基于PLC程序控制變頻器的方法

楊愛蘭，聶玉鳳,孔峰

(1.山東世紀礦山機電有限公司， 山東 濟寧 273500;2.山東龍鄆煤業(yè)有限公司, 山東 荷澤 274700)

0 引言

隨著近年來人們對節(jié)能環(huán)保的要求，變頻器在煤礦井下已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在壓風(fēng)機、通風(fēng)機、提升設(shè)備、絞車及帶式輸送機等無極調(diào)速方面的應(yīng)用[1-9]。使用變頻器可以降低電力線路電壓波動，減少對電網(wǎng)的沖擊，可調(diào)節(jié)加速功能、運行速度和轉(zhuǎn)矩極限及受控的停止方式，可控制電動機啟動電流和可逆運行控制，減少煤礦機械設(shè)備的磨損，進而降低成本、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。該變頻器應(yīng)用在提升設(shè)備、絞車中不僅可減少該設(shè)備在啟動過程中鋼絲繩的拉力及卷繩筒和改向輪所承受的力，而且在下放過程中變頻器可將這部分由勢能轉(zhuǎn)化的電能反饋電網(wǎng)，做到了節(jié)能及勢能再度利用[10-13]。

變頻器是高壓設(shè)備，當(dāng)前礦用變頻器電壓為630 V、1 140 V，有些已達到3 300 V。盡管煤礦機構(gòu)已經(jīng)對操作人員進行了安全規(guī)范培訓(xùn)，但還是會有因各種原因而忽視安全操作規(guī)程，進而導(dǎo)致事故的發(fā)生的現(xiàn)象，這對人身安全造成很大威脅。為能更好地發(fā)揮變頻器的優(yōu)點，又不對煤礦操作人員的人身安全產(chǎn)生威脅，提出一種基于PLC來解決煤礦井下對變頻器控制及各種保護功能的方法，既符合煤礦安全生產(chǎn)要求，減少了“高投入、低產(chǎn)出”現(xiàn)象，又達到節(jié)能環(huán)保的要求。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 基于PLC程序控制變頻器方法

為更好、更安全地使用變頻器，使其在運輸系統(tǒng)中發(fā)揮保護作用，提出了一種基于PLC程序控制變頻器的方法：

1) 設(shè)置有手動調(diào)速桿、人員識別、危險狀態(tài)警示以及語音報警功能。在水平操作面上設(shè)置控制礦車電動機運行速度的手動調(diào)速桿，使得操作人員可省時、省力、便捷地實現(xiàn)礦車無極調(diào)速，便于精準(zhǔn)、合理地對礦車速度進行控制。

2) 通過設(shè)置指示燈，當(dāng)?shù)V車速度過快、機頭過卷和機尾過卷時均可發(fā)出報警指示信號，有利于操作人員快速處理險情，避免危險事故發(fā)生。

3) 通過設(shè)置用于讀取識別卡信息的讀卡器，使具有合法身份的工作人員才可操作控制臺，頁面具有密碼登錄功能，杜絕了由于非操作人員操作不當(dāng)而引發(fā)的安全事故。

1.2 控制步驟

1) 程序掃描鍵盤信息，輸入密碼(密碼可修改設(shè)置)正確后設(shè)定各參數(shù)，掃描操作員的識別卡信息。

2) 程序按步驟識別卡信息處理后，得到經(jīng)資格授權(quán)操作員的考勤及信息，確認是經(jīng)資格授權(quán)操作員后進行操作變頻器控制臺，非特定工作人員不能操作。

3) 經(jīng)資格授權(quán)操作員打開電抗器，可查看程序掃描是否有故障。

4) 對變頻器進行自動控制或者手動控制。若為自動控制則會按照額定速度的百分比(該百分數(shù)可按照實際需求設(shè)定)進行運轉(zhuǎn);若為手動控制，按下變頻器起動按鈕，根據(jù)需求調(diào)節(jié)手柄便可達到實際需求速度。達到實際需求速度后可從屏幕查看當(dāng)前運行狀態(tài)、電動機速度等。

5) 變頻器帶動電動機正常運行后，從變頻器控制臺上按下“MENU”鍵可以查看變頻器和電動機的相關(guān)參數(shù)，了解變頻器及電動機實時狀況。按下“ESC”鍵則返回到系統(tǒng)狀態(tài)界面。

6) 在運行過程中若發(fā)生急停、變頻器故障等情況，可自動記錄故障類型和時間，方便維護及日后查看。待故障消除之后，按下復(fù)位按鈕，則可重新啟動變頻器。

7) 在變頻器正常運行時，若按下停止按鈕，則變頻器停止運行。

8) 返回程序掃描狀態(tài)，操作控制變頻器。

2 程序控制流程設(shè)計

如圖1所示，具體程序控制流程設(shè)計為：

1) 操作員輸入密碼并進行密碼修改，改為容易記憶的密碼。密碼修改完成后生效，若修改密碼忘記,可以恢復(fù)出廠密碼，再次進行修改。

2) 輸入正確密碼后可進入?yún)?shù)設(shè)置界面，根據(jù)用戶要求，對程序設(shè)置的參數(shù)進行設(shè)置。設(shè)置內(nèi)容包括：巷道內(nèi)軌道長度、超速值、脈沖個數(shù)(由于采用霍爾式速度傳感器)以及輸送帶輪的周長等參數(shù)。還可進入時間設(shè)置頁面，將時間設(shè)置好。進入識別卡設(shè)置頁面，選擇是否使用識別卡，若使用則要設(shè)置識別卡號，否則無需設(shè)置。

3) 若使用識別卡來鑒別司機身份，則程序會掃描接收到識別卡的信息。若為司機則可對變頻器進行操作，否則即使在沒有故障、變頻器啟動按下及手柄有輸出的情況下變頻器也不會啟動，有效地防止了非操作人員對變頻器進行操作。

4) 在變頻器正常啟動之后，可以通過屏幕查看系統(tǒng)運行狀態(tài)和運輸裝置的示意圖(形象生動地反應(yīng)了運輸狀況，以備做出相應(yīng)操作)。還可查看變頻器及電動機的運行參數(shù)，保障設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

5) 控制臺設(shè)有語音報警功能，在變頻器啟車及有故障發(fā)生時都會有相應(yīng)的報警功能。給操作人員及巷道施工人員以警示作用。同時，省去維修人員查找故障原因時間，保障煤礦高效生產(chǎn)。

6) 巷道人員配備無線手機，可以通過該手機打點反映運輸設(shè)備的運行狀況，為控制臺人員提供可靠消息,以控制電動機速度。發(fā)生緊急情況無線手機可以發(fā)出急停信號，通過控制臺控制電動機停轉(zhuǎn)。無線手機和主機間可以通話，以備控制臺實時了解運輸設(shè)備狀況。

7) 巷道中每隔一定距離都會配有急?？刂葡?，一是發(fā)出急停信號給主機控制變頻器停車，二是廣播主機警示語音。

8) 在故障發(fā)生后，維修人員維修完畢，給主機人員信號，主機人員可按下復(fù)位按鈕，啟動變頻器，給出實際需要速度。

9) 主機上也設(shè)有急停按鈕，特殊情況時按下急停按鈕，可停止變頻器運行，待急停解鎖后，操作人員才能再次啟動變頻器。

10) 主機上設(shè)有停止按鈕，按下該按鈕變頻器停止運行。

11) 返回程序掃描狀態(tài)，操作控制變頻器。

圖1 PLC程序流程圖

3 變頻控制系統(tǒng)具體實現(xiàn)

圖2所示為本實用新型的變頻器控制臺中電路部分的原理框架圖，其包括PLC控制器、讀卡器、速度傳感器、機頭過卷傳感器、機尾過卷傳感器、變頻器、語音回路、指示燈、控制按鍵。所示的PLC控制器具有信號采集[14-15]、數(shù)據(jù)運算[16]和控制輸出的作用，其通過變頻器可控制礦車電動機的啟動、運行和停止。速度傳感器與齒輪配合安裝在礦車電動機所帶負載的驅(qū)動輪上，隨著礦車電動機的運行，速度傳感器持續(xù)向PLC控制器發(fā)送脈沖信號，通過累計脈沖數(shù)，PLC控制器可以實時獲知礦車的位置,而單位時間收到脈沖數(shù)即可換算為絞車的運行速度。為了消除往返運行造成的誤差，在下放礦車前，按下PLC控制箱上的“位置復(fù)位”按鈕，則位置顯示值將校準(zhǔn)為原點位置值。

PLC控制器通過機頭過卷傳感器、機尾過卷傳感器可分別檢測出絞車是否發(fā)生機頭過卷和機尾過卷。操作按鈕、調(diào)速桿、液晶顯示屏均與PLC控制器相連接。PLC控制器通過讀卡器讀取識別卡中的信息，礦車變頻器控制臺的操作人員只有攜帶了合法的識別卡，才可識別通過，進而獲取操作控制臺的權(quán)限。這樣，就杜絕了不具有權(quán)限的人員操作控制臺而引發(fā)的安全事故。當(dāng)危險情況發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生時，如礦車運行速度過快、機頭過卷或機尾過卷，指示燈發(fā)出提醒操作人員的警示信號，以便操作人員迅速采取應(yīng)對措施。語音回路實現(xiàn)語音通話功能，控制按鍵可控制液晶顯示屏上的顯示信息，其結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。其按鍵功能依次為退出鍵、上移鍵、進入鍵、左移鍵、菜單鍵、右移鍵、增量鍵、下移鍵、減量鍵。

圖2 變頻器電氣原理框架圖

4 結(jié)論

利用程序控制方法，通過變頻器控制臺來控制變頻器，避開了變頻器的高壓危險，保證操作人員的人身安全;有人員識別和密碼登錄雙重保護，做到了非操作人員不能啟車;帶有故障記憶功能，便于查找分析故障點，有效縮短設(shè)備維修時間，為社會帶來較大的經(jīng)濟和社會效益。