CN111648993A - 一种用于窑炉风机智能备用系统的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于窑炉风机智能备用系统的控制系统及方法，控制系统包括PLC模块、工控机和控制电路；所述PLC模块分别与工控机、控制电路连接；控制电路包括N个断路器、备用断路器、N个主运行变频器、备用变频器、N个主运行接触器、N个备用接触器、N个风机电机、2N个执行中继器和2N个旋钮选择开关；其中N≥1；所述备用变频器的额定容量大于等于任意一个主运行变频器的容量；其通过设置包含主运行变频器、备用变频器分两路控制的控制电路，来实现当主运行变频器出现故障时，自动切换备用变频器投入使用，实现备用变频器在短时间内自动完成投入或者退出，确保过程中稳定生产，从而避免了重大的经济损失，实现智能化控制。

Description

一种用于窑炉风机智能备用系统的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及窑炉自动化控制技术领域，特别是涉及一种用于窑炉风机智能备用系统的控制系统及控制方法。

背景技术

随着目前自动控制技术的进步和智能化运作的发展，其中，陶瓷行业逐步提升自动化，通过降低次品废品，减少劳动力的需要，将窑炉风机控制部分由人工判断设置以及投入备用系统，升级为智能判断并设置自动投入备用系统，实现平稳过渡。现有技术中，由于投入和退出备用系统是由人工完成的，异常时间长达数分钟至数十分钟，无法确保过程中窑炉稳定生产，会带来重大的经济损失和潜在重大安全隐患。

因此，针对现有技术中存在的问题，亟需提供一种控制方式且电路结构简单，能够实现备用系统平稳投入或退出的用于窑炉风机智能备用系统的控制技术显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供了一种用于窑炉风机智能备用系统的控制系统及控制方法，该控制系统的控制方式简单，且电路结构简单，能够在风机控制部分出故障后进行智能判断设置，追踪运行频率启动，实现备用系统平稳投入或退出。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于窑炉风机智能备用系统的控制系统，包括PLC模块、工控机和控制电路；所述PLC模块分别与工控机、控制电路连接；

所述控制电路包括N个断路器、备用断路器、N个主运行变频器、备用变频器、N个主运行接触器、N个备用接触器、N个风机电机、2N个执行中继器和2N个旋钮选择开关；其中N≥1；所述备用变频器的额定容量大于等于任意一个主运行变频器的容量；

所述N个断路器一端与控制电源连接，另一端与N个主运行变频器对应连接；所述备用断路器一端接控制电源，另一端接备用变频器；所述2N个旋钮选择开关，其中第1～N个旋钮选择开关与N个主运行变频器对应连接，第(N+1)～2N个旋钮选择开关均与备用变频器连接；

所述第1～N个旋钮选择开关与第1～N个执行中继器对应连接，第(N+1)～2N个旋钮选择开关与第(N+1)～2N个执行中继器对应连接；

所述第1～N个执行中继器与N个主运行接触器对应连接，第(N+1)～2N个执行中继器与N个备用接触器对应连接；

所述N个主运行接触器、N个备用接触器另一端接地或接电源负极；

所述N个主运行接触器与N个备用接触器之间对应连接；N个主运行接触器与N个备用接触器的连接线路上对应连接有N个风机电机；

所述第1～N个执行中继器与第(N+1)～2N个执行中继器依次对应同为互锁，即第一个执行中继器与第N+1个执行中继器同为互锁，第二个执行中继器与第N+2个执行中继器同为互锁，……，直至第N个执行中继器与第2N个执行中继器同为互锁；

所述N个主运行接触其分别从对应的N个断路器独立获取控制电源，N个主运行接触器与第1～N个旋钮选择开关构成闭锁控制回路；

所述工控机、N个主运行变频器、备用变频器和PLC模块构成局域网，对N个主运行变频器、备用变频器参数的读写和数据传输进行控制。

以上的，所述2N个执行中继器与PLC模块的输出端口连接。

在某些实施方式中，所述控制电路包括四个断路器QF1、QF2、QF3、QF4，备用断路器QF，四个主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4，备用变频器FV，四个主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4，四个备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A，四个风机电机M1、M2、M3、M4，八个执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8和八个旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8；

所述断路器QF1、QF2、QF3、QF4一端与控制电源连接，另一端分别与主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4对应连接；所述备用断路器QF一端与控制电源连接，另一端与备用变频器FV连接；所述旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8，其中旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4与主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4对应连接，旋钮选择开关SA5、SA6、SA7、SA8均与备用变频器FV连接；

所述旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4另一端与执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4对应连接，旋钮选择开关SA5、SA6、SA7、SA8另一端与执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8对应连接；

所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4与主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4对应连接，执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8与备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A对应连接；

所述主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4，备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的另一端均接地或接电源负极；主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4和备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A之间对应连接；主运行接触器KM1与备用接触器KM1A的连接线路上连接有风机电机M1；主运行接触器KM2与备用接触器KM2A的连接线路上连接有风机电机M2；

所述执行中继器KA1与KA5同为互锁，KA2与KA6同为互锁，KA3与KA7同为互锁，KA4与KA8同为互锁；

所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8与PLC模块的输出端口连接。

以上的，所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4分别与备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的常闭触点连接，所述备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的常闭触点另一端接主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的线圈；

所述执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8分别与主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的常闭触点连接，所述主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的常闭触点另一端接备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的线圈，以实现线路互锁。

具体的，在上述实施方式中，其中，四个主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4，给主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4提供电源的四个断路器QF1、QF2、QF3、QF4，备用变频器FV，给备用变频器FV提供电源的备用断路器QF及其之间的连接线路构成了控制电路的主回路；用八个旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8实现闭锁控制的主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4，以及用旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8实现闭锁控制的备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A所组成的回路构成了控制电路的控制回路。

具体的，在控制电路的控制回路中，KM1-KM4每个主运行接触器从对应的QF1-QF4独立取控制电源，同SA1-SA4构成闭锁控制回路。工控机、各变频器和PLC模块构成局域网，实现变频器参数的读写和综合控制。

具体的，当任意一个主运行回路出现故障(包含这一回路中的变频器、断路器、接触器、旋钮开关及它们之间的联接线路出现故障)，控制系统智能判断和设置对应的运行频率到备用变频器，然后切断主故障回路，把备用回路中的备用变频器投入运行，追踪风机运行频率启动。

具体的，控制系统自动执行主回路优先运行的原则，即某一主回路出现故障，备用回路的备用变频器自动投入顶替，当故障回路处理正常后，主回路投入运行，备用回路自动退出运行又作备用状态，整个控制系统自动回复正常，在转换过程中变频器必须执行追踪运行频率启动。

具体的，主运行接触器和备用接触器控制回路分开不同地点取控制电源，避免两个或者多个控制电源同时出现故障。

以上的，所述控制电源为交流电源，所述主运行接触器、备用接触器为交流接触器。

以上的，所述执行中继器与主运行接触器的常闭触点、备用接触器的常闭触点连接；所述主运行接触器的线圈、备用接触器的线圈均接地或接电源负极。

以上的，所述风机电机M1为排烟风机电机，M2为助燃风机电机，M3为急冷风机电机，M4为抽热风机电机。

具体的，在上述技术方案中，中继器均指的是中间继电器，以下同理。

本发明还提供了一种应用在前述控制系统的用于窑炉风机智能备用系统的控制方法，所述控制方法包括：

步骤S1：将任意一个主运行变频器、备用变频器设置为追踪运行频率启动模式；

步骤S2：在运行过程中，工控机读取任意一个主运行变频器和备用变频器的运行频率，并自动保存；

步骤S3：若其中一个主运行变频器FVn存在故障，出现故障的主运行变频器FVn停止运行，并向PLC模块和工控机发送故障信号；其中，n≥1；

步骤S4：所述工控机获取该出现故障的主运行变频器FVn在故障发生前的运行频率，并将其写入备用变频器设置为设定频率；

步骤S5：所述PLC模块控制与出现故障的主运行变频器FVn对应连接的主运行接触器KMn断开，同时控制对应的备用接触器KMnA吸合；

步骤S6：备用变频器追踪风机电机Mn的运行频率，备用变频器以追踪所得的运行频率开始启动，直至达到设定频率，所述备用变频器拖动风机电机Mn运行；

步骤S7：当出现故障的主运行变频器FVn的故障排除后，电路自动断开备用接触器KMnA，并吸合主运行接触器KMn，主运行变频器FVn追踪风机电机Mn的运行频率，并根据追踪所得的运行频率开始启动，直至正常运行，此时备用变频器停止运行，恢复为备用状态。

以上的，在所述步骤S3中，若其中一个主运行回路故障，仅以变频器FVn存在故障说明，出现故障的主运行变频器FVn停止运行，并向PLC模块和工控机发送故障信号；其中，n≥1；对于主运行回路，即包含这一回路中的变频器、断路器、接触器、旋钮开关及它们之间的联接线路出现故障时，同样适用；

以上的，当存在两个以上的主运行变频器存在故障，同样适用上述控制方法。

本发明的有益效果：

本发明提供的用于窑炉风机智能备用系统的控制系统及方法，其通过设置包含主运行变频器、备用变频器分两路控制的控制电路，来实现当主运行变频器出现故障时，自动切换备用变频器投入使用，来解决因主运行变频器故障时风机电机无法运行的问题。该控制系统通过设置控制电路，并且设特定的电路结构，来实现备用变频器在短时间内自动完成投入或者退出，确保过程中稳定生产，从而避免了重大的经济损失，实现智能化控制。

附图说明

图1为本发明提供的控制系统的电路原理示意图；

图2为本发明提供的控制系统的控制电路的控制回路结构示意图；

图3为本发明提供的控制系统的控制电路的主回路电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1～3所示，本实施例提供了一种用于窑炉风机智能备用系统的控制系统，包括PLC模块、工控机和控制电路；所述PLC模块分别与工控机、控制电路连接；所述控制电路包括四个断路器QF1、QF2、QF3、QF4，备用断路器QF，四个主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4，备用变频器FV，四个主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4，四个备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A，四个风机电机M1、M2、M3、M4，八个执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8和八个旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8；

所述断路器QF1、QF2、QF3、QF4一端与控制电源连接，另一端分别与主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4对应连接；所述备用断路器QF一端与控制电源连接，另一端与备用变频器FV连接；所述旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8，其中旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4与主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4对应连接，旋钮选择开关SA5、SA6、SA7、SA8均与备用变频器FV连接；

所述旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4另一端与执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4对应连接，旋钮选择开关SA5、SA6、SA7、SA8另一端与执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8对应连接；

所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4与主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4对应连接，执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8与备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A对应连接；

所述主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4，备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的另一端均接地或接电源负极；主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4和备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A之间对应连接；主运行接触器KM1与备用接触器KM1A的连接线路上连接有风机电机M1；主运行接触器KM2与备用接触器KM2A的连接线路上连接有风机电机M2；

所述执行中继器KA1与KA5同为互锁，KA2与KA6同为互锁，KA3与KA7同为互锁，KA4与KA8同为互锁；

所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4分别与备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的常闭触点连接，所述备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的常闭触点另一端接主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的线圈；

所述执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8分别与主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的常闭触点连接，所述主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的常闭触点另一端接备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的线圈，以实现线路互锁。

所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8与PLC模块的输出端口连接。

在本实施例中，所述风机电机M1为排烟风机电机，M2为助燃风机电机，M3为急冷风机电机，M4为抽热风机电机。

本实施例还提供了一种应用在上述控制系统的用于窑炉风机智能备用系统的控制方法，所述控制方法包括：

步骤S1：将主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4、备用变频器FV设置为追踪运行频率启动模式；

步骤S2：在运行过程中，工控机读取主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4和备用变频器FV的运行频率，并自动保存；

步骤S3：主运行变频器FV3存在故障，出现故障的主运行变频器FV3停止运行，并向PLC模块和工控机发送故障信号；

步骤S4：所述工控机获取该出现故障的主运行变频器FV3在故障发生前的运行频率，并将其写入备用变频器FV设置为设定频率；

步骤S5：所述PLC模块控制与出现故障的主运行变频器FV3对应连接的主运行接触器KM3断开，同时控制对应的备用接触器KM3A吸合；

步骤S6：备用变频器FV追踪风机电机M3(即急冷风机电机)的运行频率，备用变频器FV以追踪所得的运行频率开始启动，直至达到设定频率，所述备用变频器FV拖动风机电机M3运行；

步骤S7：当出现故障的主运行变频器FV3的故障排除后，电路自动断开备用接触器KM3A，并吸合主运行接触器KM3，主运行变频器FV3追踪风机电机M3的运行频率，并根据追踪所得的运行频率开始启动，直至正常运行，此时备用变频器FV停止运行，恢复为备用状态。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种用于窑炉风机智能备用系统的控制系统，其特征在于，包括PLC模块、工控机和控制电路；所述PLC模块分别与工控机、控制电路连接；

所述控制电路包括N个断路器、备用断路器、N个主运行变频器、备用变频器、N个主运行接触器、N个备用接触器、N个风机电机、2N个执行中继器和2N个旋钮选择开关；其中N≥1；所述备用变频器的额定容量大于等于任意一个主运行变频器的容量；

所述N个断路器一端与控制电源连接，另一端与N个主运行变频器对应连接；所述备用断路器一端接控制电源，另一端接备用变频器；所述2N个旋钮选择开关，其中第1～N个旋钮选择开关与N个主运行变频器对应连接，第(N+1)～2N个旋钮选择开关均与备用变频器连接；

所述第1～N个旋钮选择开关与第1～N个执行中继器对应连接，第(N+1)～2N个旋钮选择开关与第(N+1)～2N个执行中继器对应连接；

所述第1～N个执行中继器与N个主运行接触器对应连接，第(N+1)～2N个执行中继器与N个备用接触器对应连接；

所述N个主运行接触器、N个备用接触器另一端接地或接电源负极；

所述N个主运行接触器与N个备用接触器之间对应连接；N个主运行接触器与N个备用接触器的连接线路上对应连接有N个风机电机；

所述第1～N个执行中继器与第(N+1)～2N个执行中继器依次对应同为互锁，即第一个执行中继器与第N+1个执行中继器同为互锁，第二个执行中继器与第N+2个执行中继器同为互锁，……，直至第N个执行中继器与第2N个执行中继器同为互锁；

所述N个主运行接触其分别从对应的N个断路器独立获取控制电源，N个主运行接触器与第1～N个旋钮选择开关构成闭锁控制回路；

所述工控机、N个主运行变频器、备用变频器和PLC模块构成局域网，对N个主运行变频器、备用变频器参数的读写和数据传输进行控制。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述2N个执行中继器与PLC模块的输出端口连接。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制电路包括四个断路器QF1、QF2、QF3、QF4，备用断路器QF，四个主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4，备用变频器FV，四个主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4，四个备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A，四个风机电机M1、M2、M3、M4，八个执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8和八个旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8；

所述断路器QF1、QF2、QF3、QF4一端与控制电源连接，另一端分别与主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4对应连接；所述备用断路器QF一端与控制电源连接，另一端与备用变频器FV连接；所述旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8，其中旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4与主运行变频器FV1、FV2、FV3、FV4对应连接，旋钮选择开关SA5、SA6、SA7、SA8均与备用变频器FV连接；

所述旋钮选择开关SA1、SA2、SA3、SA4另一端与执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4对应连接，旋钮选择开关SA5、SA6、SA7、SA8另一端与执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8对应连接；

所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4与主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4对应连接，执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8与备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A对应连接；

所述主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4，备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的另一端均接地或接电源负极；主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4和备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A之间对应连接；主运行接触器KM1与备用接触器KM1A的连接线路上连接有风机电机M1；主运行接触器KM2与备用接触器KM2A的连接线路上连接有风机电机M2；

所述执行中继器KA1与KA5同为互锁，KA2与KA6同为互锁，KA3与KA7同为互锁，KA4与KA8同为互锁；

所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8与PLC模块的输出端口连接。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制电源为交流电源，所述主运行接触器、备用接触器为交流接触器。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述执行中继器与主运行接触器的常闭触点、备用接触器的常闭触点连接；

所述主运行接触器的线圈、备用接触器的线圈均接地或接电源负极。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述执行中继器KA1、KA2、KA3、KA4分别与备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的常闭触点连接，所述备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的常闭触点另一端接主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的线圈；

所述执行中继器KA5、KA6、KA7、KA8分别与主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的常闭触点连接，所述主运行接触器KM1、KM2、KM3、KM4的常闭触点另一端接备用接触器KM1A、KM2A、KM3A、KM4A的线圈，以实现线路互锁。

7.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述风机电机M1为排烟风机电机，M2为助燃风机电机，M3为急冷风机电机，M4为抽热风机电机。

8.一种应用在如权利要求1～7任一项所述的控制系统的用于窑炉风机智能备用系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

步骤S1：将任意一个主运行变频器、备用变频器设置为追踪运行频率启动模式；

步骤S2：在运行过程中，工控机读取任意一个主运行变频器和备用变频器的运行频率，并自动保存；

步骤S3：若其中一个主运行变频器FVn存在故障，出现故障的主运行变频器FVn停止运行，并向PLC模块和工控机发送故障信号；其中，n≥1；

步骤S4：所述工控机获取该出现故障的主运行变频器FVn在故障发生前的运行频率，并将其写入备用变频器设置为设定频率；

步骤S5：所述PLC模块控制与出现故障的主运行变频器FVn对应连接的主运行接触器KMn断开，同时控制对应的备用接触器KMnA吸合；

步骤S6：备用变频器追踪风机电机Mn的运行频率，备用变频器以追踪所得的运行频率开始启动，直至达到设定频率，所述备用变频器拖动风机电机Mn运行；

步骤S7：当出现故障的主运行变频器FVn的故障排除后，电路自动断开备用接触器KMnA，并吸合主运行接触器KMn，主运行变频器FVn追踪风机电机Mn的运行频率，并根据追踪所得的运行频率开始启动，直至正常运行，此时备用变频器停止运行，恢复为备用状态。

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