yùn)行降到0ΗΖ，此時氣壓仍處于上限值，則延時一段時間后使1#空壓機(jī)停止，變頻器頻率從0ΗΖ迅速上升，若此時供氣壓力仍處于上限值，則延時一段時間后使2#空壓機(jī)機(jī)停止。這樣的切換過程，有效的減少空壓機(jī)的頻繁啟停，同時在實(shí)際管網(wǎng)對供氣壓力波動做出反應(yīng)之前，由于變頻器迅速調(diào)節(jié)，使氣壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了井下風(fēng)動工具供氣不足的情況發(fā)生。
[0025]如圖2所示，在自動狀態(tài)下系統(tǒng)啟動時，首先KM2吸合，1#空壓機(jī)在變頻器控制下起動，延時5s (延時是為了讓壓力穩(wěn)定下來)PLC對變頻器的輸出頻率進(jìn)行檢測。當(dāng)檢測到變頻器下限頻率信號則關(guān)閉1#空壓機(jī)；反之當(dāng)檢測到變頻器上限頻率信號則PLC執(zhí)行增加空壓機(jī)動作:KM2斷開、KM1吸合，1#空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時Is (延時一是為了讓開關(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5s PLC繼續(xù)對變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到變頻器下限頻率信號則關(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5s如果PLC再次檢測到變頻器下限頻率信號則把2#空壓機(jī)也關(guān)閉；反之當(dāng)檢測到變頻器上限頻率信號則PLC再執(zhí)行增泵動作:KM3斷開、KM4吸合，2#空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時ls，KM6吸合變頻啟動3#空壓機(jī)。依此類推，當(dāng)3#空壓機(jī)投入變頻運(yùn)行后，延時5s，PLC繼續(xù)對變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測以決定執(zhí)行增加或減少空壓機(jī)動作來滿足恒壓供氣目的。另外為了方便故障檢查維修。在設(shè)計(jì)中增加了故障指示和故障報警輸出，變頻器本身具有短路保護(hù)、過載保護(hù)等功能，只需把變頻器的故障輸出點(diǎn)、接觸器、熱繼電器等輔助觸點(diǎn)接到PLC即可。PLC通過程序掃描這些輸入點(diǎn)，如果發(fā)生故障則作出相應(yīng)的動作。如檢測到一臺空壓機(jī)出現(xiàn)過載情況，則切斷該空壓機(jī)的接觸器并投入備用空壓機(jī)，同時輸出故障信號，以方便檢查及時維修。
[0026]本實(shí)施例中，所述PLC控制器1還與壓力傳感器、電流傳感器連接。結(jié)合PLC內(nèi)部時間繼電器，可對電機(jī)過載、電機(jī)過流、電機(jī)起動過載、電機(jī)運(yùn)行過載、空壓機(jī)斷水、斷油等故障報警，并執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動作。由于上述兩種傳感器正常工作時，均輸出4?20mA電流信號給PLC模擬輸入模塊。經(jīng)PLC內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換為200?1000數(shù)字信號，而當(dāng)傳感器損壞或斷線時，將不能給PLC輸出信號，PLC所檢測到的輸入信號數(shù)字值將低于200。據(jù)此可判斷傳感器斷線等故障。
[0027]如圖3所示，在硬件設(shè)計(jì)中，采用一臺變頻器控制三臺空壓機(jī)的電機(jī)運(yùn)行，三臺電機(jī)的運(yùn)行都有變頻/工頻兩種狀態(tài)，每臺電機(jī)都需要通過兩個接觸器與工頻電源和變頻輸出電源相連。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來確定。還需要在工頻電源下面接入同樣的自動空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)接通。在PLC的220V輸入電源前也需要接入自動空氣開關(guān)，保證PLC的正常運(yùn)行。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機(jī)的容量適當(dāng)選擇。
[0028]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括PLC控制器(I)和與其輸入端連接的電源(2)、壓力變送器(3)和多路空氣開關(guān)(5)—端，所述PLC控制器(I)輸出端與變頻器(4)連接，所述變頻器(4)與多路空氣開關(guān)(5)另一端連接，所述多路空氣開關(guān)(5)還與多路電機(jī)(6)連接，所述多路電機(jī)(6)與多路空壓機(jī)(7)連接，所述多路空壓機(jī)(7)與儲氣和供氣管道(8 )連接，所述供氣管道(8 )與所述壓力變送器(3 )的輸入端連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器(I)與多路空壓機(jī)(7)之間還連接有多路檢測變送裝置。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器(I)還與上位機(jī)、報警裝置連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器(I)還與壓力傳感器、電流傳感器連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力變送器(3 )安裝在儲氣和供氣管道(8 )管口。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器(I)采用SIEMENS公司的S7-300系列PLC。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述變頻器(4)選擇西門子MM440變頻器。
【文檔編號】F04B49/06GK204140356SQ201420571013
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】袁燁, 張濤 申請人:銀川華盛新科技術(shù)有限公司, 袁燁, 張濤