畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC的礦井通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

I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(duì)其進(jìn)行PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)將PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來，采用以礦井氣壓壓力和瓦斯?jié)舛葹橹骺貐?shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)工作過程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制，使礦井通風(fēng)機(jī)通風(fēng)高效、安全，達(dá)到了明顯的節(jié)能效果。且PLC控制系統(tǒng)具有對(duì)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)有過熱保護(hù)、故障報(bào)警、機(jī)械故障報(bào)警和瓦斯?jié)舛葦嚯姷裙δ芴攸c(diǎn)，為煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造提供一條新途徑。與常規(guī)繼電器實(shí)施的通風(fēng)系統(tǒng)相比，PLC系統(tǒng)具有故障率低、可靠性高、接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，PLC的控制功能使通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，減輕了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：PLC，變頻器，傳感器，通風(fēng)機(jī)，壓力檢測(cè)全套圖紙加V信153893706或扣3346389411ⅡAbstractInthesafeproductionofcoalmine,themineventilationsystemplaysaveryimportantrole,itisthekeylinkofcoalminesafetyproduction.Themineventilationmachineisoneofthemainequipmentinthemineventilationsystem,sotheforthedesignandresearchofPLCcontrolsystemoffrequencycontrolofmotorspeed,notonlycangreatlyimprovethemechanizationandautomationlevelofthecoalmineproduction,butalsosavelargeamountsofelectricity,hashigheconomicbenefit.ThesystemPLCandinverterorganicallyarecombinedwiththepressureandthegaspressureinordertominetheconcentrationofcontrollingtheparametersoftheworkingprocessandoperationofthemotorspeedcontrol,somineventilationfanefficiency,safety,achievedsignificantenergysavings.AndthePLCcontrolsystemonthedrivefanmotorwithoverheatingprotection,faultalarm,mechanicalfailurealarmandtheconcentrationofpowerandotherfeaturesofgasforcoalmineventilationsystemtoprovideanewwaytoenergytransformation.Heretoentertheneedtotranslatewordsandgeneralrelayintheimplementationoftheventilationsystem,thesystemhastheplcfailureratelowandhighreliability,thesimple,easyandwiththeadvantageoftheplc,thecontrolfunctionoftheventilationsystemofautomationisgreatlyincreased,thepostsofstafflabourintensity.Keywords:PLC,Inverter,Sensors,Ventilationunits,Pressuretesting第1章緒論1.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介其通風(fēng)系統(tǒng)的基本主要任務(wù)是：供給井下足夠的新鮮空氣，滿足人員對(duì)氧氣呼吸的需要，沖淡井下有毒有害粉灰及空氣，保證人員安全生存，調(diào)節(jié)礦井下的空氣環(huán)境創(chuàng)造保證安全的工作環(huán)境。礦井的通風(fēng)系統(tǒng)是影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素。礦井通風(fēng)系統(tǒng)可以分為不同的類型，其劃分標(biāo)準(zhǔn)是不同的因素。如根據(jù)瓦斯的濃度、煤層的自燃還有高溫的因素等。一般礦井通風(fēng)系統(tǒng)的分類：通俗一般型、相對(duì)降溫型、防火型、排放瓦斯型、防火及降溫型、排放瓦斯及降溫型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯與防火及降溫型幾種。礦井內(nèi)部通風(fēng)的方式根據(jù)得到的風(fēng)力的動(dòng)力來源的不同，分為兩種：自然風(fēng)、機(jī)械輔助通風(fēng)。自然通風(fēng)：這是則是一種利用大自然氣壓的不同而產(chǎn)生的通風(fēng)動(dòng)力，使得空氣在井下巷道流動(dòng)的流通方式叫做自然通風(fēng)。自然通風(fēng)的風(fēng)壓一般都比較小，而且不穩(wěn)定因素很多，所以在《煤礦安全規(guī)程》有規(guī)定：每一處礦井都必須要采用機(jī)械通風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)：這是一種利用安裝主風(fēng)扇用電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)而產(chǎn)生的鼓風(fēng)動(dòng)力，從而致使空氣在井下各個(gè)巷道之間互相流動(dòng)的流通方式叫做機(jī)械通風(fēng)。礦井的通風(fēng)系統(tǒng)一般要求是：1．每一個(gè)礦井，至少要有兩個(gè)安全出口，并且通到地面。2．進(jìn)風(fēng)井口要有利于防洪，不受粉塵，有害氣體污染。3．北方礦井、井口需裝供暖裝備。4．總回風(fēng)巷不得作為主要人行道。5．工業(yè)廣場(chǎng)不得受扇風(fēng)機(jī)噪音干擾。6．裝有皮帶機(jī)的井筒不得兼作回風(fēng)井。7．裝有箕斗的井筒不應(yīng)作為主要進(jìn)風(fēng)井。8.如果一個(gè)礦井可以獨(dú)立痛風(fēng)病，必須獨(dú)立通風(fēng)，堅(jiān)決不能合并通風(fēng)系統(tǒng)。保證系統(tǒng)能夠獨(dú)立地進(jìn)行工作，這樣當(dāng)一個(gè)礦井出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)礦井的通風(fēng)工作不受影響,使生產(chǎn)不受大面積的受阻。1.2本課程設(shè)計(jì)的研究意義煤礦的礦井地下通風(fēng)系統(tǒng)是否正常工作和礦井內(nèi)的工作環(huán)境條件，生產(chǎn)效率，安全生產(chǎn)息息相關(guān)。隨著國家對(duì)各行業(yè)的安全生產(chǎn)監(jiān)管不斷擴(kuò)大，特別是對(duì)煤礦的生產(chǎn)安全越來越嚴(yán)，煤礦的礦井通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，可靠性和節(jié)能性勢(shì)在必行。國內(nèi)煤礦重大瓦斯事故造成的井下人員出現(xiàn)大量的傷亡大多數(shù)都是通風(fēng)系統(tǒng)抵抗災(zāi)難能力不強(qiáng)，使正常生產(chǎn)時(shí)，分區(qū)通風(fēng)在瓦斯爆炸條件下受到破壞，爆炸氣體進(jìn)入了爆源以外的地方從而導(dǎo)致其他通風(fēng)分區(qū)或者全礦井下的人員中毒身亡。因此以各采掘工作面為核心的分區(qū)通風(fēng)成為了煤礦通風(fēng)的基本規(guī)定和實(shí)踐。在礦井災(zāi)變條件下維持正常分區(qū)通風(fēng)的能力是評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)系統(tǒng)抗災(zāi)能力的基本考慮因素。除巷道布置這一重要但難以調(diào)整的因素之外分區(qū)通風(fēng)及風(fēng)量分配調(diào)節(jié)主要依靠于風(fēng)門、風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施的應(yīng)用其類型、數(shù)量、分布上的合理性是影響通風(fēng)系統(tǒng)合理性的基本因素扇風(fēng)機(jī)及通風(fēng)構(gòu)筑物受礦井生產(chǎn)活動(dòng)及災(zāi)變影響而失去原定功能時(shí)礦井通風(fēng)維持在合理水平上的能力則是通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的重要標(biāo)志?，F(xiàn)在來說煤礦的礦井通風(fēng)的控制系統(tǒng)，大部分采用繼電接觸器控制系統(tǒng)，但是這種控制系統(tǒng)體積大、機(jī)械的觸點(diǎn)很多、接線特別復(fù)雜、可靠性低、排除各種故障困難等很多缺點(diǎn)；如果通風(fēng)機(jī)不應(yīng)用變頻控制，則礦井通風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法，只能靠?jī)蓚€(gè)垂直風(fēng)門提起的高度、調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)扇葉的數(shù)量和角度等。那么主通風(fēng)機(jī)一直高速運(yùn)行，備用通風(fēng)機(jī)就會(huì)停止，不能輪流工作，很容易使通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障，降低其使用壽命。隨著電子技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC和變頻器逐漸成為通用、廉價(jià)和性能非?？煽康目刂乞?qū)動(dòng)設(shè)備，并且得到廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)將PLC和變頻器有機(jī)結(jié)合，通過以礦井氣壓為主控參數(shù)，然后對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作過程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，使礦井中的通風(fēng)機(jī)通風(fēng)效率高、安全，非常明顯的達(dá)到節(jié)能效果。PLC控制的風(fēng)機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)，具有很高的可靠性和很好的節(jié)能效果，容易組建成整體自控系統(tǒng)，方便地實(shí)現(xiàn)各種控制和切換。PLC的控制系統(tǒng)還有對(duì)風(fēng)機(jī)的電機(jī)有著過熱保護(hù)、機(jī)械故障報(bào)警、故障報(bào)警和瓦斯?jié)舛葦嚯姷裙δ芴攸c(diǎn)。1.3國內(nèi)外發(fā)展情況國內(nèi)外礦井通風(fēng)機(jī)發(fā)展歷史悠久，早在1902年愛爾蘭就研制成功了世界上第一臺(tái)多葉片礦井通風(fēng)機(jī)，且將當(dāng)時(shí)最初一臺(tái)多葉片礦用通風(fēng)機(jī)用在英國Pelton煤礦，這臺(tái)通風(fēng)機(jī)的安裝使井下通風(fēng)發(fā)生了巨大的變化。從此多葉片風(fēng)機(jī)對(duì)于發(fā)展整個(gè)通風(fēng)技術(shù)做出了重大貢獻(xiàn)。1949年至1950年間，丹麥諾迪斯克公司研制生產(chǎn)了首臺(tái)運(yùn)行中葉片能自動(dòng)調(diào)整的軸流式風(fēng)機(jī)，其后德國的TLT.K.K.等公司也相繼生產(chǎn)了這類風(fēng)機(jī)。由于該風(fēng)機(jī)的優(yōu)越性，到50年代中期首先在歐洲一些國家得到應(yīng)用。美國，前蘇聯(lián)，日本等國也相繼在1970年前后開始推廣使用這種風(fēng)機(jī)。20世界50年代初至70年代末我國礦山使用的礦井軸流主扇幾乎是仿制蘇聯(lián)的BY型和K70型等風(fēng)機(jī)，風(fēng)量范圍7-160m3/S,靜壓范圍400-5900Pa，全國各類礦井共使用約5000臺(tái)左右。不過這類風(fēng)機(jī)在20世紀(jì)的80年代被國家列為淘汰產(chǎn)品，早已不再生產(chǎn)。20世界的70年代開始沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠經(jīng)技術(shù)研發(fā)與實(shí)驗(yàn)，研制成功了62A型單級(jí)主扇。其全壓，風(fēng)量以及各種參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)非?；具m合我國國情的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，在中條山有色金屬公司和邯鄲礦務(wù)局的一些風(fēng)井上使用。因其本機(jī)效率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，相差甚遠(yuǎn)，沒有進(jìn)一步改進(jìn)和完善就停止了生產(chǎn)，在此基礎(chǔ)上在20世界80年代該廠參考原蘇聯(lián)中央流體動(dòng)力研究所提供的通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)略圖和特性曲線又研制了2K60式軸流式通風(fēng)機(jī)。在此期間沈陽風(fēng)機(jī)廠研制了1K58和2K58型礦井軸流風(fēng)機(jī)。第2章系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制方案2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能本控制系統(tǒng)采用通風(fēng)機(jī)組的啟動(dòng)、互鎖和過熱保護(hù)等功能。與常規(guī)繼電器實(shí)施的通風(fēng)系統(tǒng)相比，PLC系統(tǒng)具有故障率低、可靠性高、接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，PLC的控制功能使通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，減輕了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。PLC和變頻器與空氣壓力變送器配合使用，使系統(tǒng)控制的安全性、可靠性大大提高，也使通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的故障率大大降低，不僅節(jié)約了電能，而且還提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。為滿足礦井通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求，系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）本系統(tǒng)采用手動(dòng)／自動(dòng)兩種工作模式，具有狀態(tài)顯示以及故障報(bào)警等功能。（2）模擬量壓力輸入經(jīng)PID運(yùn)算，輸出模擬量控制變頻器。（3）在自動(dòng)方式下，當(dāng)井下壓力低于設(shè)定壓力下限時(shí)，兩組風(fēng)機(jī)將同時(shí)投入工作運(yùn)行，同時(shí)并發(fā)出指示和報(bào)警信號(hào)。（4）模擬量瓦斯輸入，當(dāng)?shù)V井瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定報(bào)警上限時(shí)，發(fā)出指示和報(bào)警。當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定斷電上限時(shí)，PLC將切斷工作面和風(fēng)機(jī)組電源，防止瓦斯爆炸。（5）運(yùn)用溫度傳感器測(cè)定風(fēng)機(jī)組定子溫度或軸承溫度，當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過設(shè)定報(bào)警上線時(shí)，發(fā)出指示和報(bào)警信號(hào)。當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過設(shè)定風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度界線時(shí)，PLC將切斷指示和報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)切斷當(dāng)前運(yùn)行風(fēng)機(jī)組，在自動(dòng)方式下并能自動(dòng)接入另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組運(yùn)行，若在手動(dòng)方式下，工作人員手動(dòng)切換。（6）手動(dòng)方式下，有防止風(fēng)機(jī)組頻繁啟動(dòng)功能。由于定子溫度或軸承溫度過高，若當(dāng)前風(fēng)機(jī)組停止運(yùn)行后，當(dāng)其溫度下降到設(shè)定下限時(shí)該風(fēng)機(jī)組不能連續(xù)二次啟動(dòng)，只有接入另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組進(jìn)行工作，即防止溫度在臨界線狀態(tài)而頻繁啟動(dòng)。手動(dòng)控制手動(dòng)控制溫度狀態(tài)采集瓦斯?jié)舛炔杉疨LC主程序通電初始化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換自動(dòng)控制壓力中斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換PID轉(zhuǎn)換壓力濃度采集結(jié)束圖2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖所示，整個(gè)控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、瓦斯傳感器、壓力傳感器、電機(jī)組、通風(fēng)機(jī)組等組成，該系統(tǒng)主控單元采用PLC，被控元件為變頻運(yùn)行的通風(fēng)電機(jī)，主控參數(shù)為瓦斯?jié)舛?。瓦斯傳感器、溫度傳感器、?shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)和PLC的有效保護(hù)。1#定子溫度傳感器2#軸承溫度傳感器2#定子溫度傳感器1#定子溫度傳感器2#軸承溫度傳感器2#定子溫度傳感器1#軸承溫度傳感器空氣壓力傳感器瓦斯?jié)舛葌鞲衅?#通風(fēng)機(jī)組1#通風(fēng)機(jī)組聲光報(bào)警控制回路S7-200可編程控制器EM231擴(kuò)展模塊開關(guān)信號(hào)EM235擴(kuò)展模塊變頻器圖2.2系統(tǒng)功能塊框架圖第3章系統(tǒng)硬件選擇3.1.1主電路主電路中MA1，MA2為對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)，交流接觸器QA4、QA6分別控制MA1、MA2的工頻運(yùn)行；交流接觸器QA3、QA5分別控制MA1、MA2的變頻運(yùn)行；QA1為主電路電源的隔離開關(guān)；FA為主電路的熔斷器；BB1、BB2為電機(jī)MA1、MA2的熱繼電器。圖3.1系統(tǒng)工作主電路圖3.1.2控制電路的設(shè)計(jì)在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路的控制電路部分，利用PLC進(jìn)行控制，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省大量的繼電器、實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯控制以及進(jìn)行模擬量控制等功能?？刂葡到y(tǒng)采用SiemensS7-200系列CPU226，同時(shí)外部擴(kuò)展EM235和EM231模塊。本控制系統(tǒng)接線圖如下圖9所示。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)手動(dòng)工頻、自動(dòng)變頻和手動(dòng)變頻運(yùn)行的切換，其中手動(dòng)變頻是指使用變頻器控制面板手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行。在風(fēng)機(jī)自動(dòng)變頻運(yùn)行時(shí)，是利用采集到的風(fēng)壓信號(hào)進(jìn)行通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制。其中按鈕SF0控制風(fēng)機(jī)的自動(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕SB1控制風(fēng)機(jī)的手動(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕SF2控制風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行；按鈕SF3控制風(fēng)機(jī)的停止；按鈕SF4為報(bào)警燈鈴的調(diào)試按鈕；SF5為消鈴按鈕；PG1、PG3分別為MA1、MA2變頻運(yùn)行指示燈；PG2、PG4分別為MA1、MA2工頻運(yùn)行的指示燈；PG5為變頻器故障報(bào)警指示燈；PG6為1#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈；PG7為2#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈；PG8為井巷壓力下限指示燈；PG9為1#電機(jī)溫度上限指示燈；PG10為2#機(jī)溫度上限指示燈；PB為報(bào)警電鈴。圖3.1.2控制電路系統(tǒng)的I/O地址分配如下表3.1.2所示：表3.1.2I/O地址分配輸入信號(hào)自動(dòng)變頻按鈕SF0I0.0名稱代碼地址編碼手動(dòng)變頻按鈕SF1I0.1工頻運(yùn)行切換按鈕SF2I0.2停止運(yùn)行按鈕SF3I0.3變頻器1故障輸入1RL1I0.4變頻器2故障輸入2RL1I0.5試燈鈴按鈕SF4I1.0消鈴按鈕SF5I1.1振動(dòng)變送器輸入TFAIW0負(fù)壓傳感器輸入BP1AIW2壓力傳感器輸入BP2AIW41#電機(jī)定子溫度輸入BT1AIW61#電機(jī)軸承溫度輸入BT2AIW82#電機(jī)定子溫度輸入BT3AIW102#電機(jī)軸承溫度輸入BT4AIW12名稱代碼地址編碼輸出信號(hào)1#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行接觸器指示燈QA3，PG1Q0.01#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行接觸器指示燈QA4，PG2Q0.12#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行接觸器指示燈QA5，PG3Q0.22#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行接觸器指示燈QA6，PG4Q0.3變頻器1啟動(dòng)1DIN1Q0.4變頻器1故障復(fù)位1DIN3Q0.5變頻器2啟動(dòng)2DIN1Q0.6續(xù)變頻器2故障故障復(fù)位2DIN3Q0.7變頻器故障信號(hào)燈PG5Q1.01#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈PG6Q1.12#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈PG8Q1.2井巷壓力下限指示燈PG8Q1.31#電機(jī)溫度上限指示燈PG9Q1.42#電機(jī)溫度上限指示燈PG10Q1.5報(bào)警電鈴PBQ1.6風(fēng)壓模擬量輸出AQW03.2.1PLC概述國際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)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，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)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。3.2.2PLC的基本構(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(chǔ)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(cuò)誤;掃描I/O接收的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是PLC存放程序和數(shù)據(jù)的地方，它包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)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(chǔ)器中，用戶不可訪問和修改。用戶程序存儲(chǔ)器主要包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)二個(gè)部分。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǎng)I/O設(shè)備相連接的部件，它的作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換位PLC能夠接收和處理的信號(hào)，將CPU送來的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的強(qiáng)電信號(hào)。(4)電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲(chǔ)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(jì)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。3.2.3PLC的工作原理PLC采用一種不同于一般微型計(jì)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(gè)階段輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期，在整個(gè)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(gè)階段，各個(gè)階段的功能如下：(l)輸入采樣階段：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(gè)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(hào)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(dòng)外部負(fù)載。3.2.4PLC選型及性能指標(biāo)根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、采集數(shù)據(jù)的類型和大小、I/O點(diǎn)數(shù)、以及設(shè)置數(shù)據(jù)需要得內(nèi)存大小，本文中所選用的PLC是西門子公司的產(chǎn)品S7-200系列，CPU的型號(hào)是CPU226[1]。表3.2.4I/O接口分配表輸入輸出風(fēng)機(jī)啟動(dòng)SB1I0.0風(fēng)機(jī)組1輸出KM1Q0.0風(fēng)機(jī)停止SB2I0.1風(fēng)機(jī)組2輸出KM2Q0.1手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換SB3I0.2工頻輸出KM3Q0.2風(fēng)機(jī)組選擇SB4I0.3壓力下限指示燈L1Q0.4變頻工頻轉(zhuǎn)換SB5I0.4風(fēng)機(jī)組1運(yùn)行指示燈L2Q0.5報(bào)警解除按鈕SB6I0.5風(fēng)機(jī)組2運(yùn)行指示燈L3Q0.6風(fēng)機(jī)組1轉(zhuǎn)子測(cè)速器輸入SB7I0.6風(fēng)機(jī)組1溫度上限指示燈L4Q0.7風(fēng)機(jī)組2轉(zhuǎn)子測(cè)速器輸入SB8I0.7風(fēng)機(jī)組2溫度上限指示燈L5Q1.0急停SB9I1.0蜂鳴器1SpeakerQ1.1壓力傳感器輸入AIW0急停指示燈L6Q1.2瓦斯?jié)舛葌鞲衅鰽IW2風(fēng)機(jī)組錯(cuò)選指示燈L7Q1.3風(fēng)機(jī)組1軸溫度傳感器輸入AIW4風(fēng)機(jī)組1機(jī)械故障指示燈L8Q1.4風(fēng)機(jī)組1定溫度傳感器輸入AIW6風(fēng)機(jī)組2機(jī)械故障指示燈L9Q1.5風(fēng)機(jī)組2軸溫度傳感器輸入AIW8手動(dòng)自動(dòng)指示燈L10Q1.6風(fēng)機(jī)組2定溫度傳感器輸入AIW10瓦斯上限指示燈L11Q1.7壓力模擬量輸出QW0CPU226集成了24點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248點(diǎn)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O。CPU226有13KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。CPU226配有2個(gè)RS-485通信編程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式通信能力，用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。其性能指標(biāo)如表。所以在規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備，但由于其設(shè)計(jì)上有不少獨(dú)到之處，其產(chǎn)品特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：（1）豐富指令系統(tǒng)在FP0系列PLC中，即使是小型機(jī)，也具有近200條指令。除能實(shí)現(xiàn)一般邏輯控制外，還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，甚至可以直接控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制。此外，F(xiàn)P0可以單臺(tái)使用，也可以多模塊組合，最多可增加3個(gè)擴(kuò)展模塊，I/O口從最小10點(diǎn)可擴(kuò)大到128點(diǎn)。（2）快速的CPU處理速度FP0系列PLC各種機(jī)型的CPU速度均優(yōu)于同類產(chǎn)品，小型機(jī)尤為突出，超小型FP0的幾ms/千步，對(duì)于大型機(jī)，處理速度會(huì)更快。FP0的運(yùn)行速度在同類產(chǎn)品中是最快的，每個(gè)基本指令執(zhí)行速度為0.9μs。500步的程序只需0.5ms的掃描時(shí)間。還可讀限制50μs的窄脈沖，即FP0有脈沖捕捉功能。（3）大程序容量FP0系列機(jī)的用戶程序容量也較同類機(jī)型大，其小型機(jī)一般都可達(dá)3千步左右，最高可達(dá)到5千步。FP0具有大容量的數(shù)據(jù)寄存器，可用于復(fù)雜控制及大數(shù)據(jù)量處理。（4）功能強(qiáng)大的編程工具FP0系列無論采用的是手持編程器還是編程工具軟件，其編程及監(jiān)控功能都很強(qiáng)。其FP0-II型手持編程器還有用戶程序轉(zhuǎn)存功能。其編程軟件除已漢化的DOS版NPST-GR外，還推出了Windows版的FPSOFT，最新版的FPWIN-GR也已進(jìn)入市場(chǎng)。這些工具都為用戶的軟件開發(fā)提供了方便的環(huán)境。（5）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能FP0系列機(jī)的各種機(jī)型都提供了通信功能，而且它們所采用的應(yīng)用層通信協(xié)議又具有一致性，這為構(gòu)成多級(jí)PLC網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)PLC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供了方便。松下電工提供了多達(dá)6種的PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，用戶可根據(jù)需要選用。盡管這些網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層各不相同，但都保持了應(yīng)用層的一致性。FP0可經(jīng)RS232口直接連接調(diào)制解調(diào)器。通信時(shí)若選用“調(diào)制解調(diào)器”通信方式，則FP0可使用AT命令自動(dòng)拔號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信[4]。3.2.5PLC內(nèi)部分配CPU226I/O接口及內(nèi)部寄存器分配如表2和表3。表3.2.5內(nèi)部存儲(chǔ)器使用觸摸屏PID參數(shù)設(shè)定置VW10風(fēng)機(jī)組啟動(dòng)位M0.0觸摸屏PID參數(shù)增益VW12瓦斯?jié)舛葓?bào)警位M0.1觸摸屏PID參數(shù)采樣時(shí)間VW14瓦斯?jié)舛葦嚯娢籑0.2觸摸屏PID參數(shù)積分時(shí)間VW16自動(dòng)風(fēng)機(jī)組1啟動(dòng)位M1.0觸摸屏PID參數(shù)微分時(shí)間VW18自動(dòng)風(fēng)機(jī)組2啟動(dòng)位M1.1PID反饋量（PVn）VD100手動(dòng)風(fēng)機(jī)組1啟動(dòng)位M1.2PID給定置（SPn）VD104手動(dòng)風(fēng)機(jī)組2啟動(dòng)位M1.3PID輸出置（Yn）VD108防止風(fēng)機(jī)組1頻繁啟動(dòng)位M1.4PID增益（KC）VD112防止風(fēng)機(jī)組2頻繁啟動(dòng)位M1.5PID采樣時(shí)間（T）VD116壓力下限位M2.0PID積分時(shí)間（TI）VD120風(fēng)機(jī)組1軸溫報(bào)警位M20.0PID微分時(shí)間（TD）VD124風(fēng)機(jī)組1軸溫?cái)嚯娗袚Q位M20.1模擬輸入壓力值存儲(chǔ)VD128風(fēng)機(jī)組1定溫報(bào)警位M20.2壓力下限存儲(chǔ)VD132風(fēng)機(jī)組1定溫?cái)嚯娗袚Q位M20.3風(fēng)機(jī)組1軸承溫度VD180風(fēng)機(jī)組2軸溫報(bào)警位M20.4續(xù)風(fēng)機(jī)組1定子溫度VD184風(fēng)機(jī)組2軸溫?cái)嚯娗袚Q位M20.5風(fēng)機(jī)組2軸承溫度VD188風(fēng)機(jī)組2定溫報(bào)警位M20.6風(fēng)機(jī)組2定子溫度VD192風(fēng)機(jī)組2定溫?cái)嚯娗袚Q位M20.7瓦斯?jié)舛却鎯?chǔ)VD1963.2.7擴(kuò)展模塊的外部連接CPU226接線規(guī)則如下：（1）DC輸入端中1M、I0.0～I(xiàn)1.4為第1組，2M、I1.5～I(xiàn)2.7為第2組組成，1M、2M分別為各級(jí)公共端。DC24V的負(fù)極接公共端1N或2M。輸入開關(guān)的一端接天DC24V的正極，輸入開關(guān)的另一端連接到CPU226各個(gè)輸入端。DC輸出端中1M、1L+、Q0.0～Q0.7為第1組，2M、2L+、Q1.0～Q1.7為第2組組成。1L+、2L+分別為公共端。第1組DC24V的負(fù)極接1M端，正極接1L+端。輸出負(fù)載的一端接到1M端，輸出負(fù)載的另一端接到CPU226各輸出端。第2組的接線與第1組相似。2LQ0.62LQ0.6L3Q0.4L1L2Q0.7L4Q1.0L53LQ1.6L10Q1.7L11Q1.2L6Q1.3L7Q1.4L8Q1.5L9Q1.1SpeakerEM231模數(shù)轉(zhuǎn)換溫度傳感器1溫度傳感器2溫度傳感器3溫度傳感器4KM1Q0.0KM2Q0.11LKM3Q0.21MI0.0SB1I0.1SB2I0.2SB3I0.3SB5I0.5SB7I0.6SB8I0.7SB9I1.0SB10I0.4SB6EM235模擬量輸入輸出模塊瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱾鞲衅?壓力傳感器QW0+QW0-AIN1+AIN-M3～～220VQ34MM440KM3S7-PLC圖3.2.7PLC輸入/輸出和變頻器接線圖（2）DC輸入繼電器輸出端與CPU226的DC輸入DC輸出的相同。繼電器輸出端由3組構(gòu)成，其中N（—）、1L、Q0.0～Q0.3為第1組，N（—）、2L、Q0.4～Q1.0為第2組，N（—）、3L、Q1.1～Q1.7為第3組。各組的公共端為1L、2L和3L。第1組負(fù)載電源的一端N接負(fù)載的N（—）端，電源的另一L（+）接繼電器輸出端的1L端。負(fù)載的另一端分別接到CPU226各繼電器輸出端子。第2組、第3組的接線與第1組相似。3.3傳感器部分概述該控制系統(tǒng)中存在大量的模擬量信號(hào)，這些信號(hào)的輸入都要通過傳感器進(jìn)行模擬量采集，將采集的模擬量信號(hào)送入PLC輸入模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將連續(xù)的變化量（大部分為4－20mA的電流信號(hào)，0－5V或0－10V的電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換離散的數(shù)字量，存儲(chǔ)到PLC內(nèi)存里；輸出是由模擬量輸出模塊將我們要輸出的存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)字離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)或者電流信號(hào)。3.3.1瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞅鞠到y(tǒng)模擬量傳感器選用有KGJ16B型瓦斯傳感器用于檢測(cè)煤礦井下空氣中的瓦斯含量，HM23Y礦井專用型壓力變送器用于檢測(cè)礦井的井巷氣壓，Pt100鉑熱電阻作為測(cè)量溫度用的傳感器用于檢測(cè)風(fēng)機(jī)組軸承和定子溫度。要想正確的使用它們，首先了解各個(gè)傳感器的性能指標(biāo)。KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅饔糜跈z測(cè)礦井下空氣中的瓦斯含量，具有多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制式輸出，聯(lián)檢后能與煤礦安全檢測(cè)系統(tǒng)，風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置及瓦斯斷電儀器配套使用。該傳感器是一種智能型檢測(cè)儀表，具有穩(wěn)定可靠，使用方面等特點(diǎn)。性能指標(biāo)如表3.3.1所示：表3.3.1KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅餍阅苤笜?biāo)防爆型式礦用隔爆兼本質(zhì)安全型工作電壓DC9～24V測(cè)量范圍0～4%CH工作電流DC18V不大于65mA測(cè)量誤差0.001.000.10標(biāo)定流量1.003.000.10%真值3.004.000.30響應(yīng)時(shí)間小于20外形尺寸26612045(mm)遙控范圍距離不大于5m，角度不大于120重量1kg報(bào)警點(diǎn)0.3～4.00%CH可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.0%CH）斷電點(diǎn)0.3～4.00%CH可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.5%CH）復(fù)電點(diǎn)0.3～4.00%CH可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.0%CH）輸出信號(hào)KGJ16B－1型：200～1000Hz頻率，負(fù)載電阻大于1.5KΩ時(shí)，輸出高電平大于3V。紅色發(fā)光二極管

H10為頻率輸出指示，發(fā)光二極管亮?xí)r，有頻率輸出，反之則無輸出KGJ16B－2型：1～5mA恒流，負(fù)載電阻0～500Ω

KGJ16B－3型：RS485接口，通信波特率1200bps報(bào)警方式蜂鳴器斷續(xù)鳴叫，響度大于80dB（18V供電，距離1m）3.3.2溫度傳感器Pt100鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性來測(cè)量溫度的，能夠準(zhǔn)確的測(cè)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(cè)介質(zhì)中存在溫度梯度時(shí)，所測(cè)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。這樣型號(hào)傳感器特點(diǎn)：耐振動(dòng)、可靠性高，同時(shí)具有精確靈敏、穩(wěn)定性好、產(chǎn)品壽命長和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)[4]。性能指標(biāo)表4所示：表3.3.2Pt100鉑電阻溫度傳感器性能指標(biāo)型號(hào)WZPM-201測(cè)溫范圍-60℃～175℃熱響應(yīng)時(shí)間6秒用途軸承測(cè)溫3.3.3壓力傳感器的選擇HM23Y型壓力變送器采用歐洲先進(jìn)的濺射薄膜壓力傳感器作為敏感元件，和電子線路做成一體化結(jié)構(gòu)該型號(hào)壓力變送器為全不銹鋼圓柱型結(jié)構(gòu)，使用方便。特別適用于井田測(cè)井、制藥、紡織等粘稠宜堵、強(qiáng)振動(dòng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。并在國內(nèi)礦井得到很好的應(yīng)用效果。該壓力變送器有高溫、高壓、高精度、高穩(wěn)定性、抗振動(dòng)、沖擊、耐腐蝕全不銹鋼結(jié)構(gòu)、體積小、重量輕直接過程安裝等特點(diǎn)。性能指標(biāo)如表3.3.3所示：表3.3.3HM23Y型壓力變送器性能參數(shù)測(cè)量范圍0～0.5MPa～220MPa過載能力2倍滿量程壓力(其中100Mpa以上過壓為1.1倍)壓力類型表壓或絕壓測(cè)量介質(zhì)與316不銹鋼兼容的氣體或液體供電電源12～36VDC(一般為24V)信號(hào)輸出4～20mA/1～5VDC/0～5VDC/0.5～4.5VDC綜合精度±0.1%FS±0.25%FS±0.5%FS長期穩(wěn)定性±0.1%FS/年使用溫度范圍-40～+150℃補(bǔ)償溫度范圍-40～+120℃溫度性能零點(diǎn)溫度系數(shù)：≤±0.02%FS/℃靈敏度溫度系數(shù)：≤±0.02%FS/℃接液材料膜片:17-4PN

連接件:1Cr18Ni9Ti響應(yīng)時(shí)間≤2毫秒負(fù)載電阻≤(U-10)/0.02Ω絕緣電阻100MΩ；50VDC外殼防護(hù)插頭型（IP65）；電纜型（IP67）安全防爆ExiaⅡ；CT5重量約0.25公斤3.4變頻器部分本系統(tǒng)選用的是西門子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器MicroMaster440功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。變頻器的選用：變頻器的選用應(yīng)滿足以下規(guī)則，變頻器的容量應(yīng)大于負(fù)載所需的輸出；變頻器的容量不低于電機(jī)的容量；變頻器的電流大于電機(jī)的電流。由于本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組2×30kW為例，因此可選用37kW，額定電流75A的變頻器?？紤]到改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的可行性，調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性價(jià)比，我們采用西門子MM440、37kw，額定電流為75A的通用變頻器。該變頻器采用高性能矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力，可以控制電機(jī)從靜止到平滑起動(dòng)期間提供3S，有200％的過載能力。表3.4Pt100鉑熱電阻溫度傳感器性能指標(biāo)型號(hào)WZPM-201測(cè)溫范圍-50℃～180℃分度號(hào)PT100精度等級(jí)A0℃阻值100Ω?0.06Ω熱響應(yīng)時(shí)間6秒絕緣電阻≥200MΩ測(cè)溫端Φ6X18螺紋M8X0.75引線長度引線長度用戶規(guī)格3X0.2mm材料F46導(dǎo)線耐溫200℃用途軸承測(cè)溫傳感器工作電流≤1mA變頻器參數(shù)的設(shè)置：負(fù)載為一大慣性負(fù)載，在停車時(shí)，為防止因慣性而產(chǎn)生的回饋制動(dòng)使泵升電壓過高的現(xiàn)象，加入制動(dòng)電阻，斜坡下降時(shí)間設(shè)定長一些。外接制動(dòng)電阻的阻值和功率可按公式R≥2Ud／1P≥(0.3—0.5)選取。式中：U為變頻器直流側(cè)電壓，d為變頻器的額定電流。本次設(shè)計(jì)采用西門子與37kW電機(jī)配套的制動(dòng)電阻響和對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)整的要求，系統(tǒng)用模擬量輸入作為附加給定，與固定頻率設(shè)定相疊加以滿足不同型號(hào)模具特殊要求。調(diào)速系統(tǒng)電路圖如圖2。制動(dòng)電阻的熱敏開關(guān)4BD22-2EAO，1.5Q，2.2kW[4]。變頻器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置如表3所示。第4章通風(fēng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)采用多段式殼體。已知設(shè)計(jì)參數(shù)Q=25m3/s、全壓達(dá)到H=3000Pa，一般的礦用軸流式風(fēng)機(jī)主要?dú)鈩?dòng)部件有葉輪，外殼，集流器，疏流罩以及出口處的擴(kuò)散器組成軸流通風(fēng)機(jī)。但對(duì)旋通風(fēng)機(jī)兩級(jí)葉輪使用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，并且兩個(gè)葉輪之間互為導(dǎo)葉。將風(fēng)機(jī)葉輪、電動(dòng)機(jī)、集流器、擴(kuò)散器等分別裝各段殼體，殼體與法蘭焊接在一起，然后用螺栓將這些零件緊固在一起。對(duì)旋軸流的條件下，設(shè)計(jì)所需風(fēng)機(jī)風(fēng)壓。4.1.1擴(kuò)散器軸流通風(fēng)機(jī)級(jí)的出口動(dòng)壓在全壓中所占的比例比離心通風(fēng)機(jī)大的多，這是因?yàn)檩S流風(fēng)機(jī)工作時(shí)，通風(fēng)機(jī)級(jí)的出口氣流軸向速度相當(dāng)大，與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)壓約占通風(fēng)機(jī)全壓的30%-50%為了減少軸流風(fēng)機(jī)出口流速，提高靜壓，同時(shí)由于井下的空氣潮濕有毒,所以作為擴(kuò)散器口消聲器的吸聲材料應(yīng)具有防潮，防腐和阻燃性質(zhì)。此外由于通風(fēng)機(jī)的出口處安裝擴(kuò)散器還可以顯著降低通風(fēng)機(jī)的排氣噪音。一般由錐形筒芯和風(fēng)筒組成,裝在風(fēng)機(jī)出口側(cè)。因此對(duì)于對(duì)旋的軸流通風(fēng)機(jī)更要加擴(kuò)散器以減少噪音。（1）擴(kuò)散筒的形式。擴(kuò)散筒的結(jié)構(gòu)形式隨外筒和芯筒（整流體）的型式不同而異，如圖3-4所示。等直徑外筒及錐形或等直徑整流體，比流線型整流體制造更方便。從工藝考慮，流線型外殼加工不方便，增加成本；從工作環(huán)境考慮，采礦掘進(jìn)面工作空間相對(duì)狹小，不適用流線體外殼。再者通風(fēng)機(jī)的后面還要連接管道，流線體連接管道有一定的不方便。（2）擴(kuò)散筒尺寸的確定。擴(kuò)散筒的長度L可以按經(jīng)驗(yàn)公式選擇：，式中，L-擴(kuò)散筒長度，D-擴(kuò)散筒進(jìn)口直徑。由于后導(dǎo)葉出來的氣流，其扭矩很小，故通常認(rèn)為氣流是軸向流入擴(kuò)散筒。為了保證在擴(kuò)散筒中流動(dòng)時(shí)流動(dòng)損失較小，擴(kuò)散筒的擴(kuò)壓不能太大。4.1.2集流器與流線罩集流器與流線罩一起，組成了光滑的漸縮形流道。其作用是使氣流在其中得到加速，以便在損失很小的條件下，能在軸流通風(fēng)機(jī)級(jí)的入口前面建立起均勻的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)。通風(fēng)機(jī)級(jí)的入口條件對(duì)于通風(fēng)機(jī)的工作有很大的影響，如果在設(shè)計(jì)中缺少其中任何一個(gè)部件，以及設(shè)計(jì)不甚合理，都會(huì)惡化級(jí)的入口條件，使得通風(fēng)機(jī)性能變壞。集流器對(duì)于軸流通風(fēng)機(jī)的性能有很大的影響，實(shí)驗(yàn)表明沒有集流器的軸流通風(fēng)機(jī)比具有集流器的通風(fēng)機(jī)的全壓及全壓效率分別低10%-12%及10%-15%。有急流氣的通風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)也要增加一些[4]。集流器是強(qiáng)力風(fēng)機(jī)上的一個(gè)關(guān)鍵部件，它是用2mm厚的A3鋼板，通過剪板、焊接、翻邊制成。由于其直徑較大，板厚較薄，在翻邊時(shí)容易起皺和出現(xiàn)裂紋，這是不允許的。以前生產(chǎn)廠家做了一付工裝，焊成喇叭口，將圓弧部分在工裝上用手工一點(diǎn)一點(diǎn)敲成的。作用是使氣流順利地進(jìn)入風(fēng)機(jī)的環(huán)行入口信道，并在葉輪入口處,形成均勻的速度場(chǎng)。目前，礦用通風(fēng)機(jī)集流器型線為圓弧形，疏流罩的型面為球面或橢球。這里為了提高通風(fēng)量和通風(fēng)效率采用橢圓形的流線罩,集流器為圓弧形。4.1.3葉輪葉輪是風(fēng)機(jī)的主要部件，決定著風(fēng)機(jī)性能的主要因素是風(fēng)機(jī)翼型，葉輪外徑，外徑對(duì)輪轂直徑的比值和葉輪轉(zhuǎn)速。適用于礦用風(fēng)機(jī)的翼型有對(duì)稱翼型，CLARK-Y翼型，LS翼型和RAF-6E等。葉輪外徑和風(fēng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速?zèng)Q定圓周速度，直接影響到風(fēng)機(jī)全壓。輪轂比與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。一般說來,輪轂比大時(shí),軸向速度Ca增大，葉片數(shù)目z和葉片相對(duì)寬度b/l(b為弦長，l為葉展)也相應(yīng)增大,風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓系數(shù)提高；反之。輪轂比小,多數(shù)取0.6，風(fēng)壓系數(shù)也較低。葉輪葉片安裝角直接影響旋繞速度的增量，影響風(fēng)機(jī)全壓。通常，可在10～45°范圍內(nèi)調(diào)整[4]。這里的選用LS翼型與輪轂直接直接用鋁合金鑄造而成，之后再進(jìn)行修整由于葉輪是通風(fēng)機(jī)一個(gè)重要的部件因此要對(duì)其的加工要有嚴(yán)格的要求。對(duì)于一臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)而言，葉輪是其核心的部件，也是最難加工的部件，在鑄造葉輪的時(shí)候?yàn)榱思訌?qiáng)葉輪的強(qiáng)度，因此在葉輪的中心加一個(gè)已經(jīng)用車床車好一個(gè)心，這樣即加強(qiáng)了葉輪的強(qiáng)度，同時(shí)也提高加工的精度，加少了鑄造工藝的難度。這樣減輕了鑄造后的加工量特提高了加工的精度。在材料方面由于近年來鎂合金的價(jià)格不斷地下降因此和鋁合金的價(jià)格相差不多，但性能卻遠(yuǎn)優(yōu)于鋁合金。其特點(diǎn)是：密度小（1.8g/cm3左右），比強(qiáng)度高，彈性模量大，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好。質(zhì)量輕、剛性好、具有一定的耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性、抗沖擊、耐磨、衰減性能好及易于回收；另外還有高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、無磁性、屏蔽性好和無毒的特點(diǎn)。因此這里選用鎂合5A06金進(jìn)行鑄造。4.1.4外殼對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的噪音問題也比其它的軸流通風(fēng)機(jī)的噪音大，因此要在通風(fēng)機(jī)的殼體上加裝消音裝置，以減少通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音對(duì)人身體產(chǎn)生的危害。為了減少體積選擇把消音材料放在外殼體與內(nèi)殼體之間，這樣能具有良好的消音效果還能不會(huì)影響通風(fēng)機(jī)的體積。同時(shí)由于我要設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)要應(yīng)用于井下，由于井下的掘進(jìn)面是一個(gè)粉塵很大的空間，通風(fēng)機(jī)的消音材料要求一個(gè)小粉塵的工作環(huán)境，以發(fā)揮其良好的靜音效果。風(fēng)機(jī)外殼呈圓筒形,重要的是葉輪外緣與外殼內(nèi)表面的徑向間隙應(yīng)盡可能地減小。這樣也會(huì)降低風(fēng)機(jī)的噪音。4.1.5確定通風(fēng)機(jī)各級(jí)風(fēng)壓比風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓比是決定各級(jí)葉輪和導(dǎo)葉的主要參數(shù)之一。通常，前后兩級(jí)葉輪分別用等功率、等轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因而他們的轉(zhuǎn)速比n1/n2=1.對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的全壓為兩個(gè)葉輪全壓之和，從合理分配前后兩級(jí)葉輪的壓力負(fù)載角度看，兩個(gè)葉輪最佳的理論全壓各位通風(fēng)機(jī)理論全壓的一半，這樣設(shè)計(jì)不僅能夠保證通過兩級(jí)葉輪氣流比較平穩(wěn)，滿足對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)氣流的連續(xù)性條件，有利于提高風(fēng)機(jī)的全壓效率，因此兩個(gè)葉輪的全壓各為通風(fēng)機(jī)全壓的一半。4.2第一級(jí)葉輪的設(shè)計(jì)4.2.1確定葉輪轂比及輪轂直徑在軸流通風(fēng)機(jī)中，葉輪輪轂直徑通常用它的相對(duì)值來表示，稱為通風(fēng)機(jī)的輪轂比。當(dāng)通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)為341時(shí)，可選用=0.6。按表4-1當(dāng)=0.3時(shí)=0.5-0.6.取=0.6是合適的。表4-1不同全壓系數(shù)時(shí)所推薦采用的輪轂比0.20.2-0.4>0.40.35-0.450.5-0.60.6-0.7由此得到葉輪輪轂直徑=0.60.6=0.36m（4-1）為判斷葉輪葉片和后導(dǎo)流器根部是否會(huì)發(fā)生氣流分離，應(yīng)該驗(yàn)算是否所取的輪轂比：求得通風(fēng)機(jī)的軸向速度m/s（4-2）則得到通風(fēng)機(jī)的無因次軸向速度（4-3）由表3-1的計(jì)算結(jié)果得到通風(fēng)機(jī)的全壓效率=0.85，則通風(fēng)機(jī)的理論全壓系數(shù)為：（4-4）最佳計(jì)算參數(shù)，查得。[4]可計(jì)算出第一級(jí)風(fēng)機(jī)葉輪的計(jì)算函數(shù)為（4-5）可以計(jì)算葉輪的最小允許輪轂比為（4-6）由于所決定的輪轂比,所以滿足葉輪的最小允許輪轂比。對(duì)于導(dǎo)流器，可計(jì)算函數(shù)為：（4-7）可以得到導(dǎo)流器的最小允許輪轂比為：（4-8）由于所決定的輪轂比=0.6＞，所以在后導(dǎo)流器葉片根部也不會(huì)產(chǎn)生氣流分離4.2.2確定計(jì)算截面將整個(gè)葉片分成5個(gè)計(jì)算截面，其中相對(duì)半徑為（4-9）其它計(jì)算截面半徑可按（4-10）式中——第個(gè)計(jì)算半徑；——從輪轂截面算起的計(jì)算截面序號(hào)，=1，2，……N；N——計(jì)算截面數(shù)，常取5-7個(gè)。各計(jì)算截面葉片環(huán)氣流參數(shù)和空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)計(jì)算，各計(jì)算截面的空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)均未超過1.0，所以按孤立。翼型法設(shè)計(jì)是合適的。4.2.3葉片幾何尺寸的計(jì)算計(jì)算結(jié)果列于表4-2中。選用LS翼型，該翼型的性能曲線可見是光滑的，翼型的斷面坐標(biāo)值列于表4-4。根據(jù)前述對(duì)翼型相對(duì)厚度的選取原則，在葉根及葉頂截面分別為0.1和0.8，中間各截面的可按直線規(guī)律變化，通過差值計(jì)算得出。葉根及葉頂?shù)娜~片總寬度由計(jì)算得到而中間各截面的可按直線規(guī)律變化，通過差值計(jì)算得出。對(duì)于葉片數(shù)目的選擇計(jì)算，由表4-3，當(dāng)時(shí)，Z=6-12。又由式（4-11）當(dāng)=0.5-0.7時(shí)，=0.9-1.5[4]所以取Z=8。表4.2.3葉輪氣流參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算表項(xiàng)目及公式單位計(jì)算截面?zhèn)渥?2345m0.1800.2160.2470.2750.3m；0.60.720.820.921m為葉輪半徑m/s55.9567.1476.7885.4893.26r/minm/s26.2821.9019.1517.2015.76等環(huán)量設(shè)計(jì)時(shí)沿葉高為常數(shù)m138.26138.26138.26138.26138.26等環(huán)量設(shè)計(jì)時(shí)沿葉高為常數(shù)m/s144.74149.24153.73158.17162.50C1u=0(°)72.8067.8864.0760.9458.300.360.300.250.220.20續(xù)項(xiàng)目及公式單位計(jì)算截面?zhèn)渥?23451.025———0.870.35———0.230.660.600.540.480.43中間各界面差值計(jì)算m0.350.320.290.250.231.030.940.910.890.87(°)6.536.215.925.685.46(°)79.3374.0969.9966.6263.76mm82.57567.56053.8mm8.37.56.86.05.4表4.2.4葉片數(shù)目與輪轂比之間的關(guān)系0.30.40.50.60.7Z2-64-86-128-1610-20葉輪強(qiáng)度計(jì)算軸流通風(fēng)機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片受離心力和氣流流動(dòng)引起的壓力，前者引起拉伸，后者導(dǎo)致彎曲。葉片根部的離心力最大，一般來說，葉片根部的拉伸應(yīng)力也最大。式中—葉片根部的離心拉應(yīng)力，單位為N/m3—葉片根部所受離心力，單位為N—葉片根部最小截面積，單位為m2由于本設(shè)計(jì)的葉片均為變截面葉片，所以要按照變截面的離心力算法計(jì)算離心力。將葉片近似看成葉片截面弦長和相對(duì)厚度從葉根到葉頂線性變化（葉根大、葉頂?。?，葉片弦長、相對(duì)厚度可以表示為：式中—半徑處的截面弦長，單位為m；—葉根截面弦長，單位為m；—弦長沿徑向變化的系數(shù)；—葉片任意截面所在半徑，單位為m—葉根半徑，單位為m；—半徑處的截面的相對(duì)厚度；—葉根截面相對(duì)厚度；—相對(duì)厚度沿徑向變化的系數(shù)；—葉輪半徑處葉片截面離葉根的距離，單位為m那么，如果葉片截面輪廓線是按弦長b及厚度c線性變化的，葉根截面面積為則葉輪半徑r處的葉片截面積為（1+k1x）2（1+k2x）(4-12)整個(gè)葉片的體積V（單位為m3）按下式計(jì)算(4-13)葉片質(zhì)心與葉輪旋轉(zhuǎn)中心距離（單位為m）=(4-14)計(jì)算葉片所受的離心力（4-15)式中—葉片長度，單位為m。利用上式可以比較精確的求出葉根的離心力。由于葉片是邊截面的，應(yīng)根據(jù)文獻(xiàn)[4]的變截面葉片的葉根離心力的計(jì)算公式計(jì)算離心力。如前所述，可以知道的已知條件為：B=0.102m，m,m,m,m?？梢缘玫?6.0105N通過CAD軟件計(jì)算葉根截面面積。60MPa式中為5A06的拉伸極限強(qiáng)度。所以葉輪選擇5A06可以滿足條件。4.2.4鍵的校核選用鍵18×50(GB/T1095-1979)，其機(jī)構(gòu)如圖3-5所示鍵的尺寸為b=18mm,h=7mm,a=60mm，l=50mm。1.計(jì)算鍵的剪切力：式中—鍵所傳遞的扭矩，N/m2；—軸徑，m；—鍵的寬度,m；—剪切應(yīng)力,N；圖4.2.4.1鍵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖—鍵的許用剪切應(yīng)力，一般鍵為45號(hào)鋼，可取?？芍I是安全的。2.計(jì)算鍵的擠壓應(yīng)力：N/m2—許用擠壓應(yīng)力，一般應(yīng)按輪轂材料進(jìn)行校核，因?yàn)檩嗇灢牧系脑S用擠壓應(yīng)力較鍵的要求，45號(hào)鋼的許用擠壓應(yīng)力可取鍵的選用符合設(shè)計(jì)要求。電動(dòng)機(jī)的軸是經(jīng)過校核的，所以不用再慮，所以電動(dòng)機(jī)軸上的鍵也是安全的4.3第二級(jí)葉輪的設(shè)計(jì)4.3.1確定葉輪轂比及輪轂直徑在對(duì)旋通風(fēng)機(jī)中前后兩級(jí)葉輪由于在同一個(gè)風(fēng)筒能工作因此葉輪的輪轂比保持一致=0.6，軸向速度相等。但前后兩級(jí)葉輪所處的環(huán)境不相同因此還要進(jìn)行下面的計(jì)算。為判斷葉輪葉片和后導(dǎo)流器根部是否會(huì)發(fā)生氣流分離，應(yīng)該驗(yàn)算是否所取的輪轂比：則得到通風(fēng)機(jī)的無因次軸向速度由式3-3為最佳計(jì)算參數(shù)，查得取n1=-0.6。[4]可計(jì)算出第二級(jí)風(fēng)機(jī)葉輪的計(jì)算函數(shù)為可以計(jì)算葉輪的最小允許輪轂比由式4-6為由于所決定的輪轂比,所以在葉輪葉片根部不會(huì)產(chǎn)生氣流分離。對(duì)于導(dǎo)流器，可計(jì)算函數(shù)為：==可以得到導(dǎo)流器的最小允許輪轂比由式4-8為：由于所決定的輪轂比=0.6＞，所以在后導(dǎo)流器葉片根部也不會(huì)產(chǎn)生氣流分離4.3.2確定計(jì)算截面將整個(gè)葉片分成5個(gè)計(jì)算截面，其中相對(duì)半徑由式4-9為其它計(jì)算截面半徑可按式3-10計(jì)算各計(jì)算截面葉片環(huán)氣流參數(shù)和空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)計(jì)算，各計(jì)算截面的空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)均未超過1.0，所以按孤立翼型法設(shè)計(jì)是合適的。4.3.3葉片幾何尺寸的計(jì)算計(jì)算結(jié)果列于表4-7中。選用LS翼型，該翼型的性能曲線可見是光滑的，翼型的斷面坐標(biāo)值列于表根據(jù)前述對(duì)翼型相對(duì)厚度的選取原則，在葉根及葉頂截面分別為0.1和0.8，中間各截面的可按直線規(guī)律變化，通過差值計(jì)算得出：表4.3.3葉輪氣流參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算表項(xiàng)目及公式單位計(jì)算截面?zhèn)渥?2345m0.1800.2160.2470.2750.3m0.60.720.820.921.0m為葉輪半徑m/s55.9567.1576.7885.4993.26r/minc1um/s-26.28-21.90-19.15-17.20-15.78m/s26.2821.9019.1517.2015.78等環(huán)量設(shè)計(jì)時(shí)沿葉高為常數(shù)m138.26138.26138.26138.26138.26等環(huán)量設(shè)計(jì)時(shí)沿葉高為常數(shù)m/s154.56158.79163.01167.23171.30C1u為常數(shù)(°)63.4560.5458.0155.7553.81續(xù)項(xiàng)目及公式單位計(jì)算截面?zhèn)渥?23450.340.280.230.210.181.025———0.870.330.300.270.240.210.370.410.420.430.45中間各界面的差值計(jì)算m0.3270.3020.2710.2490.2291.0390.9280.8480.8430.786(°)6.506.316.145.905.40(°)69.9566.8563.1561.6558.82mm52.958.660.061.464.3mm5.35.96.06.26.5葉根及葉頂?shù)娜~片總寬度由計(jì)算得到而中間各截面的可按直線規(guī)律變化，通過差值計(jì)算得出。對(duì)于葉片數(shù)目的選擇計(jì)算，由表3-3，當(dāng)=0.6時(shí)，Z=6-12。又由式4-11當(dāng)=0.5-0.7時(shí)，=0.9-1.5[4]所以取Z=7。4.3.4葉片的繪制根據(jù)所選擇的翼型坐標(biāo)，計(jì)算結(jié)果列于表4-3中。表4.3.4弦長b在葉柵額線及葉柵軸向方向的投影B投影單位相對(duì)半徑mm49.7053.9054.5356.0457.10mm18.1423.0427.1029.1633.29根據(jù)計(jì)算所得到的上述數(shù)據(jù)，繪制各計(jì)算截面的翼型，如圖4-2所示。計(jì)算出各計(jì)算截面的翼型向何尺寸，翼型重心位置等，最后結(jié)合各計(jì)算截面上的葉片寬度和葉片安裝角即可繪制各計(jì)算截面的葉片翼型圖。上述計(jì)算結(jié)果實(shí)際上給出了不同半徑上長度為的葉片，將這些葉片依次組合在一起便構(gòu)成了一個(gè)完整的葉片。為了改善葉片的受力情況，可把各計(jì)算截面上的翼型重心都放在同一個(gè)徑向線上，繪制出各截面翼型的投影，并用光滑曲線連接，便可得到葉片的投影圖。根據(jù)表4.3.5的LS翼型斷面坐標(biāo)值。對(duì)旋通風(fēng)機(jī)前后的葉輪選用相同的翼型，相同的材質(zhì)。表4.3.5氣流參數(shù)及葉片幾何尺寸沿相對(duì)半徑的變化項(xiàng)目單位相對(duì)半徑mm23.5426.026.7027.3229.62mm2.22.42.52.62.8mm22.0722.723.324.025.34mm8.1010.2212.0612.9715.34mm27.6330.231.232.0433.12mm10.0412.8215.0416.2017.854.4電機(jī)的選擇1電動(dòng)機(jī)種類及臺(tái)數(shù)的選擇1）電動(dòng)機(jī)種類的選擇通常選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)及其功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊?，?dāng)計(jì)算得到的電動(dòng)機(jī)最大功率Ndmax>400-500kw時(shí),最好選用同步電動(dòng)機(jī)，其功率為Ndmax。優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以利用它來改善礦井變電所母線上的功率因數(shù)，可使礦井能夠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；缺點(diǎn)是初期投資較大。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率位于200kw左右時(shí)，宜選用低壓鼠籠式電動(dòng)機(jī)；在250—400kw之間宜選用高壓鼠籠式電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)?shù)V井風(fēng)壓變化較大時(shí)，可考慮分期選擇電動(dòng)機(jī)，但每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的使用年限一般不少于10年。電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇較多的情況下，則選用異步電動(dòng)機(jī)。選用異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，當(dāng)Ndmin/Ndmax≥0.6時(shí)，可選2臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其功率為Ndmax；當(dāng)Ndmin/Ndmax≤0.6時(shí)，可選2臺(tái)電動(dòng)機(jī)，初期的電動(dòng)機(jī)功率為Nd：Nd=KW后期的電動(dòng)機(jī)功率為Ndmax。電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算1）通風(fēng)機(jī)輸入功率按通風(fēng)容易及困難時(shí)期，分別計(jì)算通風(fēng)機(jī)所需輸入功率、。式中—為通風(fēng)機(jī)靜壓效率；、—分別為礦井通風(fēng)容易時(shí)期和通風(fēng)困難時(shí)期通風(fēng)機(jī)的輸入功率，KW。得出：（2）電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù)及種類當(dāng)時(shí)，可選一臺(tái)風(fēng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率為當(dāng)時(shí)，選兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其功率分別為初期后期式中—電動(dòng)機(jī)容量備用系數(shù)，；—電動(dòng)機(jī)效率，（大型電動(dòng)機(jī)取較高值）；—傳動(dòng)效率，電動(dòng)機(jī)與通風(fēng)機(jī)直聯(lián)時(shí)；皮帶傳動(dòng)時(shí)。因故選兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)取、、初期：后期：電動(dòng)機(jī)功率在400~500Kw以上時(shí)宜選用同步電動(dòng)機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可用來改善電網(wǎng)功率因數(shù)。第5章主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是分四部分實(shí)現(xiàn)的，主要包括手動(dòng)自動(dòng)控制部分、溫度轉(zhuǎn)換控制部分、瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠趾蛪毫ID控制部分。由系統(tǒng)流程圖可以看出本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是由六部分來實(shí)現(xiàn)的，主要包括手動(dòng)/自動(dòng)控制部分、溫度轉(zhuǎn)換控制部分、瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠?、壓力PID控制部分、PLC與變頻器通信和機(jī)械故障處理部分。本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是分四部分實(shí)現(xiàn)的，主要包括手動(dòng)自動(dòng)控制部分、溫度轉(zhuǎn)換控制部分、瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠趾蛪毫ID控制部分。由系統(tǒng)流程圖可以看出本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是由六部分來實(shí)現(xiàn)的，主要包括手動(dòng)/自動(dòng)控制部分、溫度轉(zhuǎn)換控制部分、瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠?、壓力PID控制部分、PLC與變頻器通信和機(jī)械故障處理部分。其中手動(dòng)和自動(dòng)控制部分是在溫度、瓦斯和壓力控制中使用的。所以下面僅對(duì)溫度、瓦斯、壓力和通信控制子程序進(jìn)行分析。本系統(tǒng)控制程序可見附錄。5.1溫度控制部分本設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)組設(shè)有軸承溫度和定子溫度過熱保護(hù)。綜合所選用的風(fēng)機(jī)組自身特性和國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置了風(fēng)機(jī)組軸承溫度和定子溫度報(bào)警溫度和跳閘溫度（本系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)組切換溫度）。軸承溫度保護(hù)設(shè)置85℃為報(bào)警溫度，90℃為跳閘溫度。定子溫度保護(hù)設(shè)置120℃為報(bào)警溫度，125℃為跳閘溫度。表5.1工程值與數(shù)字量對(duì)應(yīng)關(guān)系溫度值（℃）數(shù)字量電壓值（V）12023652.27.3912524347.87.618518782.65.879019478.36.09由于PLC所能識(shí)別的是數(shù)字量信號(hào)，所以要對(duì)傳感器采集的電壓或電流信號(hào)的輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。若輸入電壓范圍為0～10V的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為0～32000或需要的數(shù)字。模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換公式為：(y-AL)/(AH-AL)=(X-0)/(32000-0) （1）y：轉(zhuǎn)換過后的工程值（多少電流）AH：工程值的上限（電流的上限）AL：工程值的下限（電流的下限）X：工程轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值（電流轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值）若數(shù)據(jù)格式為單極性，模擬量信號(hào)的類型為電壓信號(hào)，滿量程為0～10V，那么根據(jù)公式1可得軸承溫度和定子溫度報(bào)警溫度和跳閘溫度所對(duì)應(yīng)的數(shù)量和電壓的關(guān)系如表10所示。模擬量信號(hào)的類型及范圍是通過模擬量模塊右下側(cè)的DIP設(shè)定開關(guān)進(jìn)行輸入和輸出信號(hào)選擇的[6]。續(xù)圖5.1溫度控制程序本系統(tǒng)有自動(dòng)/手動(dòng)兩種控制方式。在自動(dòng)狀態(tài)下，根據(jù)風(fēng)機(jī)選擇按鈕的選擇風(fēng)機(jī)組運(yùn)行工作。在沒有出現(xiàn)異常的情況下，風(fēng)機(jī)組1和風(fēng)機(jī)組2根據(jù)需要所設(shè)定的時(shí)間交替運(yùn)行工作。主程序每次掃描都要調(diào)用溫度子程序。調(diào)用子程序后首先對(duì)程序中反復(fù)用到的累加器AC0清零。若運(yùn)行的是風(fēng)機(jī)組1，那么風(fēng)機(jī)組1運(yùn)行后其定子溫度和軸承就會(huì)上升，溫度傳感器將其連續(xù)變化的溫度轉(zhuǎn)換為0～10V的電壓送入A/D轉(zhuǎn)換模塊EM231，由EM231將連續(xù)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的離散數(shù)字量，并將其存入AIW4和AIW6。為了提高運(yùn)算精度，將AIW4和AIW6存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)進(jìn)行處理，分別存儲(chǔ)到VD180和VD184中。溫度控制子程序圖如圖4所示。自動(dòng)方式下，存儲(chǔ)到VD180和VD184中的數(shù)據(jù)與設(shè)定的報(bào)警溫度上線進(jìn)行比較，當(dāng)軸承溫度VD180或定子溫度VD184的值過高超出設(shè)定置上線時(shí)，M20.0或M20.2閉合，指示燈Q0.7閉合，蜂鳴器Q1.1也閉合，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并有指示燈指示。若溫度繼續(xù)上升，當(dāng)其溫度超過風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度上線時(shí)，M20.1或M20.3閉合，PLC將自動(dòng)將風(fēng)機(jī)組1的電源切斷，并將風(fēng)機(jī)組2接入運(yùn)行。此時(shí)，若風(fēng)機(jī)組選擇按扭仍選風(fēng)機(jī)組1，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報(bào)警，只有工作人員將其按鈕撥到風(fēng)機(jī)組2才能解除報(bào)警和指示。同理，當(dāng)風(fēng)機(jī)組2的軸承溫度或定子溫度超出設(shè)定的報(bào)警溫度或風(fēng)機(jī)切換溫度時(shí)，將出現(xiàn)同上情況。其控制程序如圖5所示。在手動(dòng)方式下，若風(fēng)機(jī)組選擇按扭撥到風(fēng)機(jī)組1，按下啟動(dòng)按鈕后風(fēng)機(jī)組1將投入運(yùn)行。風(fēng)機(jī)組1的軸承溫度和定子溫度經(jīng)溫度傳感器將連續(xù)變化的溫度轉(zhuǎn)換為1～10V的電壓，然后送入EM231模擬量輸入模塊，通過內(nèi)部的采樣，濾波，轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)。當(dāng)風(fēng)機(jī)組1的軸承溫度或定子溫度超出設(shè)定的報(bào)警溫度或風(fēng)機(jī)切換溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)組將報(bào)警并指示。當(dāng)其溫度超過一切風(fēng)機(jī)組的溫度時(shí)，PLC將切斷風(fēng)機(jī)1的控制回路。風(fēng)機(jī)組1停止工作，同時(shí)發(fā)出指示和報(bào)警。此時(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)組1的軸承溫度或定子溫度降低，即便再次低于設(shè)定的報(bào)警溫度或風(fēng)機(jī)切換溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)組1也不能再次啟動(dòng)，只有工作人員將風(fēng)機(jī)組選擇按扭撥向風(fēng)機(jī)組2時(shí)，風(fēng)機(jī)組2投入運(yùn)行工作。同時(shí)并切斷風(fēng)機(jī)組1的指示和報(bào)警。同理，若風(fēng)機(jī)組2的軸承溫度或定子溫度超限時(shí)，處理方式同上。其控制程序見附圖1的網(wǎng)絡(luò)6和網(wǎng)絡(luò)7。5.2瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠滞咚節(jié)舛瓤刂撇糠趾蜏囟瓤刂撇糠窒嗨啤１驹O(shè)計(jì)用到的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛镵GJ16B型。其性能參數(shù)見硬件設(shè)計(jì)部分。其原理分析參見附圖1。瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑦B續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)轉(zhuǎn)換為4～20毫安的電流，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊EM235，通過其內(nèi)部的采樣、濾波，轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)存儲(chǔ)到VD196中。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中若礦井工作面的瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定的報(bào)警瓦斯?jié)舛壬暇€時(shí)，M0.1閉續(xù)圖5.2瓦斯?jié)舛瓤刂瞥绦蚝?，Q1.1也閉合，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報(bào)警。以警示工作人員工作面瓦斯涌出量已有安全隱患，做好排放瓦斯的準(zhǔn)備。若井巷工作面瓦斯?jié)舛壤^續(xù)增大，當(dāng)VD196的存儲(chǔ)值大于設(shè)定的斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時(shí)，M0.2閉合，PLC將發(fā)出切斷電源的指令，將PLC所有輸出和內(nèi)部位復(fù)位，并切斷風(fēng)機(jī)電源各井巷工作面的電源，防止有明火引起與其爆炸。同時(shí)并發(fā)出報(bào)警。抽放瓦斯后，當(dāng)瓦斯?jié)舛萔D196的存儲(chǔ)值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時(shí)，風(fēng)機(jī)組并不能重新運(yùn)行工作。只有當(dāng)瓦斯?jié)舛萔D196的存儲(chǔ)值下降到小于瓦斯?jié)舛葓?bào)警上線時(shí)，PLC才恢復(fù)風(fēng)機(jī)組再次啟動(dòng)并將風(fēng)機(jī)組運(yùn)行工作。PID壓力給定量SP偏差ePID輸出Y過程變量壓力反饋量PV_+PID壓力給定量SP偏差ePID輸出Y過程變量壓力反饋量PV_+變頻調(diào)速系統(tǒng)圖5.3.1PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖壓力是本控制系統(tǒng)的主控參數(shù)，在壓力數(shù)據(jù)處理過程中運(yùn)用到PID算法。所謂的PID就是比例、積分、微分的總稱。PID運(yùn)算中的積分作用可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，提高精度，加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化的能力，而身分作用可以克服慣性滯后，提高抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。因此，對(duì)于速度、位置等快過程擴(kuò)溫度、化工合成等慢過程，PID控制都具有良好的實(shí)際效果。在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，PID控制器的作用就是通過調(diào)節(jié)其輸出使偏差為零。偏差由定量（SP，希望值）與過程變量（PV，實(shí)際值）之差來確定。系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)的微分方程式由比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)組成。本系統(tǒng)的壓力控制是用SMB34定時(shí)設(shè)定的時(shí)間周期進(jìn)行中斷處理的，利用SMB34固定的時(shí)間間隔作為采樣周期，對(duì)模擬量AIW0輸入進(jìn)行采樣，然后通過A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行