基于PLC的礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要煤礦的安全生產(chǎn)中，礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用，它是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而礦井通風(fēng)機(jī)又是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，因此對其進(jìn)行PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和研究，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化、自動化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。煤礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括風(fēng)機(jī)性能檢測和風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)控制兩部分。本文以一臺礦用對旋軸流風(fēng)機(jī)為控制對象，結(jié)合PLC控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和組態(tài)監(jiān)控技術(shù)，對礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了PLC控制的狀態(tài)監(jiān)測和變頻調(diào)速的設(shè)計和研究。監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機(jī)加下位機(jī)的設(shè)計模式。下位機(jī)采用可靠性高的可編程邏輯控制器，通過各種傳感器和電量采集單元實時監(jiān)測通風(fēng)機(jī)的性能

2、參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)、電機(jī)的電氣參數(shù)并能實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。上位機(jī)應(yīng)用北京亞控科技公司開發(fā)的KINGVIEW6.52組態(tài)軟件編寫人機(jī)界面，將風(fēng)機(jī)工作流程以直觀的畫面顯示出來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和顯示、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄和報警、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲和報表輸出、為操作員提供良好的操作界面，完成了風(fēng)機(jī)房的無人值守自動化監(jiān)控和管理的設(shè)計和改造。在變風(fēng)量系統(tǒng)中，主要比較了風(fēng)門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)，顯示出了變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅能使風(fēng)機(jī)工作在高效區(qū)，并且其節(jié)能效果要優(yōu)于其它調(diào)節(jié)方法，具有很重要的應(yīng)用前景。風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)控制由PLC+變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)風(fēng)量控制。同時本文還研究了風(fēng)量調(diào)節(jié)的算法。關(guān)鍵詞：PLC控制；變頻調(diào)速技術(shù)；礦井通風(fēng)機(jī)；組態(tài)王軟件

3、。目錄1緒論11.1 選題的背景和意義11.2 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況11.3 礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控的展望21.4 本論文的主要工作和安排32系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能42.1 礦井主扇風(fēng)機(jī)42.1.1 礦井主扇風(fēng)機(jī)概述42.1.2 風(fēng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)42.1.3 風(fēng)機(jī)的特性曲線62.1.4 風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法72.2 可編程控制器的應(yīng)用72.2.1 PLC概述72.2.2 PLC的基本構(gòu)成82.2.3 PLC的工作原理92.3 風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測92.3.1 風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測102.3.2 振動參數(shù)的檢測102.3.3 電氣參數(shù)的檢測122.3.4 電機(jī)軸承和定子溫度檢測122.3.5 開關(guān)量檢

4、測132.4 變頻調(diào)速132.4.1 變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用概述132.4.2 變頻調(diào)速的基本原理142.4.3 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析152.4.4 變頻器的結(jié)構(gòu)162.4.5 PLC控制變頻器的方式173通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)193.1 風(fēng)機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)193.2 基于現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)193.2.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù)193.2.2 現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的互連203.2.3 網(wǎng)絡(luò)的具體實現(xiàn)方法214系統(tǒng)的硬件設(shè)計224.1 系統(tǒng)硬件連接224.2 主電路224.3 控制電路的設(shè)計224.4 器件的選型254.4.1 PLC的選型254.4.2 變頻器的選型2

5、64.5 變頻器與PLC的連接264.6 風(fēng)量的控制算法274.6.1 變頻器輸入值計算274.6.2 U-P和Q-P曲線的擬合295主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計305.1 PLC軟件設(shè)計305.1.2 子程序0和1程序流程315.1.3 子程序2和3程序流程325.1.4 子程序4程序流程335.1.5 中斷子程序345.2 組態(tài)軟彳設(shè)計355.2.2 KINGVIEW6.52操作界面355.2.3 煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)主界面355.2.4 PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面36結(jié)論37致謝38參考文獻(xiàn)39附錄40II陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文1緒論1.1 選題的背景和意義通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大

6、固定設(shè)備之一，它擔(dān)負(fù)著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任，具有礦井肺腑”之稱。由于井下工作環(huán)境惡劣，主通風(fēng)機(jī)工作電壓較高，電流較大，出現(xiàn)故障的概率也較大。一旦發(fā)生故障，將會對整個礦區(qū)的生產(chǎn)和安全造成重大影響。因此，有必要建立一套功能完善的自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井主通風(fēng)機(jī)性能及狀態(tài)的在線實時監(jiān)測，以便在生產(chǎn)過程中及時掌握主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，這也是主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。據(jù)統(tǒng)計，煤礦事故70%以上是由于通風(fēng)設(shè)備故障、通風(fēng)管理不善等所造成。隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、生產(chǎn)效率的提高，井下通風(fēng)系統(tǒng)對通風(fēng)設(shè)備的監(jiān)測監(jiān)控也必須提出了更高的要求。利用設(shè)備在線監(jiān)測監(jiān)控等相關(guān)技術(shù)，實時調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行

7、狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)故障隱患十分必要。高壓變頻技術(shù)、智能控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，為滿足煤礦生產(chǎn)的上述要求提供了可能。本監(jiān)控系統(tǒng)就是在此背景下提出的。1.2 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況國外很早就對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了研究。至90年代，一般的風(fēng)機(jī)均配有在線監(jiān)控系統(tǒng)，集保護(hù)、檢測、控制于一體，不但能實現(xiàn)風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)，主要能進(jìn)行故障診斷，預(yù)測使用壽命，預(yù)報維修極限，成功地對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了檢測，有效的保證了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。美國煤礦使用的主風(fēng)機(jī)以軸流式為主，近年來開始采用在運(yùn)行中可以改變?nèi)~片角度的液壓式動葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，節(jié)能效果好。德國以TLT公司為代表，采用液壓式動葉調(diào)節(jié)的軸流

8、通風(fēng)機(jī)，具運(yùn)行效率可保持在83%88%以內(nèi)。國內(nèi)在這兩方面起步比較晚。風(fēng)量調(diào)節(jié)方法都比較落后，需要在停機(jī)的情況下進(jìn)行手動調(diào)節(jié)或者是隔一段時間才能調(diào)節(jié)一次。其一這種人工操作方法只能做到階段性調(diào)節(jié)而不能做到及時連續(xù)自動調(diào)節(jié)，而且實時性差，風(fēng)量控制不準(zhǔn)確，自動化程度不高；另外，我國煤礦主通風(fēng)機(jī)一般都在遠(yuǎn)離煤礦管理部門的井田邊緣，通風(fēng)設(shè)備的管理由于風(fēng)量參數(shù)不能實現(xiàn)在線監(jiān)測而成為煤礦自動化管理的薄弱環(huán)節(jié)。目前大部分廠家只對設(shè)備進(jìn)行簡單的點測，或是對風(fēng)機(jī)進(jìn)行簡易的診斷。近幾年來，陸續(xù)有幾家大中型企業(yè)開始安裝了專用檢測診斷設(shè)備對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了長期檢測。近幾年來，陸續(xù)有幾家大中型企業(yè)開始安裝了專用檢測診斷設(shè)備對風(fēng)

9、機(jī)進(jìn)行了長期檢測。05年南京因泰萊電器股份有限公司為銀川力城電子煤礦設(shè)計了綜合現(xiàn)代化通信、計算機(jī)和自動控制與檢測技術(shù)的全分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它具有顯示、打印、報警、狀態(tài)識別、趨勢分析、現(xiàn)場動平衡等功能，在實際應(yīng)用中取得了很好的效果。但與國外還是存在著一定的距離。陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文1.3 礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控的展望隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科技人員的不斷努力，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控取得了一定的成績，但也明顯存在一些不足礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控主要還處在監(jiān)測水平，具控制功能很弱，對主通風(fēng)機(jī)的控制和故障診斷基本上還處在研究階段，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控的可靠性有待進(jìn)一步提高，礦井主通風(fēng)機(jī)

10、在線監(jiān)測監(jiān)控是一個較獨立的系統(tǒng)未與整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)、整個煤礦管理系統(tǒng)取得協(xié)調(diào)的聯(lián)系。針對以上不足，為了進(jìn)一步提高煤礦自動化管理水平，提高生產(chǎn)的安全程度，降低工人勞動強(qiáng)度，礦并主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控應(yīng)在如下幾個方面發(fā)展：(1)煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向集散化結(jié)構(gòu)發(fā)展新推出的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)基本上都采用集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般由現(xiàn)場測控分站和控制中心主站組成。分站以脫離主站自動實現(xiàn)就地監(jiān)測和控制功能，一般由中小型可編程控制器組成。主站一般采用PC機(jī)，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、存儲、顯示、報警、處理、分析、報表打印等。(2)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)開放化新推出的集散監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)均采用開放系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)模型、通信協(xié)議或規(guī)程

11、，支持多種互連標(biāo)準(zhǔn)。任何集散測控系統(tǒng)，只要遵循這些規(guī)程，就能夠與其它系統(tǒng)或計算機(jī)系統(tǒng)相連，方便地組成多節(jié)點的計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)系統(tǒng)間的通信和數(shù)據(jù)共享。(3)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)智能化主要是指傳感器的智能化，如不斷推出的具有自動校正、靈敏度自動補(bǔ)償、非線性自動補(bǔ)償?shù)裙δ艿闹悄軅鞲衅鳌?4)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件發(fā)展趨勢包括操作系統(tǒng)的實時多任務(wù)化，控制軟件的組態(tài)化、智能化和圖形化，軟件系統(tǒng)的開放化、標(biāo)準(zhǔn)化。(5)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)向綜合化方向發(fā)展全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種可用于環(huán)境安全、軌道運(yùn)輸、皮帶運(yùn)輸、提升運(yùn)輸、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、礦山壓力、煤與瓦斯突出、自燃發(fā)火、大型機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀

12、況等多方面綜合監(jiān)控的系統(tǒng)，既可用于某一單方面的監(jiān)控，又可實現(xiàn)全面綜合監(jiān)控。(6)發(fā)展專家診斷、專家決策系統(tǒng)軟件我國監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)軟件目前停留在對被監(jiān)測量的實時采集、存儲、超限報警及斷電、以曲線、圖形和報表形式輸出的水平，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的最基本處理，在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)正在開發(fā)專家系統(tǒng)和礦井安全預(yù)警系統(tǒng)。在礦難發(fā)生前就能對各種安全隱患進(jìn)行預(yù)測，使安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文1.4 本論文的主要工作和安排本論文以礦井對旋軸流風(fēng)機(jī)為研究對象，以西門子S7-200可編程邏輯控制器作為監(jiān)控核心，運(yùn)用溫度，壓力，振動等傳感器和電量采集單元對風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及各種電量參數(shù)進(jìn)行檢測。同時，利用P

13、LC和上位機(jī)之間的通信實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的在線監(jiān)控。本論文還討論了利用變頻器控制通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行。具體地說，本論文的主要研究內(nèi)容如下：1實現(xiàn)信號采集與實時監(jiān)測，包括風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、負(fù)壓、流量、軸承振動、軸承溫度、定子溫度、電壓、電流、功率、效率等。2控制系統(tǒng)能實現(xiàn)風(fēng)機(jī)手動和自動變頻運(yùn)行的切換，使風(fēng)機(jī)處于工頻或變頻運(yùn)行狀態(tài)。在變頻運(yùn)行時，該系統(tǒng)能根據(jù)壓力傳感器的模擬量輸入，經(jīng)PLC內(nèi)部運(yùn)算，計算出系統(tǒng)滿足安全生產(chǎn)所需的風(fēng)量大小對應(yīng)的變頻器輸入電壓值，經(jīng)擴(kuò)展模塊模擬量輸出控制變頻器自動調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。3本系統(tǒng)能實現(xiàn)多種報警功能，如風(fēng)機(jī)定子，軸承溫度超限，電動機(jī)振動異常

14、報警，以及變頻器出現(xiàn)故障及時報警，及時處理的功能。4用工程制圖軟件繪制系統(tǒng)主電路圖和PLC及擴(kuò)展模塊接線圖。5用STEP7-Micro/WIN編程軟件編出PLC梯形圖。6用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)完成對PLC通信網(wǎng)絡(luò)的組建。7模擬風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，用組態(tài)王軟件繪制煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)主界面和PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面。并生成性能參數(shù)實時曲線和歷史趨勢曲線，監(jiān)測數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)報表查詢及打印，以及瓦斯?jié)舛取L(fēng)量、風(fēng)壓等監(jiān)控量的趨勢曲線、超限報警和數(shù)據(jù)報表功能。陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文2系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能本論文設(shè)計的礦井主扇風(fēng)機(jī)的監(jiān)控包括風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測和風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)

15、兩部分。本系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測以工控領(lǐng)域的可編程控制器（PLC）和組態(tài)軟件為核心，以標(biāo)準(zhǔn)控制柜作為信號采集和控制輸出裝置，輔以傳感器、中間繼電器和其它輔助設(shè)備構(gòu)建整個監(jiān)控系統(tǒng)。通過的煤礦主通風(fēng)機(jī)的計算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)的計算機(jī)實時監(jiān)控以及通風(fēng)機(jī)房與工業(yè)以太網(wǎng)和煤礦安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息共享。風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)中引入變頻器對風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，據(jù)所需風(fēng)量和風(fēng)壓大小通過變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無與倫比的優(yōu)點，還能實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動和保護(hù)等要求。2.1 礦井主扇風(fēng)機(jī)2.1.1 礦井主扇風(fēng)機(jī)概述礦井通風(fēng)機(jī)按結(jié)構(gòu)來分，有離心通風(fēng)機(jī)和軸流通風(fēng)機(jī)，目前礦上使用最多的是軸流通風(fēng)機(jī)

16、。軸流通風(fēng)機(jī)是氣體沿軸向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉片通道，由葉片與氣體的相互作用，使氣體被壓縮并沿軸向排出的通風(fēng)機(jī)。在兩級的軸流通風(fēng)機(jī)中，有一種性能比較好的軸流通風(fēng)機(jī)一對旋式軸流通風(fēng)機(jī)，它的一個葉輪裝在另一個葉輪的后面，同時兩個葉輪的旋轉(zhuǎn)方向彼此相反。它具有結(jié)構(gòu)尺寸短，效率高，反風(fēng)性能好的特點。目前礦井中主扇風(fēng)機(jī)大部分采用對旋式軸流風(fēng)機(jī)。本論文中采用某實驗風(fēng)機(jī)，具技術(shù)參數(shù)如下:風(fēng)機(jī)基本性能參數(shù)轉(zhuǎn)速(r/min)風(fēng)量（錯誤！未找到引用源。/h）全壓（Pa）效率（）直徑（mm）29005400-90001200-240085.5400配用電機(jī)基本參數(shù)型號轉(zhuǎn)速（r/min）功率（Kw）額定電壓（V）額定電流（A）Y

17、112M229004>23808.52.1.2 風(fēng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)1 .風(fēng)量單位時間內(nèi)通風(fēng)機(jī)吸入的氣體的體積稱為通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，以Q表示，單位為m/錯誤!陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文未找到引用源。2 .風(fēng)壓在通風(fēng)中所稱的風(fēng)壓是指單位體積的空氣所具有的能量，按其類型可分為靜壓、動壓和全壓，其單位為Pa。1）靜壓通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中單位體積流體所具有的壓力能量，即為氣體的靜壓力，以錯誤！未找到引用源。表示，在實際的通風(fēng)網(wǎng)路中，通風(fēng)截面一般不是很大，可以忽略同一截面上任意兩地之間氣體的位能之差，因此在緩變流條件下，同一過流截面上個點的靜壓值可以認(rèn)為相等。2）動壓指單位體積的流體所具有的動能，攜帶該能量的氣體

18、微團(tuán)被滯止后表現(xiàn)的壓力，故稱為動壓，其大小用下式計算：錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。式中：錯誤！未找到引用源。一一氣體中某點的動壓，Pa；錯誤！未找到引用源。一一動壓測量處的空氣密度，kg/錯誤！未找到引用源。；錯誤！未找到引用源。一一氣體的流速，m/s3）全壓氣流中某一點的滯止壓力，亦是該點靜壓和動壓的代數(shù)和，以錯誤！未找到引用源。表示：錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。3功率通風(fēng)機(jī)的功率分為軸功率和有效功率。軸功率是指原動機(jī)傳遞給通風(fēng)機(jī)軸上的功率，有功功率是指風(fēng)機(jī)在單位時間內(nèi)對氣體做的有用功，通風(fēng)機(jī)的全壓有效功率用下式計算：錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。錯誤

19、！未找到引用源。一一通風(fēng)機(jī)全壓有效功率，kW；錯誤！未找到引用源。一一通風(fēng)機(jī)的全壓，Pa；錯誤！未找到引用源。一一通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m/錯誤！未找到引用源。若通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓用靜壓表示，則通風(fēng)機(jī)靜壓有效功率可用下式計算：錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。式中：錯誤！未找到引用源。一一通風(fēng)機(jī)靜壓有效功率，kW04效率陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文效率是全壓有效功率或靜壓有效功率與軸功率的比值，前者稱為全壓效率，后者稱為靜訴瑟軍，必公式如下："1000N_pstQ“品=1000N式中錯誤！未找到引用源。，錯誤！未找到引用源。一一通風(fēng)機(jī)的全壓效率和靜壓效率;N通風(fēng)機(jī)的軸功率，kW05轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速

20、是指通風(fēng)機(jī)在單位時間內(nèi)的實際轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為r/min。1.1.3 風(fēng)機(jī)的特性曲線軸流式風(fēng)機(jī)在設(shè)計工況下，基本上能消除氣流的徑向流動，但當(dāng)流量大于設(shè)計值時，葉輪下游側(cè)氣流將由內(nèi)向外朝直徑較大處偏斜；反之，氣流將朝較小處偏轉(zhuǎn)，情況嚴(yán)重時，會發(fā)生二次回流現(xiàn)象。軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線如圖1所示。1 .Q-H曲線大都屬于陡降型曲線流量偏小時，氣流將部分地發(fā)生二次回流現(xiàn)象，回流的液體被葉輪二次加壓，是流量較小的情況下，壓頭上升的緣故。2 .Q-N曲線在流量為零時最大當(dāng)流量增大時，H下降很快，軸功率也有所下降，這樣往往使軸流式風(fēng)機(jī)在零流量下啟動時的軸功率為最大。因此與離心式風(fēng)機(jī)相比，軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)在管

21、路暢通下開動，盡管如此當(dāng)啟動與停車時，總是會經(jīng)過最低流量的，所以軸流式風(fēng)機(jī)所配用電機(jī)要有足夠的裕量。3 .Qn曲線在最高效率點附近迅速下降流量不在設(shè)計工況下的氣流情況迅速變壞，以至效率下降很快，所以軸流式風(fēng)機(jī)的最佳工作范圍較窄，一般都沒有調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)流量。因此，Q-H曲線和Q-N曲線都是在流量從小到大增加時先下降，再上升，然后再下降，有兩個拐點，正常工作工況點應(yīng)選在Q-H曲線的二次下降段，也就是駝峰點的右側(cè)，它可近似用三次方程來擬合，但在整個趨勢中它和Q-H曲線的擬合方法一樣，選用有兩個拐點的三次方程，能很好的反映風(fēng)機(jī)工作情況的性能。Q-n曲線在整個流量變化過程中是先增大后減少，為此可用二次

22、方程來擬合它的形狀。一般工作的工況點選在效率大于60%的曲線段。至此，由QH曲線和Qn曲線也就決定了軸流式風(fēng)機(jī)的正常工作范圍，即在QH曲線駝峰點右側(cè)和Q門曲線效率大于60%的公共部分。同樣是由于在風(fēng)量較小的陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文情況下，風(fēng)機(jī)二次回流現(xiàn)象的影響，使得到某一流量時，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大和減小的回復(fù)，這也就是風(fēng)機(jī)喘振點，在風(fēng)機(jī)性能測試過程中，一般由此點開始或到此點結(jié)束，所以大多數(shù)的風(fēng)機(jī)性能曲線的流量不是從零開始。1.1.4 風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)是為了改變通風(fēng)機(jī)的流量，以滿足實際工作的需要，故通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)又稱流量調(diào)節(jié)。反映在通風(fēng)機(jī)性能曲線圖上就是改變風(fēng)機(jī)工況點，流量調(diào)節(jié)主要有兩

23、個目的：第一，滿足礦井用風(fēng)量的要求，第二，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。主要的調(diào)節(jié)方法或改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況有兩大類：改變管網(wǎng)性能曲線和改變通風(fēng)機(jī)性能曲線。改變管網(wǎng)曲線主要是在通風(fēng)機(jī)的管路上設(shè)置節(jié)流閥或風(fēng)門來調(diào)節(jié)流量，風(fēng)門調(diào)節(jié)是利用風(fēng)門來增大風(fēng)道阻力，以較少風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)最不經(jīng)濟(jì)，人為的增加網(wǎng)絡(luò)的阻力也就是增大了每立方米空氣所消耗的電能。當(dāng)然這比不進(jìn)行調(diào)節(jié)而供給過多的風(fēng)量還是有利的（對功率曲線在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)隨風(fēng)量增加而上升的風(fēng)機(jī)而言）。改變風(fēng)機(jī)性能曲線是通過改變風(fēng)機(jī)自身運(yùn)行曲線，主要有定速和變速兩類。定速調(diào)節(jié)包括入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)及動葉調(diào)節(jié)。變速調(diào)節(jié)是管路特性曲線不變時，用變轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，從而改變風(fēng)機(jī)的

24、工況點。變速調(diào)節(jié)大大減少附加的節(jié)流損失，在很大變工況范圍內(nèi)保持較高的效率，與傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)相比，不產(chǎn)生其他調(diào)節(jié)方式附加損失，降低了功率消耗，節(jié)約了電能，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于高壓變頻器發(fā)展，煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無與倫比的優(yōu)點，還能實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動和保護(hù)等要求，已開始應(yīng)用在風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中。本文所研究的風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)選用變頻調(diào)節(jié)。陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文2.2 可編程控制器的應(yīng)用2.2.1 PLC概述國際電工委員會(IEC)對PLC的定義是：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是用來取代電機(jī)控制的順序繼電器電路的一種器件，專為在

25、工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用一種可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制,定時，計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。2.2.2 PLC的基本構(gòu)成外部輸入一®輸出搔口輸入接口圖2PLC的一般構(gòu)成(l)中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)一般由控制器，運(yùn)算器和寄存器組成，它是PLC的核心部分。它的主要任務(wù)有：控制接收和存儲編程設(shè)備輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的錯誤；掃描I/O接收的現(xiàn)場狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，然后刷新輸出接口，對執(zhí)行部件進(jìn)行控制。(2)存儲器存儲器是

26、PLC存放程序和數(shù)據(jù)的地方，它包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)存儲器用來存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在PROM或EPROM存儲器中，用戶不可訪問和修改。用戶程序存儲器主要包括用戶程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)二個部分。用戶程序存儲區(qū)用于存儲用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲區(qū)用于存放用戶程序中使用器件的ON/OFF狀態(tài)和各種數(shù)值數(shù)據(jù)等。(3)I/O接口輸入，輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備相連接的部件，它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換位PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的強(qiáng)電信號。(4)電源單元陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文電源單元是PLC的電源供給部分。它的

27、作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲器等電路工作所需要的直流電，及向外部器件提供24V直流電源。(5)外設(shè)接口與擴(kuò)展接口PLC可以通過外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機(jī)、PLC或計算機(jī)相連。擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。2.2.3 PLC的工作原理PLC采用一種不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式即循環(huán)掃描技術(shù)，循環(huán)掃描技術(shù)是指當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段-輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個階段稱作一個掃描周期，在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，各個階段的功能如下：(l)輸

28、入采樣階段：PLC將掃描的輸入端子的狀態(tài)存入映像寄存器，然后進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，一直到下一個掃描周期的輸入采樣階段。(2)程序執(zhí)行階段：PLC根據(jù)讀入的輸入映像寄存器中的信號狀態(tài)，按一定的掃描原則執(zhí)行用戶編寫的程序，然后把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像寄存器中。(3)輸出刷新階段：當(dāng)所有的程序指令執(zhí)行完后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段被轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后一次性的由輸出端子輸出，驅(qū)動外部負(fù)載。2.3 風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測本系統(tǒng)現(xiàn)場使用的傳感器較多，如壓力、溫度、振動及轉(zhuǎn)速等。為減少傳輸誤差，提高檢測精度，均選用帶變送器、

29、性能可靠、壽命長、輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號420mA的傳感器，直接采集現(xiàn)場信號，并配以二線制RVVP電纜單獨傳送，以進(jìn)一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。其結(jié)構(gòu)如圖3所示：陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文幫動傳感舒負(fù)壓傳/暑壓聲息肝跳傳感罌溫度帝辟品1溢質(zhì)傳感逑相赍傳器俗占溫年盛器4mvTFEPl|P/E用中仃BP2|P/U|ET1fR|BI2的"BT3"U|BT4"U-+24V00g0i0&由由總so©Haa+a-RE時BrR£C+c-RDDH-D-皿昌一昌眶/B-ACC+C-CH-OEM上31BM235ML+-4rNOVO00121010000+24V圖

30、3傳感器與PLC擴(kuò)展模塊的連接2.3.1 風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測1.風(fēng)壓（這里主要測靜壓）一般都是采取鉆孔取壓法，測點選擇在風(fēng)機(jī)的入口，將取得的壓力信號通過壓力傳感（變送）器轉(zhuǎn)換成電信號。壓力傳感器的選型需考慮礦井通風(fēng)機(jī)最大風(fēng)壓及測量精度的要求。本設(shè)計中選用CYBZI系列中量程為0-3KPa的壓力傳感器。CYBZI系列微差壓變送器采用進(jìn)口高精度、高穩(wěn)定性微壓力敏芯片，經(jīng)嚴(yán)格精密的溫度補(bǔ)償，線性補(bǔ)償，信號放大，V/I轉(zhuǎn)換，逆極性保護(hù)，壓力過載限流等信號處理，將很微小的差壓信號可靠的轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流或010V電壓信號輸出，可測小于100Pa的壓力其主要技術(shù)指標(biāo):測量范圍0-3Kpa零

31、點漂移0.025%FS4h測量介質(zhì)非腐蝕性氣體零點溫度漂移0.006%/CFS輸出信號標(biāo)準(zhǔn)量程的1.5倍非線性0.0378%FS輸出信號4-20mA遲滯0.0500%FS供電24VDC重復(fù)性0.0320%FS精度0.3%溫度范圍-20-+852風(fēng)量風(fēng)量參數(shù)是利用風(fēng)機(jī)入口靜壓差及入口溫度計算得來的。計算公式:巴(273.15+A)1二二一二陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文式中錯誤！未找到引用源。為CP201測量到靜壓，錯誤！未找到引用源。為入口壓力CP202俵壓）的絕對值（正值），錯誤！未找到引用源。為入口溫度，系數(shù)k因風(fēng)機(jī)參數(shù)的不同而異。風(fēng)量監(jiān)測采用KGF-2型礦用智能風(fēng)量傳感器。1.1.1對于負(fù)

32、壓參數(shù)的采集主要用于與設(shè)定的負(fù)壓值進(jìn)行比較，調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在指定的工況點，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制。1.1.2 振動參數(shù)的檢測風(fēng)機(jī)軸承的振動監(jiān)測與故障診斷功能及原理：通過速度傳感器測量軸承的振動峰值、均方根值或均值，將這些測量值與事先標(biāo)定出的允許門檻值作比較，指示出軸承運(yùn)行情況的正常與否。具體測試方法為：通過安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動烈度信號，經(jīng)過振動變送器送到PLC中，以便實時監(jiān)控電動機(jī)的運(yùn)行情況。通過風(fēng)機(jī)振動位移和振動周期可以反映風(fēng)機(jī)潛在的故障，避免風(fēng)機(jī)停機(jī)等嚴(yán)重故障發(fā)生。常用的振動測量傳感器有電渦流式傳感器、速度式傳感器、加速度式傳感器。根據(jù)所需測量的參數(shù)要求，一般在

33、選用時應(yīng)考慮以下因素：若需測量振動位移值則應(yīng)選用電渦流式傳感器；若需測量振動速度或烈度值則應(yīng)選用速度式傳感器；若需測量振動加速度值則應(yīng)選用加速度式傳感器。經(jīng)過比較之后，本系統(tǒng)選擇南京東大測振儀器廠生產(chǎn)的MT3T型電磁式速度傳感器。其技術(shù)指標(biāo)如下：測量范圍：151000Hz靈敏度：30mv/mm/s精度：線性誤差：0±0.5%測量方向：水平或垂直電源：蟲2VDC,<20mA容許加速度：沿工作方向：10g連續(xù)橫向：30g短時此外，在檢測機(jī)械振動參數(shù)時，還需要有變送器和檢測儀表將測量的振動參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA的直流電流信號或0-5V的電壓信號，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)

34、考慮到現(xiàn)場安裝的需要，以及增強(qiáng)報警和顯示等功能，又選擇了南京東大測振儀器11陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文廠生產(chǎn)的與MT-3系列磁電式振動速度傳感器配套使用的30ZXP-J210型振動速度監(jiān)控裝置。該監(jiān)控儀主要用于對轉(zhuǎn)速6006000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動烈度進(jìn)行長期監(jiān)測當(dāng)振動值超限時，本儀器可外接聲光報警器以提示現(xiàn)場操作人員采取防范措施。其具體參數(shù)如下：量程：010mm/s,020mm/s,050mm/s(均方根值)(2)頻率范圍：101000Hz(3)信號輸入：MT-3系列磁電式振動速度傳感器的信號(4)靈敏度：30mV/mm/s<3%(5)儀表顯示顯示方式：高分辨率LCD顯示，精確度由

35、(6)信號輸出：電流輸出420mA,輸出負(fù)載0500Q(7)精確度：如.5%(8)報警輸出：警告、危險兩極報警；(9)繼電器節(jié)點容量：DC30V/1A,AC125V/0.3A(10)使用電源：AC220V/50HZ±10%<20W1.1.3 電氣參數(shù)的檢測電氣參數(shù)指配套電機(jī)的負(fù)載和空載的電流、電壓、勵磁電流和電壓、功率、功率因數(shù)等。電量參數(shù)監(jiān)測采用EDA9033電量參數(shù)監(jiān)測模塊。該模塊采用電磁隔離和光電隔離技術(shù)，電壓輸入、電流輸入及輸出三方完全隔離。在該系統(tǒng)中，PLC通過CP341模塊與EDA9033通過MODBUS-RTU協(xié)議進(jìn)行通信，所以電氣參數(shù)通過由安裝在各開關(guān)柜內(nèi)的智能

36、儀表單元與PLC以通訊的方式得到。1.1.4 電機(jī)軸承和定子溫度檢測溫度傳感器選用Pt100鋁電阻傳感器。該傳感器利用金屬鋁在溫度變化時自身阻值也隨之改變的特性來測量溫度，能夠準(zhǔn)確的測出軸承或定子的溫度并將它們傳給PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)被測介質(zhì)中存在溫度梯度時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。這中溫度傳感器的特點：耐振動，可靠性高，同時具有精確的靈敏性，穩(wěn)定性好等。其性能指標(biāo)如下：連續(xù)監(jiān)測風(fēng)機(jī)工作時的軸承溫度和電機(jī)的軸承溫度，也是風(fēng)機(jī)工況監(jiān)測的一項重要任務(wù)。溫度參數(shù)檢測時，主要由溫度檢測元件和變送器、電壓調(diào)理電路構(gòu)成的檢測電路與PLC進(jìn)行通信，將溫度參數(shù)上傳至工控機(jī)。常用的

37、溫度檢測傳感器有熱電阻式熱電傳感器、熱電偶式傳感器和熱敏電阻傳感器等。熱敏電阻傳感器雖然價格低廉，但由于它們的阻值對溫度的變化是非線性的，故熱12陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文敏電阻通常所用的溫度范圍較狹窄。熱電偶式傳感器在中溫或高溫外露條件使用時的穩(wěn)定性不如熱電阻式傳感器。對于控制條件下校驗熱電偶性能，其可移動性或測試行較差。熱電偶外露線必須使用溝環(huán)才能與熱電偶儀器或控制設(shè)備相連。當(dāng)周圍溫度變化時，所使用的儀器導(dǎo)線（鍍銅）將會帶來測量誤差。因此，結(jié)合本系統(tǒng)的監(jiān)測要求，選擇熱電阻式熱電傳感器檢測風(fēng)機(jī)溫度。在目前廣泛使用的熱電阻中，珀電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐溫高，易提純，因而通常采用鋁電阻作為一般溫

38、度計量儀器的溫標(biāo)基準(zhǔn)。按照不同測點對溫度測量范圍的要求，本系統(tǒng)選擇日本林電的PT100鋁電阻，具體型號選擇如下：測點型號測量范圍風(fēng)機(jī)主軸承溫度STT-S-AI-T0150c電機(jī)軸承溫度STT-S-AI-T3-50200c電機(jī)三相繞組溫度STT-S-AI-T3-50200c另外，在檢測溫度參數(shù)時，還需要有變送器將測量的溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號或0-5V的電壓信號，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場安裝的需要，選擇性能/價格比較高的日本林電的STWB系列溫度變送器模塊，具技術(shù)參數(shù)如下：輸入信號：Pt100、Pt1000Cu50、K、E、S供電電壓：24V負(fù)載電阻：0500

39、Q輸出信號：DC420mA電壓誤差：0.005%/V精度：0.1%,0.2%,0.5%工作環(huán)境：溫度：-20C80C；濕度：95%RH1.1.5 開關(guān)量檢測監(jiān)控系統(tǒng)的輸入開關(guān)量主要包括一些開關(guān)、繼電器的動作信號，如：泵站電機(jī)運(yùn)行、主電機(jī)正反向合閘反饋、制動器限位開關(guān)、風(fēng)門的打開和關(guān)閉、風(fēng)門過力矩、葉片執(zhí)行器自動以及測振器報警等。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出開關(guān)量主要包括：泵站電機(jī)控制、風(fēng)門打開和關(guān)閉控制、主電機(jī)正反向合閘、主電機(jī)正反向分閘、主電機(jī)正反向跳閘、制動器控制以及聲光報警等。在PLC控制系統(tǒng)中，輸入輸出開關(guān)量可通過開關(guān)量輸入輸出模塊與PLC連接，由于本系統(tǒng)涉及的開關(guān)量較多，在此不進(jìn)行討論。13陜西能

40、源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文2.4變頻調(diào)速2.4.1 變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用概述近幾年來，隨著電力電子技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的價格不斷下降，其可靠性和功能性得到了不斷提高和完善，使其在水泵、風(fēng)機(jī)、電梯等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。通風(fēng)機(jī)在煤礦上的使用占有很大的份量，是煤礦生產(chǎn)中最大的耗電設(shè)備，采用傳統(tǒng)的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，流失大量電能，因此變頻器在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用很有必要。一般地來講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風(fēng)機(jī)上，具有以下的功能和優(yōu)點：(l)可以實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速，及時滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)省大量的電能損耗。(2)限制風(fēng)機(jī)的啟動電流，減少啟

41、動時的峰值功率損耗，消除電機(jī)起動和停止時，對機(jī)械和電氣元件的沖擊，延長其使用壽命。(3)PLC控制技術(shù)和變頻器結(jié)合使用，可以使通風(fēng)系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能和高可靠性，減少通風(fēng)機(jī)的檢修和維護(hù)的工作量，節(jié)約設(shè)備的費用。(4)變頻器自身的保護(hù)功能齊全，有欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、短路保護(hù)、風(fēng)機(jī)軸承過熱保護(hù)等，使風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的可靠性得到大大提高。2.4.2 變頻調(diào)速的基本原理交流異步電機(jī)以其體積小、重量輕、價格低廉、運(yùn)行性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在機(jī)械的電力傳動中應(yīng)用最為普遍。但是交流電機(jī)不象直流電機(jī)那樣，可以很方便地進(jìn)行調(diào)速，它的調(diào)速問題一直比較困難。經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，出現(xiàn)了許多交流電機(jī)的調(diào)速方

42、式，如異步電機(jī)的變極調(diào)速、定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速、用級調(diào)速、變頻調(diào)速等。目前，使用最廣泛，效果最好的還是變頻調(diào)速，變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機(jī)調(diào)速困難的問題得以解決。由電動機(jī)的拖動原理，可知交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：601n、60%n、(2-1)(2-2)H1(1s)=(1s)p27rp式中：工定子電源頻率；%相應(yīng)的角頻率；P異步電機(jī)的磁極對數(shù)；$電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，$=(/一n)/nf=(%一8)式中:陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文由上式（2-1）、（2-2）和（2-3）可以看出，如果改變輸入到異步電機(jī)定子繞組的電源頻率錯誤！未找到引用源。，就可以改變異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速錯誤！未找到

43、引用源。和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n由電機(jī)學(xué)知識可知，交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速錯誤！未找到引用源。，而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。當(dāng)電源頻率錯誤！未找到引用源。增加時，同步轉(zhuǎn)速錯誤！未找到引用源。增加，交流異步電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速n也增加。反之，當(dāng)電源頻率錯誤！未找到引用源。降低，同步轉(zhuǎn)速錯誤！未找到引用源。降低，交流異步電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速n也降低。這種通過改變電源頻率來改變交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式稱為變頻調(diào)速。在變頻調(diào)速技術(shù)中，使用變頻器向電動機(jī)提供頻率可變的電源，去改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.4.3 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析閥門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)速的節(jié)能比較：圖4為一礦井通風(fēng)機(jī)的壓力一流量（HQ）特性曲線圖，其

44、中曲線a、b為管網(wǎng)阻力的特性曲線（錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。），曲線1、2為風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為錯誤！未找到引用源。和錯誤！未找到引用源。時壓力一流量特性曲線（錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。），交點A、B、C為礦井通風(fēng)機(jī)的工況點。陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文圖4風(fēng)機(jī)及管網(wǎng)的HQ特性曲線圖圖4中曲線1為風(fēng)機(jī)開始調(diào)節(jié)前的風(fēng)壓一風(fēng)量（HQ）特性曲線，曲線a為管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線（管網(wǎng)阻力最小）。假設(shè)風(fēng)機(jī)設(shè)計工作在A點效率最高，輸出風(fēng)量錯誤！未找到引用源。為100%,對應(yīng)的軸功率錯誤！未找到引用源。從與風(fēng)量錯誤！未找到引用源。和風(fēng)壓錯誤！未找到引用源。的乘積面積A錯誤！未找到引用源。成正比

45、。如果生產(chǎn)要求風(fēng)量從錯誤！未找到引用源。減少到錯誤！未找到引用源。時，若采用關(guān)小風(fēng)機(jī)管路閥門的方法調(diào)節(jié)，相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性曲線變化到b,系統(tǒng)工況點也由A點變到B點。從圖中可以看出，風(fēng)量雖然減小了，風(fēng)壓反而增加了，代表軸功率的面積B錯誤！未找到引用源。比調(diào)節(jié)前減少不多。若采用變頻調(diào)速控制局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，風(fēng)壓-風(fēng)量特性變?yōu)榍€系統(tǒng)工況也由A點變到C點，代表軸功率的面積C錯誤！未找到引用源。比采用前一種方法調(diào)節(jié)顯著減少，兩者之差即是節(jié)省的氣體功率。當(dāng)通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速有以下比例關(guān)系：錯誤！未找到引用源。=昔誤！未找到引用源。錯誤！未找

46、到引用源。=昔誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。=昔誤！未找到引用源。式中：錯誤！未找到引用源。、錯誤！未找到引用源。一通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min;錯誤！未找到引用源。、錯誤！未找到引用源。一通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa；錯誤！未找到引用源。、錯誤！未找到引用源。一通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，W由以上的比例關(guān)系，可以看出風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。如果通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低為原來的50%則風(fēng)量也變?yōu)樵瓉淼?0%功率降低為原來的12.5%,這說明通過改變通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方式，可以改變通風(fēng)機(jī)的功率輸入，可以節(jié)省大量的電能。根據(jù)上述變頻調(diào)速的原理，礦井

47、通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。的改變，可以通過改變通風(fēng)機(jī)輸入電源的頻率f1來改變，這一過程可以通過變頻器來完成。2.4.4 變頻器的結(jié)構(gòu)變頻器按結(jié)構(gòu)來分，分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩種。交一交變頻器可16陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文將工頻交流電直接轉(zhuǎn)變成頻率和電壓均可控制的交流電，又稱為直接變頻器。交一直一交變頻器是把工頻交流電經(jīng)整流器先轉(zhuǎn)換成直流電，然后經(jīng)濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可控制的交流電，又稱為間接變頻器。目前，使用最多的通用變頻器多是交一直一交變頻器，它由主電路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示0AC整流器DC逆姿需用便4更雨雪中同君赤環(huán)節(jié)也

48、衰方“空渝器拄.(fel指令圖5變頻器基本結(jié)構(gòu)圖(1)整流器整流器即是網(wǎng)側(cè)變流器，它的作用是把三相或單相交流電整流成直流電。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種(2)逆變器逆變器即是負(fù)載側(cè)的變流器，它的主要作用在控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)變成頻率、電壓調(diào)節(jié)后的交流電，輸出給外部設(shè)備。六個半導(dǎo)體主少干關(guān)器件組成的橋式電路是常見的逆變電路，通過控制電路控制開關(guān)器件的通、斷，可以得到所需頻率的交流電輸出。(3)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)又稱為中間儲能環(huán)節(jié)，這是因為逆變器的負(fù)載多為感性負(fù)載，其功率因數(shù)小于1,使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間存在著無功率的交換。這種無功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或

49、電抗器來進(jìn)行緩沖(4)控制電路控制電路是變頻器的核心，它通常由運(yùn)算電路、檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路和保護(hù)電路等組成，其作用主要是完成對逆變器的開關(guān)控制和頻率控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等2.4.5 PLC控制變頻器的方式在許多工程應(yīng)用中，為了提高控制系統(tǒng)的自動化水平，需要把PLC和變頻器結(jié)合起來使用，對異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制?？偟膩碚f，PLC控制變頻器的方式主要有以下三種方式：17陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文(1)頻率輸出控制端子的邏輯組合方式大多數(shù)變頻器都有幾個不同的頻率輸出控制端子，我們可以通過變頻器參數(shù)的設(shè)定，設(shè)置控制端子不同的頻率輸出。通過對變頻器控制端子邏

50、輯輸入口的邏輯組合，可以實現(xiàn)電機(jī)的啟?？刂坪洼敵鲱l率的改變網(wǎng)。其邏輯組合控制是用PLC的輸出去控制變頻器控制端子的ON/OFFF犬態(tài)，使變頻器輸出不同頻率的電源，進(jìn)而控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于變頻器控制端子的輸出頻率是預(yù)先設(shè)定的，它的輸出頻率也只是一些固定的數(shù)值，不能實現(xiàn)異步電機(jī)的無級平滑調(diào)速。因此，這種控制方式只適合不需要電機(jī)連續(xù)調(diào)速就能滿足生產(chǎn)要求的場合。(2)通訊的方式目前一般的變頻器都帶有RS485S口，大多數(shù)的PLC也都支持RS485的通訊。通過用行電纜把PLC和變頻器的RS485通訊接口連接起來，用通訊的方式把頻率由PLC傳給變頻器，這就是PLC控制變頻器的通訊方式。在這種控制方式中

51、，要占用PLC的一個通訊接口，如果PLC的通訊接口為RS232接口，加一個轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485接口就可以了。如PLC通過通訊的方式來監(jiān)控變頻器，可以傳送大量的信息，連續(xù)地監(jiān)控多臺變頻器，還可以通過通訊修改變頻器的參數(shù)，實現(xiàn)多臺變頻器的聯(lián)動控制和同步控制。由于變頻器的種類很多，不同廠家生產(chǎn)的變頻器使用不同的通信協(xié)議，有Modbus從站協(xié)議、USS協(xié)議和用戶自定義協(xié)議等，必須用變頻器支持的協(xié)議來完成PLC和變頻器的通訊。(3)模擬量控制的方式現(xiàn)在生產(chǎn)的PLC一般都具有模擬量信號處理的功能，模擬量信號通過A/D模塊和D/A模塊轉(zhuǎn)換后，輸出010V的電壓或420mAi勺電流，把輸出的信輸入到變頻器相

52、應(yīng)的模擬量輸入端子，可以控制變頻器輸出電源的頻率，這種PLC控制變頻器的方式，稱為模擬量的控制方式。它要求PLC和變頻器的控制距離不是很遠(yuǎn)，且是一對一的控制場合，但這種控制方式使用起來比較簡單，對PLC的要求也不是很高。由于本控制系統(tǒng)中采用的是兩臺變頻器控制對旋軸流風(fēng)機(jī)兩臺電機(jī)的方案，是一對一控制，為說明問題，本系統(tǒng)采用PLC控制變頻器的模擬量控制方式。18陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文3通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)3.1 風(fēng)機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共分三層：設(shè)備層，控制層，監(jiān)控層設(shè)備層即現(xiàn)場測量層主要實現(xiàn)風(fēng)機(jī)變量參數(shù)的測量和風(fēng)機(jī)的控制，由各種傳感器，電量監(jiān)測設(shè)備，變頻器等組成，完成對設(shè)備運(yùn)行的自動控制

53、和監(jiān)控設(shè)備本身的運(yùn)行工況參數(shù)的采集。中央控制層由帶有以太網(wǎng)接口的PLC組成，PLC作為總站，就地站以及遠(yuǎn)程輸入站作為從站，采用PROF舊US-DP場總線實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的互連，節(jié)省了大量的A/D等傳輸和轉(zhuǎn)換模塊。通過以太網(wǎng)交換機(jī)與上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)聯(lián)網(wǎng)，向工控機(jī)傳送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等），同時接收工控機(jī)的控制命令，采集風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工況參數(shù)（如風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)機(jī)軸承溫度、電機(jī)定子繞組溫度、電壓、電流、功率因數(shù)、功率和開關(guān)狀態(tài)等），其采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后遠(yuǎn)傳給上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)。遠(yuǎn)程監(jiān)控管理層直接接入礦調(diào)度室，由上位工控機(jī)、打印機(jī)、不間斷電源等設(shè)備組成，提供集中監(jiān)控管理功能

54、，可以實現(xiàn)監(jiān)控風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行工況、故障報警與分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報表生成打印、歷史數(shù)據(jù)記錄管理等操作。19陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文以太網(wǎng)AIV現(xiàn)場總線AUH設(shè)缶層圖6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.2 基于現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)3.2.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù)隨著計算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。相對于傳統(tǒng)的DCS空制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線有著分散控制更徹底、開放性好、可靠性高、總體價格也較便宜等優(yōu)點，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又一個新時代的開始。對于礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言，為保證通風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行，其功能必須涵蓋通風(fēng)

55、機(jī)電動機(jī)啟?？刂?、風(fēng)門的開合、風(fēng)量調(diào)節(jié)、各項運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測以及上下位機(jī)通信等多個方面。大型煤礦生產(chǎn)企業(yè)所應(yīng)用的生產(chǎn)設(shè)備往往多而分散，對于傳統(tǒng)的基于PCPLC等產(chǎn)品的監(jiān)控系統(tǒng)來說，如不采用現(xiàn)場總線技術(shù)將各生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)地連為一體，則難以及時有效地對各設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，在很大程度上不利于生產(chǎn)效率和安全性的提升。與此同時，以太網(wǎng)作為一項比較成熟的技術(shù)正向自動化領(lǐng)域逐步滲透，從企業(yè)決策層、生產(chǎn)管理調(diào)度層向現(xiàn)場控制層延伸。以太網(wǎng)傳輸速度的提高、高速以太網(wǎng)的應(yīng)用以及工業(yè)級以太網(wǎng)部件推出，使影響以太網(wǎng)進(jìn)入工控領(lǐng)域的確定性問題和可靠性問題逐漸得到解決。以太網(wǎng)將能逐步勝任那些目前由工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)

56、的控制任務(wù)，基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制系統(tǒng)將會更多地出現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中，成為一種簡單、廉價、實用的企業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)方案。工業(yè)以太網(wǎng)是基于以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)開發(fā)出來的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于工廠的控制級通信，以實現(xiàn)PLC與PLC之間,20陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文PLC與PC機(jī)之間的通信。3.2.2 現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的互連為了解決現(xiàn)場總線面臨著標(biāo)準(zhǔn)繁多、難以與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)集成等諸多問題，于是就出現(xiàn)了把自動控制與計算機(jī)管理系統(tǒng)結(jié)合起來，集管理和控制為一體的系統(tǒng)。一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)常采用兩級網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。底層用現(xiàn)場總線以便控制裝置盡可能靠近現(xiàn)場設(shè)備，上層采用工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的集中管理和分散控制，這種將兩層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到自動化系