井下風(fēng)機(jī)安全分布式監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤礦安全生產(chǎn)日益被重視，保障安全生產(chǎn)成為煤礦的首要任務(wù)。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是保障煤礦安全生產(chǎn)的核心部分，煤礦通風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其工作狀態(tài)直接煤礦的安全生產(chǎn)。因此，監(jiān)控通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，可以有效的保障煤礦安全生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)采用PLC可編程控制器作為監(jiān)控系統(tǒng)的控制設(shè)備，介紹了PLC在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過不同的傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，編制了能夠?qū)崿F(xiàn)不同控制功能的梯形圖，并簡單的介紹了PLC和其他設(shè)備組成的監(jiān)控系統(tǒng)。本監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的安全監(jiān)控，有效的保障了通風(fēng)機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障了煤礦的安全生產(chǎn)，有效的提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：煤礦通風(fēng)機(jī)；安全監(jiān)控；PLCAbstractWiththedevelopmentofourcountryeconomy,thesafetyproductionofcoalmineisattachedmoreandmoreseriously,andthesafeproductionbecomestheprimarytaskofcoalmine.Coalmineventilationsystemisthecorepartofcoalminesafetyproduction,coalmineventilatorasthecoreequipmentoftheventilationsystem,itsworkingstatedirectlycoalminesafetyproduction.Therefore,monitoringtheworkingstatusoftheventilatorcaneffectivelyprotectthecoalminesafetyproduction.ThisdesignadoptsthePLCprogrammablecontrollerasthecontrolequipmentmonitoringsystem,introducestheapplicationofPLCinthemineventilationsystem,bydifferentsensorsforsignalacquisitionandprogramismadetorealizedifferentcontrolfunctionofladderdiagram,andsimplyintroducesthePLCandtheotherlocatedbythemonitoringsystem.Themonitoringsystemrealizedthesafetymonitoringofthefans,effectivelyensuredthesafetyandeconomicoperationoftheventilator,andensuredthesafeproductionofthecoalmine,andeffectivelyimprovedtheeconomicbenefitofthecoalmine.Keywords:coalminefan；safetymonitoring；PLC

目錄TOC\o"1-3"\u1緒論 11.1煤礦安全生產(chǎn)的概述 11.2目前國內(nèi)外煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的狀況 11.3設(shè)計(jì)的目的和意義 21.4本設(shè)計(jì)所做的工作 32礦井通風(fēng)系統(tǒng) 42.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)概述 42.2礦井通風(fēng)機(jī)概述 42.2.1礦井通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方法 52.2.2風(fēng)機(jī)的簡單調(diào)速方法 52.3風(fēng)門 52.4礦井的反風(fēng)方法 62.5通風(fēng)系統(tǒng)故障分析 62.6風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能需求分析 63礦井風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 73.1監(jiān)控系統(tǒng)組成及特點(diǎn) 73.2井下風(fēng)機(jī)監(jiān)控運(yùn)行方式的設(shè)計(jì) 83.3風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測 83.4系統(tǒng)的輸入/輸出統(tǒng)計(jì)配置 103.4.1數(shù)字量/模擬量輸入點(diǎn)和數(shù)字量/模擬量輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)及PLC和模塊選擇 103.5.2標(biāo)志位和定時(shí)器統(tǒng)計(jì) 153.5系統(tǒng)硬件接線圖 173.5.1CPU模塊接線圖 173.5.2數(shù)字量輸入/輸出模塊接線圖 183.5.3模擬量輸入模塊接線圖 203.5.4CPU模塊與數(shù)字量模塊和模擬量模塊連接圖 224井下風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng) 234.1S7-300型PLC編程器STEP7概述 234.2監(jiān)控系統(tǒng)的軟件流程圖 234.2.1風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)流程圖 234.2.2自動(dòng)控制方式流程圖 244.2.3反風(fēng)控制流程圖 254.3井下風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 265結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 46附錄A 48附錄B 601緒論1.1煤礦安全生產(chǎn)的概述我國是個(gè)礦產(chǎn)資源豐富的國家，采礦行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)占有很大的比重。隨著我國改革開放，國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。作為工業(yè)糧食的煤炭行業(yè)，煤炭產(chǎn)量更是經(jīng)過不到十年的時(shí)間，在二十一世紀(jì)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，我國也一躍成為世界第一產(chǎn)煤大國。然而隨著生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，安全與生產(chǎn)的矛盾越來越突出。煤礦作為高危行業(yè)之一，安全生產(chǎn)一直是生產(chǎn)領(lǐng)域中的頭等大事。在1990~2000年的11年間，全國煤礦死亡人數(shù)66196人，平均百萬噸死亡率為5.22。近年來隨著黨中央、國務(wù)院對煤礦的安全生產(chǎn)工作的重視，煤礦安全形勢總體趨于好轉(zhuǎn)。2007年全國煤礦死亡人數(shù)3786人，平均百萬噸死亡率1.485，分別比2006年下降20.2％和27.2％。2008年全國事故總量比2007年實(shí)際下降1.4％，較大事故、重特大事故起數(shù)下降3％，其中煤礦死亡人數(shù)下降2％，2009年我國煤礦百萬噸死亡率降至0.892。但是，由于煤礦井下生產(chǎn)條件比較特殊，除了生產(chǎn)過程復(fù)雜、環(huán)境繁多、條件惡劣和場所移動(dòng)以外，還受到水災(zāi)、井下起火、瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、煤塵、頂板和沖擊地壓等自然災(zāi)害的嚴(yán)重威脅。水災(zāi)、井下起火、瓦斯爆炸是影響礦井安全生產(chǎn)的主要3個(gè)因素，其中瓦斯爆炸是一種瓦斯、煤塵、大火混合型的爆炸災(zāi)害，最為常見且造成的危害也最為嚴(yán)重。瓦斯在掘進(jìn)面、工作面涌出的多少隨地理情況、煤的生成情況的不同而不同,情況非常復(fù)雜,規(guī)律也很難把握,因此難以加以利用。1.2目前國內(nèi)外煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的狀況最近20年以來，各國煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)迅猛發(fā)展，對事故的預(yù)防起了至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)在讓我們先來看一下各國煤礦通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r1)英國的MINOS監(jiān)測系統(tǒng)，是英國最有代表性的先進(jìn)的監(jiān)測系統(tǒng)。它能夠?qū)γ旱V井下環(huán)境進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，包括:低濃度瓦斯、高濃度瓦斯、瓦斯抽放系統(tǒng)的負(fù)壓、風(fēng)速、風(fēng)壓、煙霧及粉塵。2)德國的TF-200瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)TF-200系統(tǒng)，是YF-24系統(tǒng)的更新產(chǎn)品，功能是擴(kuò)大傳輸通道，由開始的24個(gè)增加到52個(gè)。主要傳感器有高濃度瓦斯傳感器、低濃度瓦斯傳感器、CO傳感器、風(fēng)速傳感器等。主要設(shè)備有計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、記錄儀、模擬盤。傳輸系統(tǒng)的傳輸方式是調(diào)頻。3)波蘭的CMM-20m瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，適合于小型煤礦，可配接20個(gè)測點(diǎn)，可以用循環(huán)方式監(jiān)測各測點(diǎn)的參數(shù)，包括瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速等。4)美國的CADA監(jiān)測系統(tǒng)，是一種集中監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)分為標(biāo)準(zhǔn)型和擴(kuò)展性兩種國外在不斷完善煤礦安全跟蹤預(yù)測的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了研究瓦斯突出的動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)和突出危險(xiǎn)區(qū)域的預(yù)測技術(shù)。俄羅斯建立了區(qū)域的預(yù)測預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)，德國研發(fā)了超越現(xiàn)實(shí)的一種高安全性的通訊技術(shù)，可以完全改變煤礦井下工作人員的工作方式，煤礦工作人員通過數(shù)字眼鏡來檢測機(jī)器故障，查看出現(xiàn)故障了的機(jī)器，電腦會(huì)給出很詳細(xì)的有動(dòng)畫演示的維修步驟，煤礦工作員不需要親自去檢查機(jī)器，是完全由電腦來檢查并處理數(shù)據(jù)。在新近研發(fā)的煤礦井下新技術(shù)中特別吸引人注目的是一種井下WLAN無線局域網(wǎng)系統(tǒng)，這種技術(shù)是利用安裝在煤礦工作人員頭盔上的攝像頭，傳送地下煤礦實(shí)時(shí)圖像同時(shí)通過手機(jī)耳麥等移動(dòng)通訊設(shè)備借助微型電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，然后專家可以借助煤礦工作人員頭盔上的攝像頭傳送的實(shí)時(shí)圖片進(jìn)行觀察與診斷，并通過耳麥進(jìn)行指導(dǎo)操作，提高了煤礦工作人員的工作效率，也大大降低了危險(xiǎn)概率。波蘭和法國對煤層突出的危險(xiǎn)進(jìn)行了分級(jí)，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)管理。我國的監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用的比較晚，起初從波蘭法國德國英國和美國等國家引進(jìn)了一批如DAN6400TF200MINOS和Senturion-200通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了一部分煤礦，并且在引進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行消化吸收并結(jié)合我國煤礦的實(shí)際情況，先后研制出了KJ2KJ4KJ8KJ10KJ13KJ19KJ38KJ66KJ75KJ80KJ92等監(jiān)控系統(tǒng)，通過在我國煤礦的大量使用實(shí)踐表明，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦的安全生產(chǎn)和管理起到了至關(guān)重要的作用，各煤礦已把它作為一項(xiàng)重大安全裝備。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展和企業(yè)自身發(fā)展的需要，國內(nèi)很多單位相繼研制出KJ90KJ95KJ101KJF2000KJ4KJ2000和KJG2000等監(jiān)控系統(tǒng)以及MSNMWEBGIS等煤礦安全綜合化和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測監(jiān)控管理系統(tǒng)。1.3設(shè)計(jì)的目的和意義近年來，我國各行各業(yè)有了很大的發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)不斷的提升。但是，我國的煤炭行業(yè)依然存在著安全與生產(chǎn)問題。除了少數(shù)大型煤炭企業(yè)有完善的安全生產(chǎn)保障設(shè)備，很多小型企業(yè)因?yàn)槟芰τ邢?，依然無法保障安全生產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中，經(jīng)常發(fā)生瓦斯爆炸等事故，造成不必要的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。所以，保障安全生產(chǎn)刻不容緩。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的重要部分，通風(fēng)機(jī)是通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)中的核心設(shè)備，其工作狀態(tài)直接影響通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，一旦風(fēng)機(jī)因?yàn)槟撤N故障停止工作，通風(fēng)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，瓦斯就會(huì)在井下積聚，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)造成瓦斯的爆炸等事故，從而導(dǎo)致工作人員的傷亡和煤礦設(shè)備的損壞，給公司造成諸多經(jīng)濟(jì)損失。因此，對煤礦風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控是非常必要的。這樣煤礦的工作人員就能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的掌握風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，從而有效預(yù)防瓦斯爆炸等事故的發(fā)生，保障安全生產(chǎn)，提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，國內(nèi)外高科技監(jiān)控系統(tǒng)的昂貴價(jià)格也是導(dǎo)致小型煤礦望而卻步的根本原因，如果能夠設(shè)計(jì)出價(jià)格低廉、操作簡單、維修方便的風(fēng)機(jī)監(jiān)控軟件，小型煤礦就可以對風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而有效解決安全與生產(chǎn)的矛盾，大大減少瓦斯爆炸等事故的發(fā)生，保障了井下工作人員的生命安全。1.4本設(shè)計(jì)所做的工作實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)機(jī)風(fēng)速、風(fēng)壓、大氣溫度和濕度。風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，包括正常通風(fēng)狀態(tài)、反風(fēng)時(shí)候的通風(fēng)狀態(tài)、風(fēng)機(jī)的啟停等。控制風(fēng)門的開和關(guān)、風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。風(fēng)機(jī)之間有電氣和機(jī)械閉鎖，保證風(fēng)機(jī)的安全?？刂品绞接惺謩?dòng)控制方式和自動(dòng)控制方式。風(fēng)機(jī)發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)，能馬上啟動(dòng)另一臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)兩個(gè)風(fēng)機(jī)都異常時(shí)，可以切斷設(shè)備的供電電源。瓦斯的濃度超過報(bào)警濃度時(shí)候就會(huì)報(bào)警，超過復(fù)電濃度就會(huì)切斷設(shè)備電源。

2礦井通風(fēng)系統(tǒng)2.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)概述通風(fēng)系統(tǒng)是通過各種通風(fēng)設(shè)備，連續(xù)不斷地把地表的新鮮空氣沿著進(jìn)風(fēng)井巷送到井下，供給井下人員呼吸所需要的氧氣，不斷地去稀釋和沖淡有害物質(zhì)，使之達(dá)到無害程度，同時(shí)把井下的污濁空氣排至地面，以保證井下空氣質(zhì)量并將礦塵濃度限制在規(guī)定的安全濃度之下，調(diào)節(jié)井下工作地點(diǎn)的氣候條件，保證井下具有滿足規(guī)定的風(fēng)速、溫度和濕度，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境。從系統(tǒng)組成來看，礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力和通風(fēng)控制設(shè)施三大部分構(gòu)成。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，礦井通風(fēng)系統(tǒng)可以分為進(jìn)風(fēng)部分、回風(fēng)部分和用風(fēng)部分。按進(jìn)風(fēng)井出風(fēng)井的布置方式分為中央式通風(fēng)、對角式通風(fēng)、混合式通風(fēng)。圖2.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)立體示意圖Fig.2.1stereoscopicsketchofmineventilationsystem2.2礦井通風(fēng)機(jī)概述礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要由通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、風(fēng)井等三大部分組成，其中通風(fēng)機(jī)是通風(fēng)系統(tǒng)的核心部件，是風(fēng)機(jī)安全監(jiān)測系統(tǒng)的首要監(jiān)測對象。目前，通風(fēng)機(jī)主要根據(jù)風(fēng)流在葉輪內(nèi)部的流動(dòng)方向，分為離心式風(fēng)機(jī)和軸流式風(fēng)機(jī)，風(fēng)流沿徑向流動(dòng)的是離心式風(fēng)機(jī)，沿軸向流動(dòng)的是軸流式風(fēng)機(jī)。通風(fēng)在煤礦安全生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，煤礦的安全生產(chǎn)必須保證24小時(shí)不間斷通風(fēng)，所以在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通風(fēng)機(jī)作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的核心部件一般都重復(fù)配置兩臺(tái)一樣的通風(fēng)機(jī)組，一臺(tái)為主通風(fēng)機(jī)組，一臺(tái)為備用機(jī)組，以確保通風(fēng)的不間斷性。本設(shè)計(jì)中的風(fēng)機(jī)選擇由南陽防暴集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的2臺(tái)BDK隔爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)作為監(jiān)測對象。對旋軸流式風(fēng)機(jī)相比于普通軸流式風(fēng)機(jī)，有2個(gè)電動(dòng)機(jī)，電機(jī)與葉輪直接相連，輸出風(fēng)壓更大，效率更高，反風(fēng)能力強(qiáng)。2.2.1礦井通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方法按風(fēng)機(jī)工作方式來看，礦井通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方法可以分為壓入式、抽出式、壓抽混合式三種類型。目前，我國生產(chǎn)的通風(fēng)機(jī)防爆、防靜電和防摩擦火花性能都相對較差,采用抽出式和混合式通風(fēng)工作方式，流過風(fēng)機(jī)的是來自工作面含有瓦斯的污濁風(fēng)流,非常容易引發(fā)爆炸事故,所以我國大部分煤巷的通風(fēng)方式是采用壓入式。2.2.2風(fēng)機(jī)的簡單調(diào)速方法對旋軸流式風(fēng)機(jī)是由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪與電機(jī)直接相連，一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)葉輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)葉輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從第一個(gè)葉輪出來的風(fēng)經(jīng)過第二個(gè)葉輪會(huì)加速。通過控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)個(gè)數(shù)可以簡單實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的控制。2.3風(fēng)門當(dāng)人員和車輛可以通行，風(fēng)流不能通過巷道時(shí)，巷道中最少要建立兩座風(fēng)門，且間距要大于一列車的長度，行人風(fēng)門間距不小于5m。風(fēng)道的通斷完全通過來風(fēng)門的開合來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)方案中兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)各有一個(gè)通道，每個(gè)通道有三個(gè)風(fēng)門，一個(gè)立式風(fēng)門，一個(gè)地面風(fēng)門，一個(gè)斜風(fēng)門，其中立風(fēng)門和斜風(fēng)門是通常系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的冗余考慮，地面風(fēng)門是倒換風(fēng)機(jī)和調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)所用。它們都是電動(dòng)風(fēng)門，其中立式風(fēng)門各由一臺(tái)低壓三相交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，采用左右水平推拉式，無轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，通過左右限位開關(guān)來檢測風(fēng)門的位置，斜風(fēng)門由交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，通過上下限位開關(guān)檢測風(fēng)門的位置，限位開關(guān)的常開、常閉觸點(diǎn)向PLC發(fā)出信號(hào)并且切斷電機(jī)供電回路。其布局如圖所示：圖2.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖Fig.2.2schematicdiagramofmineventilationsystem2.4礦井的反風(fēng)方法反風(fēng)是指與正常通風(fēng)時(shí)候各大通風(fēng)巷道、風(fēng)井的風(fēng)流流向相反的風(fēng)流。當(dāng)井下發(fā)生瓦斯爆炸等火災(zāi)事故的時(shí)候，可以通過采取反風(fēng)的方式，迅速的改變井下各大通風(fēng)巷道的風(fēng)流方向，從而避免火勢的擴(kuò)大，為搶救工作人員爭取寶貴的時(shí)間。并且，反風(fēng)必須要求迅速，只有最快的時(shí)間改變風(fēng)流的方向，才能最快的撤出危險(xiǎn)地帶，最坑的搶救井下遇難人員。通風(fēng)系統(tǒng)的反風(fēng)方法通常有兩大方式:一種是通過在井下建立專門的反風(fēng)通道反風(fēng)，另一種是通過控制風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)風(fēng)流的反向。反風(fēng)通道反風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)機(jī)不需要停不需要反轉(zhuǎn)，風(fēng)量大，缺點(diǎn)是需要建立專門的反風(fēng)通道，并且配置風(fēng)門和風(fēng)門絞車。后者的優(yōu)點(diǎn)是直接通過風(fēng)機(jī)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)反風(fēng)，只不過這種方法僅適用于對旋軸流式通風(fēng)機(jī)。本設(shè)計(jì)由風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)。2.5通風(fēng)系統(tǒng)故障分析通風(fēng)系統(tǒng)主要由高壓供電系統(tǒng)、低壓供電系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成。其中，高壓供電系統(tǒng)有高壓開關(guān)、變壓器、高壓電纜等設(shè)備。低壓供電系統(tǒng)有低壓開關(guān)、低壓電纜及檢漏裝置等設(shè)備。機(jī)械系統(tǒng)有通風(fēng)機(jī)等設(shè)備。因此通風(fēng)系統(tǒng)的故障基本就是由組成這三部分當(dāng)中的單元產(chǎn)生。比如:風(fēng)機(jī)電機(jī)一相斷電、風(fēng)機(jī)的電纜短路、變壓器接觸不良等電氣故障,風(fēng)機(jī)的軸承溫度過高、葉輪振動(dòng)過大等機(jī)械故障。2.6風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能需求分析風(fēng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)故障時(shí)候主備風(fēng)機(jī)切換及風(fēng)電閉鎖檢測風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)主風(fēng)機(jī)發(fā)生故障的時(shí)候，備用風(fēng)機(jī)能夠自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)備用風(fēng)機(jī)也發(fā)生故障的時(shí)候能夠切斷設(shè)備電源。瓦斯?jié)舛葯z測當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)能夠報(bào)警當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到復(fù)電濃度能夠切斷設(shè)備電源。瓦斯電閉鎖，即當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸弈軌驁?bào)警，當(dāng)濃度達(dá)到復(fù)電濃度能夠切斷設(shè)備電源。風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)故障檢測能夠通過電氣采集模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)候電機(jī)等設(shè)備的電流、電壓等信息。

3礦井風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1監(jiān)控系統(tǒng)組成及特點(diǎn)本監(jiān)控系統(tǒng)由PLC作為核心，主要是以信號(hào)測取裝置和傳感器、通訊裝置等設(shè)備組成。其監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖3.1所示圖3.1風(fēng)機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖Fig.3.1schematicdiagramofthesafetymonitoringandcontrollingsystemofthefan監(jiān)控系統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)由兩套設(shè)備組成，其中一套為備用設(shè)備，當(dāng)主設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，備用設(shè)備可以頂替主設(shè)備馬上進(jìn)行通風(fēng)工作。本監(jiān)控系統(tǒng)由控制、通訊、傳動(dòng)和檢測四大部分構(gòu)成?？刂撇糠郑汗た豍LC是控制部分的最為重要的部分，通過它可以完成系統(tǒng)設(shè)備的邏輯控制、輸入或者輸出的邏輯閉鎖保護(hù)，數(shù)據(jù)的格式化處理以及通風(fēng)機(jī)運(yùn)行主要參數(shù)的實(shí)時(shí)采集等方面。通信部分：通過PROFIBUS電纜將PLC多點(diǎn)接口和上位機(jī)的9針D型接口的連接，來實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)的通信。傳動(dòng)部分：通過四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)。檢測部分：通過傳感器、變送器、模擬量儀表、數(shù)字量等設(shè)備，將信息輸送到PLC的輸入/輸出模塊進(jìn)行處理。風(fēng)機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的主要特點(diǎn):1）應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，高智能化，功能強(qiáng)大。2）應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，各部分之間獨(dú)立化程度高，備用通道多，易于擴(kuò)展。3）擁有多種抗干擾措施，抗干擾能力強(qiáng)。4）監(jiān)測精度高。5）操作簡單易上手，維修方便。3.2井下風(fēng)機(jī)監(jiān)控運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)1）手動(dòng)控制：煤礦工作人員通過現(xiàn)場觸摸屏進(jìn)行操作，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的監(jiān)測與控制。2）自動(dòng)控制：當(dāng)無人操作時(shí)，主風(fēng)機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障，備用風(fēng)機(jī)能夠自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)煤礦的連續(xù)安全生產(chǎn)。3.3風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測1）溫度信號(hào)的檢測風(fēng)機(jī)電機(jī)的定子繞組溫度和軸承溫度是通過PT100溫度傳感器安裝在風(fēng)機(jī)內(nèi)部測量電阻與溫度采集模塊連接得到的,環(huán)境溫度是通過由北京中高偉業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的WZP防爆一體化溫度變送器得到的。工作環(huán)境：-50~200℃；濕度<90RH%；儀表精度：0.2-0.5級(jí)供電電源：AC100-250V整機(jī)功耗：4VA輸入信號(hào)：pt100鉑電阻輸出信號(hào)：4~20mA通信輸出:RS485，通過此串口與S7-300的通訊模塊連接。2）風(fēng)機(jī)啟/停信號(hào)檢測：SG4KGT9型開停傳感器是通過測定電機(jī)的磁場來間接測定設(shè)備的啟停狀態(tài)，并把啟停信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸送至PLC，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測煤礦井下各種交流驅(qū)動(dòng)機(jī)電設(shè)備的啟/停工作狀態(tài)。防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，標(biāo)志為“ExibI"輸入電源：工作電壓：本安DC8～24V工作電流：≤10mA輸出信號(hào)：4～20mA3）風(fēng)量的檢測用的是由北京中高偉業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的LUGB防暴渦街流量計(jì)。4）振動(dòng)參數(shù)的檢測振動(dòng)參數(shù)的檢測是通過由湯姆斯自動(dòng)化科技有限公司生產(chǎn)的TMS-HZD-B一體化振動(dòng)變送器來實(shí)現(xiàn)。TMS-HZD-B一體化振動(dòng)變送器是傳統(tǒng)的振動(dòng)傳感器、精密測量電路的相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)高精度振動(dòng)檢測，并且可以同PLC系統(tǒng)直接連接使用。一體化振動(dòng)變送器主要安裝在機(jī)械設(shè)備的軸承蓋上，可以測量振動(dòng)幅度或者振動(dòng)速度。它是通過運(yùn)動(dòng)線圈切割磁力線而產(chǎn)生電信號(hào)的變送器，且安裝簡單，維修方便。信號(hào)輸出：標(biāo)準(zhǔn)電流4～20mA輸出阻抗：≤600Ω電源：DC24V安裝方式：垂直或水平安裝于被測振動(dòng)源上，使用環(huán)境：溫度-40℃～100℃、相對濕度≤90%5）壓力檢測壓力檢測不需要檢測動(dòng)壓，主要是通過電容式差壓變送器檢測風(fēng)道中的靜壓和全壓。壓力檢測方法采用鉆孔取壓。測量點(diǎn)通常選擇在風(fēng)機(jī)的入口處，通過南京宏沐科技有限公司生產(chǎn)的HM69防爆壓力變送器將測量得到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)輸出：標(biāo)準(zhǔn)電流4～20mA工作環(huán)境：-20~85℃工作壓力：4MPa測量范圍：-100KPa~0~200Pa...5KPa...200MPa。6）電氣參數(shù)的采集電氣參數(shù)主要包括電機(jī)和電網(wǎng)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)。其中電機(jī)的電流、電壓包括空載和負(fù)載的電流、電壓，以及勵(lì)磁電流和電壓。電機(jī)參數(shù)主要通過EDA9033A三相電參數(shù)采集模塊得到的。7）系統(tǒng)通訊利用光纖與中央控制室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。3.4系統(tǒng)的輸入/輸出統(tǒng)計(jì)配置輸入/輸出模塊是實(shí)現(xiàn)CPU模塊與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備連接的橋梁，用戶可通過現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備來控制不同用途的I/O模塊。3.4.1數(shù)字量/模擬量輸入點(diǎn)和數(shù)字量/模擬量輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)及PLC和模塊選擇S7-300的數(shù)字量輸入模塊是SM321。數(shù)字量輸入模塊是用來連接電子數(shù)字傳感器和外部的機(jī)械觸點(diǎn)，是將來自現(xiàn)場的外部數(shù)字量信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部的信號(hào)電平，且含有的數(shù)字濾波功能，可以有效防因外部干擾脈沖或輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)導(dǎo)致的錯(cuò)誤信號(hào)。S7-300的模擬量輸入模塊SM331，主要由A/D轉(zhuǎn)換器組成，是用來將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。S7-300的數(shù)字量輸出模塊是SM322。數(shù)字量輸出模塊是將內(nèi)部的信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部的信號(hào)電平，用來驅(qū)動(dòng)接觸器、燈、電磁閥和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等負(fù)載，同時(shí)有功率放大和隔離的作用。S7-300的模擬量輸出模塊是SM332。模擬量輸出模塊是將CPU傳送給它的數(shù)字信號(hào)成比例的轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)和電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)解與控制。表3.1數(shù)字量/模擬量輸入統(tǒng)計(jì)表Table3.1thenumberoffiguresandanaloginputstatistics序號(hào)名稱絕對地址數(shù)字類型1手動(dòng)控制方式I0.0BOOL2自動(dòng)控制方式I0.1BOOL3啟動(dòng)1#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)I0.2BOOL4啟動(dòng)1#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)I0.3BOOL5啟動(dòng)2#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)I0.4BOOL6啟動(dòng)2#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)I0.5BOOL7啟動(dòng)3#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)I0.6BOOL8啟動(dòng)3#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)I0.7BOOL9啟動(dòng)4#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)I1.0BOOL10啟動(dòng)4#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)I1.1BOOL111#風(fēng)機(jī)電機(jī)停止I1.2BOOL122#風(fēng)機(jī)電機(jī)停止I1.3BOOL133#風(fēng)機(jī)電機(jī)停止I1.4BOOL144#風(fēng)機(jī)電機(jī)停止I1.5BOOL151#風(fēng)門停止I1.6BOOL162#風(fēng)門停止I1.7BOOL173#風(fēng)門停止I2.0BOOL184#風(fēng)門停止I2.1BOOL19保護(hù)I2.2BOOL201#風(fēng)門開到位I2.3BOOL211#風(fēng)門關(guān)到位I2.4BOOL222#風(fēng)門開到位I2.5BOOL232#風(fēng)門關(guān)到位I2.6BOOL243#風(fēng)門開到位I2.7BOOL253#風(fēng)門關(guān)到位I3.0BOOL264#風(fēng)門開到位I3.1BOOL274#風(fēng)門關(guān)到位I3.2BOOL281#地風(fēng)門開到位I3.3BOOL291#地風(fēng)門關(guān)到位I3.4BOOL302#地風(fēng)門開到位I3.5BOOL312#地風(fēng)門關(guān)到位I3.6BOOL32過載保護(hù)I3.7BOOL331#風(fēng)門正轉(zhuǎn)I4.0BOOL341#風(fēng)門反轉(zhuǎn)I4.1BOOL352#風(fēng)門正轉(zhuǎn)I4.2BOOL362#風(fēng)門反轉(zhuǎn)I4.3BOOL373#風(fēng)門正轉(zhuǎn)I4.4BOOL383#風(fēng)門反轉(zhuǎn)I4.5BOOL394#風(fēng)門正轉(zhuǎn)I4.6BOOL404#風(fēng)門反轉(zhuǎn)I4.7BOOL411#地風(fēng)門正轉(zhuǎn)I5.0BOOL421#地風(fēng)門反轉(zhuǎn)I5.1BOOL431#地風(fēng)門停止I5.2BOOL442#地風(fēng)門正轉(zhuǎn)I5.3BOOL452#地風(fēng)門反轉(zhuǎn)I5.4BOOL462#地風(fēng)門停止I5.5BOOL471#風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)I5.6BOOL482#風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)I5.7BOOL491#風(fēng)機(jī)電機(jī)前軸溫度IW02INT501#風(fēng)機(jī)電機(jī)后軸溫度IW04INT512#風(fēng)機(jī)電機(jī)前軸溫度IW06INT522#風(fēng)機(jī)電機(jī)后軸溫度IW08INT533#風(fēng)機(jī)電機(jī)前軸溫度IW10INT543#風(fēng)機(jī)電機(jī)后軸溫度IW12INT554#風(fēng)機(jī)電機(jī)前軸溫度IW14INT564#風(fēng)機(jī)電機(jī)后軸溫度IW16INT571#風(fēng)機(jī)電機(jī)X定子繞組溫度IW18INT581#風(fēng)機(jī)電機(jī)Y定子繞組溫度IW20INT591#風(fēng)機(jī)電機(jī)Z定子繞組溫度IW22INT602#風(fēng)機(jī)電機(jī)X定子繞組溫度IW24INT612#風(fēng)機(jī)電機(jī)Y定子繞組溫度IW26INT622#風(fēng)機(jī)電機(jī)Z定子繞組溫度IW28INT633#風(fēng)機(jī)電機(jī)X定子繞組溫度IW30INT643#風(fēng)機(jī)電機(jī)Y定子繞組溫度IW32INT653#風(fēng)機(jī)電機(jī)Z定子繞組溫度IW34INT664#風(fēng)機(jī)電機(jī)X定子繞組溫度IW36INT674#風(fēng)機(jī)電機(jī)Y定子繞組溫度IW38INT684#風(fēng)機(jī)電機(jī)Z定子繞組溫度IW40INT691#風(fēng)機(jī)風(fēng)量IW42INT702#風(fēng)機(jī)風(fēng)量IW44INT711#風(fēng)機(jī)風(fēng)速IW46INT722#風(fēng)機(jī)風(fēng)速IW48INT731#瓦斯?jié)舛菼W50INT742#瓦斯?jié)舛菼W52INT751#風(fēng)機(jī)靜壓IW54INT762#風(fēng)機(jī)靜壓IW56INT771#風(fēng)機(jī)全壓IW58INT782#風(fēng)機(jī)全壓IW60INT791#風(fēng)筒氣溫濕度IW62INT802#風(fēng)筒氣溫濕度IW64INT811#風(fēng)筒大氣壓力IW66INT822#風(fēng)筒大氣壓力IW68INT831#風(fēng)機(jī)電機(jī)前垂直振動(dòng)參數(shù)IW70INT841#風(fēng)機(jī)電機(jī)后垂直振動(dòng)參數(shù)IW72INT851#風(fēng)機(jī)電機(jī)前水平振動(dòng)參數(shù)IW74INT861#風(fēng)機(jī)電機(jī)后水平振動(dòng)參數(shù)IW76INT872#風(fēng)機(jī)電機(jī)前垂直振動(dòng)參數(shù)IW78INT882#風(fēng)機(jī)電機(jī)后垂直振動(dòng)參數(shù)IW80INT892#風(fēng)機(jī)電機(jī)前水平振動(dòng)參數(shù)IW82INT902#風(fēng)機(jī)電機(jī)后水平振動(dòng)參數(shù)IW84INT913#風(fēng)機(jī)電機(jī)前垂直振動(dòng)參數(shù)IW86INT923#風(fēng)機(jī)電機(jī)后垂直振動(dòng)參數(shù)IW88INT933#風(fēng)機(jī)電機(jī)前水平振動(dòng)參數(shù)IW90INT943#風(fēng)機(jī)電機(jī)后水平振動(dòng)參數(shù)IW92INT954#風(fēng)機(jī)電機(jī)前垂直振動(dòng)參數(shù)IW94INT964#風(fēng)機(jī)電機(jī)后垂直振動(dòng)參數(shù)IW96INT974#風(fēng)機(jī)電機(jī)前水平振動(dòng)參數(shù)IW98INT984#風(fēng)機(jī)電機(jī)后水平振動(dòng)參數(shù)IW100INT表3.2數(shù)字量輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表Table3.2statisticaltableofdigitaloutput序號(hào)名稱數(shù)據(jù)類型地址11#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)BOOLQ0.021#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)BOOLQ0.132#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)BOOLQ0.242#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)BOOLQ0.353#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)BOOLQ0.463#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)BOOLQ0.574#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)BOOLQ0.684#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)BOOLQ0.791#風(fēng)門電機(jī)正轉(zhuǎn)關(guān)風(fēng)門BOOLQ1.0101#風(fēng)門電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門BOOLQ1.1112#風(fēng)門電機(jī)正轉(zhuǎn)關(guān)風(fēng)門BOOLQ1.2122#風(fēng)門電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門BOOLQ1.3133#風(fēng)門電機(jī)正轉(zhuǎn)關(guān)風(fēng)門BOOLQ1.4143#風(fēng)門電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門BOOLQ1.515切斷電源BOOLQ1.6164#風(fēng)門電機(jī)正轉(zhuǎn)關(guān)風(fēng)門BOOLQ2.0174#風(fēng)門電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門BOOLQ2.118報(bào)警電鈴BOOLQ2.2191#電機(jī)溫度超標(biāo)指示燈BOOLQ2.3202#電機(jī)溫度超標(biāo)指示燈BOOLQ2.4213#電機(jī)溫度超標(biāo)指示燈BOOLQ2.5224#電機(jī)溫度超標(biāo)指示燈BOOLQ2.6231#電機(jī)振動(dòng)參數(shù)超標(biāo)指示燈BOOLQ2.7242#電機(jī)振動(dòng)參數(shù)超標(biāo)指示燈BOOLQ3.0253#電機(jī)振動(dòng)參數(shù)超標(biāo)指示燈BOOLQ3.1264#電機(jī)振動(dòng)參數(shù)超標(biāo)指示燈BOOLQ3.2271#瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)報(bào)警BOOLQ3.3282#瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)報(bào)警BOOLQ3.4291#風(fēng)量超限報(bào)警BOOLQ3.5302#風(fēng)量超限報(bào)警BOOLQ3.6311#地面風(fēng)門電機(jī)正轉(zhuǎn)關(guān)風(fēng)門BOOLQ3.7321#地面風(fēng)門電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門BOOLQ4.0332#地面風(fēng)門電機(jī)正轉(zhuǎn)關(guān)風(fēng)門BOOLQ4.1342#地面風(fēng)門電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門BOOLQ4.2351#風(fēng)機(jī)反風(fēng)信號(hào)BOOLQ4.3362#風(fēng)機(jī)反風(fēng)信號(hào)BOOLQ4.4371#風(fēng)機(jī)正常風(fēng)信號(hào)BOOLQ4.5382#風(fēng)機(jī)正常風(fēng)信號(hào)BOOLQ4.639壓力報(bào)警BOOLQ4.7由表3.1可以查出，一共有48個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和50個(gè)模擬量輸入點(diǎn)。由表3.2可以查出，一共有39個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)。通過對系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)，我選擇西門子300系列PLC作為控制核心，314CN的CPU模塊一個(gè)。數(shù)字量模塊我選擇兩塊SM3236ES7323-1BL00-OAAO型號(hào)數(shù)字量輸入輸出模塊，溫度模擬量輸入點(diǎn)是通過通信處理器模塊直接與PLC相連，所以我選擇4塊6ES7331-7KF02-OABO型號(hào)的8通道的模擬量輸入模塊作為其余模擬量的輸入模塊。根據(jù)所有模塊的電流和功耗，電源的額定電流要大于CPU模塊、I/O模塊、及其它模塊的總消耗電流原則，電源模塊選擇PS30710A。3.5.2標(biāo)志位和定時(shí)器統(tǒng)計(jì)在控制系統(tǒng)的軟件編程過程中，會(huì)用到一些標(biāo)志位，我把用到的標(biāo)志位和定時(shí)器整理成表3-3。表3.3中間標(biāo)志位和定時(shí)器統(tǒng)計(jì)Table3.3intermediatesymbolandtimerstatistics序號(hào)名稱絕對地址數(shù)字類型1初始位M0.0BOOL21#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位M2.1BOOL32#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)標(biāo)志位M2.2BOOL41#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)各風(fēng)門標(biāo)志位M2.3BOOL51#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后各風(fēng)門標(biāo)志位M2.4BOOL61、2#風(fēng)機(jī)電機(jī)停止標(biāo)志位M2.5BOOL73#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位M2.7BOOL84#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)標(biāo)志位M3.0BOOL92#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)各風(fēng)門標(biāo)志位M3.1BOOL102#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后各風(fēng)門標(biāo)志位M3.2BOOL113、4風(fēng)機(jī)電機(jī)停止標(biāo)志位M3.3BOOL122#風(fēng)機(jī)停機(jī)后各風(fēng)門復(fù)位標(biāo)M3.4BOOL13溫度超標(biāo)報(bào)警標(biāo)志位M11.0BOOL14電機(jī)溫度限定值MW20INT15定時(shí)器T37T0TIMER16定時(shí)器T37T1TIMER17定時(shí)器T37T2TIMER18定時(shí)器T37T3TIMER19定時(shí)器T37T4TIMER3.5系統(tǒng)硬件接線圖3.5.1CPU模塊接線圖3.2CPU模塊接線圖3.2CPUmodulewiringdiagramCPU模塊是用來存儲(chǔ)和處理用戶程序的模塊，有輸入輸出端子。我選的是314CPU模塊，擁有24個(gè)數(shù)字量輸入端子，16個(gè)數(shù)字量輸出端子，左邊是數(shù)字量輸入端子，右邊是數(shù)字量輸出端子。且該CPU擁有多點(diǎn)MPI接口，傳輸速度快，反映迅速等特點(diǎn)。3.5.2數(shù)字量輸入/輸出模塊接線圖圖3.3數(shù)字量輸入輸出模塊SM323-1外部接線圖Figure3.3digitaloutputmoduleSM323-1externalwiringdiagram圖3.4數(shù)字量輸入輸出模塊SM323-2外部接線圖Figure3.4digitaloutputmoduleSM323-2externalwiringdiagramSM323是開關(guān)量輸入輸出拓展模塊即數(shù)字量輸入輸出模塊，我選擇2塊SM323模塊，每個(gè)模塊擁有16個(gè)輸入端子，16個(gè)輸出端子。每個(gè)端子都可以通過用戶定義來賦予每個(gè)端子含義，如圖中所示，所用到的每個(gè)端子我都賦予了定義，且定義都不相同。3.5.3模擬量輸入模塊接線圖圖3.5模擬量輸入模塊SM331-1接線圖Figure3.5analoginputmoduleSM331-1wiringdiagram圖3.6模擬量輸入模塊SM331-2接線圖Figure3.6analoginputmoduleSM331-2wiringdiagram圖3.7模擬量輸入模塊SM331-3接線圖Figure3.7analoginputmoduleSM331-3wiringdiagram圖3.8模擬量輸入模塊SM331-4接線圖Figure3.8analoginputmoduleSM331-4wiringdiagramSM331是PLC300系列的模擬量輸入模塊，我選擇了4塊8通道的SM331模擬量輸出模塊，每個(gè)通道輸入一個(gè)模擬量信號(hào)，每個(gè)通道由2個(gè)接線端子組成，通過用戶定義賦予每個(gè)通道含義，從而實(shí)現(xiàn)用戶所需的功能。3.5.4CPU模塊與數(shù)字量模塊和模擬量模塊連接圖圖3.9模塊連接圖Figure3.9moduleconnectiondiagramPLC的各個(gè)模塊是通過機(jī)架相連，通過將每個(gè)模塊插到機(jī)架的槽位上，實(shí)現(xiàn)模塊的連接。我選擇的各個(gè)模塊的連接方式按照圖中的連接方式，從而實(shí)現(xiàn)模塊之間的連接。

4井下風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)4.1S7-300型PLC編程器STEP7概述STEP7編程軟件是西門子S7-300型PLC的配套編程軟件，是一種可以在通用微機(jī)中運(yùn)行，在Windows環(huán)境下進(jìn)行編寫程序的語言。用一根電纜連接PC的串行口和PLC的多點(diǎn)接口，即可實(shí)現(xiàn)PC與PLC之間的通信。通過STEP7編程軟件，可以方便的在微機(jī)上使用梯形圖、功能圖、語句表等語言將所要編寫的程序經(jīng)過編譯后通過電纜直接輸送到PLC內(nèi)部存儲(chǔ)中心執(zhí)行，且在調(diào)試運(yùn)行時(shí)，可以直接診斷各個(gè)程序的運(yùn)行狀況，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，可以直接進(jìn)行修改，非常的方便。4.2監(jiān)控系統(tǒng)的軟件流程圖因?yàn)?#風(fēng)機(jī)與2#風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一樣，所以這里我以1#風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為例做介紹。4.2.1風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)流程圖本監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象是隔爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)，隔爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)是開風(fēng)門啟動(dòng)，即應(yīng)該先關(guān)閉通往井下的風(fēng)門，同時(shí)打開地面風(fēng)門，然后風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)該關(guān)閉地面風(fēng)門，同時(shí)打開通往井下的風(fēng)門。將地面風(fēng)門處于開啟狀態(tài)以及通往井下風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)設(shè)定為初始化程序。因?yàn)楦舯瑢πS流式通風(fēng)機(jī)與普通軸流式風(fēng)機(jī)不同，是由2個(gè)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)葉輪，當(dāng)2個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)會(huì)給電網(wǎng)造成很大的壓力，為了減緩電網(wǎng)壓力，我控制在完成啟動(dòng)1#風(fēng)機(jī)電機(jī)30s之后啟動(dòng)2#風(fēng)機(jī)電機(jī)。圖4.1風(fēng)機(jī)啟動(dòng)流程圖Figure4.1blowerstartingflowchart4.2.2自動(dòng)控制方式流程圖將手動(dòng)控制方式作為初始化程序，通過按動(dòng)1#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，經(jīng)過設(shè)定的時(shí)間后，1#風(fēng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正常通風(fēng)，沒有故障發(fā)生。若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒有實(shí)現(xiàn)正常通風(fēng)，發(fā)生了故障并報(bào)警，在無人操作的情況下能夠關(guān)閉1#風(fēng)機(jī)配備的風(fēng)門，同時(shí)啟動(dòng)2#風(fēng)機(jī)進(jìn)行正常通風(fēng)，當(dāng)2#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)完成后，能夠關(guān)閉2#風(fēng)機(jī)配備的風(fēng)門，如果2#風(fēng)機(jī)也發(fā)生故障，就切斷設(shè)備電源，從而實(shí)現(xiàn)煤礦的正常安全生產(chǎn)。圖4.2自動(dòng)控制流程圖Figure4.2automaticcontrolflowchart4.2.3反風(fēng)控制流程圖隔爆對旋軸流式風(fēng)機(jī)可以直接通過風(fēng)機(jī)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)達(dá)到反風(fēng)的效果，且風(fēng)量為正向通風(fēng)的60％,可以滿足反風(fēng)風(fēng)量。反風(fēng)的時(shí)候，一定要在風(fēng)機(jī)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，并各個(gè)風(fēng)門位置保持不變，再啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。首先，按下1#、2#風(fēng)機(jī)電機(jī)停止按鈕。當(dāng)1#、2#風(fēng)機(jī)電機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，按下1#風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕，經(jīng)過設(shè)定的時(shí)間后，按下2#風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕，從而實(shí)現(xiàn)反風(fēng)控制。圖4.3反風(fēng)控制流程圖Figure4.3antiwindcontrolflowchart4.3井下風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)PLC的程序由操作系統(tǒng)和用戶程序兩大部分組成，其中操作系統(tǒng)是用來處理PLC的啟動(dòng)、調(diào)用用戶程序、刷新過程映像輸入/輸出表、管理存儲(chǔ)區(qū)和處理通信、處理中斷和錯(cuò)誤等功能。用戶程序是用來處理用戶任務(wù)所需要的全部功能。CPU循環(huán)往復(fù)執(zhí)行操作系統(tǒng)程序過程中，操作系統(tǒng)程序在每一次循環(huán)時(shí)都要調(diào)用一次主程序OB1。STEP7通過將用戶編寫的程序和程序中所需要的數(shù)據(jù)放置在塊中，使每個(gè)程序部件標(biāo)準(zhǔn)化，然后再通過調(diào)用塊與塊，使用戶程序結(jié)構(gòu)化。這樣可以使程序簡單化且修改方便。程序編程主要有三種方法，分別是分部編、程線性編程和分塊編程。其中線性編程適用于簡單的控制功能。我選擇采用分塊編程，因?yàn)榉謮K編程是把一個(gè)大的任務(wù)分成許多個(gè)小的任務(wù)模塊，然后每個(gè)小的任務(wù)模塊根據(jù)任務(wù)的實(shí)際情況編寫相應(yīng)的子程序進(jìn)行處理，這種程序雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是可以把一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)簡單化，子程序也較容易編寫，程序調(diào)試也更為簡單。在程序執(zhí)行過程中，CPU不斷掃描主程序OB1，如果碰到子程序調(diào)用指令就轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的子程序中執(zhí)行。本風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的主要控制程序如下。（1）主程序OB1,是用來調(diào)用各種功能或功能塊，從而實(shí)現(xiàn)各種功能。（2）OB100：初始化程序，系統(tǒng)程序執(zhí)行之前，必須處于初始狀態(tài)，將規(guī)定的初始狀態(tài)輸入到初始步存儲(chǔ)器位M0.0，將初始步M0.0置位于1狀態(tài)變?yōu)榛顒?dòng)步，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行后M0.0被復(fù)位。（3）風(fēng)機(jī)的地面風(fēng)門的控制程序：因?yàn)閮蓚€(gè)風(fēng)機(jī)的地面風(fēng)門控制功能一樣，所這里以1#地面風(fēng)門控制為例。按下啟動(dòng)1#風(fēng)門電機(jī)的正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，1#風(fēng)門電機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)關(guān)風(fēng)門，當(dāng)檢測到風(fēng)門位置關(guān)到位時(shí)，風(fēng)門電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。按下啟動(dòng)1#風(fēng)門電機(jī)的反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，1#風(fēng)門電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門，當(dāng)檢測到風(fēng)門位置開到位時(shí)，風(fēng)門電機(jī)停止工作，且正反轉(zhuǎn)之間有電氣閉鎖。風(fēng)機(jī)的第一個(gè)風(fēng)門的控制程序：1#風(fēng)門定義為1#風(fēng)機(jī)的第一個(gè)風(fēng)門，3#風(fēng)門定義為2#風(fēng)機(jī)的第一個(gè)風(fēng)門。且在電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門時(shí)，1#風(fēng)機(jī)的兩個(gè)風(fēng)門與2#風(fēng)機(jī)的兩個(gè)風(fēng)門之間設(shè)立閉鎖，以防止通風(fēng)時(shí)形成風(fēng)流短路。風(fēng)機(jī)的第二個(gè)風(fēng)門的控制程序：2#風(fēng)門定義為1#風(fēng)機(jī)的第二個(gè)風(fēng)門，4#風(fēng)門定義為2#風(fēng)機(jī)的第二個(gè)風(fēng)門。且在電機(jī)反轉(zhuǎn)開風(fēng)門時(shí)，1#風(fēng)機(jī)的兩個(gè)風(fēng)門與2#風(fēng)機(jī)的兩個(gè)風(fēng)門之間設(shè)立閉鎖，以防止通風(fēng)時(shí)形成風(fēng)流短路。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中正常通風(fēng)時(shí)風(fēng)機(jī)電機(jī)的控制程序：兩個(gè)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相同，這里以1#風(fēng)機(jī)正常通風(fēng)控制程序?yàn)槔１颈O(jiān)控系統(tǒng)的對象是隔爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)，隔爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)是開風(fēng)門啟動(dòng)，即應(yīng)該先關(guān)閉通往井下的風(fēng)門，同時(shí)打開地面風(fēng)門，然后風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)該關(guān)閉地面風(fēng)門，同時(shí)打開通往井下的風(fēng)門。因?yàn)楦舯瑢πS流式通風(fēng)機(jī)與普通軸流式風(fēng)機(jī)不同，是由2個(gè)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)葉輪，當(dāng)2個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)會(huì)給電網(wǎng)造成很大的壓力，為了減緩電網(wǎng)壓力，我控制在1#風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)完成的30s之后再啟動(dòng)2#風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。為避免風(fēng)機(jī)當(dāng)中的兩個(gè)電機(jī)同向旋轉(zhuǎn)，在兩個(gè)電機(jī)之間分別設(shè)有電氣閉鎖（即2#風(fēng)機(jī)電機(jī)的正轉(zhuǎn)輸出的常閉觸點(diǎn)串到1#風(fēng)機(jī)電機(jī)的正轉(zhuǎn)電路中）和機(jī)械閉鎖（2#風(fēng)機(jī)電機(jī)的正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕常閉觸點(diǎn)串到1#風(fēng)機(jī)電機(jī)的正轉(zhuǎn)電路中）。7）風(fēng)機(jī)反風(fēng)時(shí)風(fēng)機(jī)電機(jī)的控制系統(tǒng)：隔爆對旋軸流式風(fēng)機(jī)可以直接通過風(fēng)機(jī)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)達(dá)到反風(fēng)的效果，且風(fēng)量為正向通風(fēng)的60％,可以滿足反風(fēng)風(fēng)量需求。反風(fēng)控制的時(shí)候，一定要注意風(fēng)機(jī)電機(jī)完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，且保持各個(gè)風(fēng)門的位置不變，再啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。因?yàn)楦舯瑢πS流式通風(fēng)機(jī)與普通軸流式風(fēng)機(jī)不同，是由2個(gè)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)葉輪，當(dāng)2個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)會(huì)給電網(wǎng)造成很大的壓力，為了減緩電網(wǎng)壓力，我控制在1#風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)完成的30s之后再啟動(dòng)2#風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。為避免風(fēng)機(jī)當(dāng)中的兩個(gè)電機(jī)同向旋轉(zhuǎn)，在兩個(gè)電機(jī)之間分別設(shè)有電氣閉鎖（2#風(fēng)機(jī)電機(jī)的反轉(zhuǎn)輸出的常閉觸點(diǎn)串到1#風(fēng)機(jī)電機(jī)的反轉(zhuǎn)電路中）和機(jī)械閉鎖（2#風(fēng)機(jī)電機(jī)的反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕常閉觸點(diǎn)串到1#風(fēng)機(jī)電機(jī)的反轉(zhuǎn)電路中）。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的手動(dòng)控制程序：首先，切換系統(tǒng)控制方式為手動(dòng)控制方式，然后在控制面板上進(jìn)行功能選擇，選擇所需功能的按鈕即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。1、2#風(fēng)機(jī)手動(dòng)控制系統(tǒng)相同，這里以1#風(fēng)機(jī)的手動(dòng)控制程序?yàn)槔ＭL(fēng)機(jī)手動(dòng)控制的操作順序：啟動(dòng)風(fēng)機(jī)：收到運(yùn)行通風(fēng)機(jī)的指命→檢測各風(fēng)門的位置是否處于正確的位置→準(zhǔn)備啟動(dòng)設(shè)備→風(fēng)機(jī)電機(jī)開始啟動(dòng)→電機(jī)啟動(dòng)完成→打開風(fēng)門檢測各風(fēng)門是否處于正確的位置→風(fēng)機(jī)啟動(dòng)完成→報(bào)告礦調(diào)度室。停止風(fēng)機(jī)：收到停機(jī)指令→停止風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)→風(fēng)機(jī)電機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后→關(guān)閉風(fēng)門檢測各風(fēng)門是否處于正確的位置→停止風(fēng)機(jī)完成→報(bào)告礦調(diào)度室。反風(fēng)控制：收到反風(fēng)指令→停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行→保持各風(fēng)門位置不變→風(fēng)機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)→反風(fēng)控制完成→報(bào)告礦調(diào)度室。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制程序：兩個(gè)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制程序相同，這里以1#風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制程序?yàn)槔?。在無人操作的情況下，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，在運(yùn)行過程中如果風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了異常狀態(tài)，能夠馬上啟動(dòng)另一個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，如果兩個(gè)都發(fā)生了異常狀態(tài)，馬上切斷設(shè)備電源，從而實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)。報(bào)警程序：當(dāng)檢測得到的實(shí)際值超過或低于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，就會(huì)報(bào)警，引起煤礦井下工作人員的注意。因甲烷濃度、溫度、風(fēng)機(jī)靜壓和全壓報(bào)警程序基本相同，這里我以風(fēng)機(jī)靜壓、全壓和甲烷濃度的報(bào)警程序?yàn)槔?/p>

5結(jié)論隨著我國改革開放，國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，生活水平不斷的提高，人們逐漸意識(shí)到生命的寶貴性，安全生產(chǎn)被人們?nèi)找嬷匾暺饋怼８呶Ｐ袠I(yè)之一的煤礦行業(yè)，安全生產(chǎn)成為煤礦行業(yè)首要解決的問題，保證煤礦井下工作人員的生命安全刻不容緩。煤礦安全生產(chǎn)的核心部分是保證通風(fēng)系統(tǒng)的正常工作，通風(fēng)機(jī)是通風(fēng)系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備，如果通風(fēng)機(jī)發(fā)生異常將直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。因此，監(jiān)控通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)是非常必要的。本次風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我的監(jiān)控對象是隔爆對旋軸流風(fēng)機(jī)，西門子S-300PLC作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過各種傳感器檢測信號(hào)，用STEP7進(jìn)行軟件程序編寫。系統(tǒng)的控制方式包含手動(dòng)控制和自動(dòng)控制等多種控制方式，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了正常通風(fēng)與反向通風(fēng)的控制，當(dāng)一個(gè)風(fēng)機(jī)發(fā)生異常狀態(tài)的時(shí)候，可以自動(dòng)啟動(dòng)另一個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，保證通風(fēng)系統(tǒng)正常工作，當(dāng)兩個(gè)風(fēng)機(jī)都發(fā)生異常狀態(tài)能夠馬上切斷設(shè)備電源，實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)。由于第一次接觸煤礦通風(fēng)系統(tǒng)，對這方面的知識(shí)了解的比較少，對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)場具體情況了解的也比較少，所以在做風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有很多不足之處，軟件程序編寫上也存在很多不足，我會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，不斷完善。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，我對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)有了很深的了解，也從中學(xué)習(xí)到了很多寶貴的知識(shí)，為我今后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]胡學(xué)林.可編程控制器教程（提高版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.[2]廖常初．S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)（第2版）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.[3]薛鵬騫,潘玉民.煤礦安全檢測技術(shù)與監(jiān)控系統(tǒng)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.[4]袁河津.通風(fēng)安全監(jiān)測知識(shí)[M].北京:中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2011.[5]劉志成,白愛成.通風(fēng)區(qū)（隊(duì)）長[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.[6]范天吉.煤礦通風(fēng)綜合技術(shù)手冊[M].吉林:吉林電子出版社,2003.9[7]游華聰.煤礦通風(fēng)技術(shù)與安全管理[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.11[8]全國職業(yè)培訓(xùn)教學(xué)工作指導(dǎo)委員會(huì)煤炭專業(yè)委員會(huì)[M].礦井通風(fēng).北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.8[9]張惠忱.計(jì)算機(jī)在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.4[10]李建興.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7[11]陳榮邦,謝文強(qiáng).礦井通風(fēng)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.[12]郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社，2003.6[13]孫海維.SIMATIC可編程序控制器及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.[14]胡漢華.礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——原理、方法與實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.5[15]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.[16]PribaPaul,PametickyTerry.PLCapplicationforlargemotormonitoring[M].2000,8

致謝時(shí)間過的飛快，轉(zhuǎn)眼間大學(xué)生活就要結(jié)束了。這四年的大學(xué)生活，有過喜悅，也有過悲傷，回想起這一路走過的四年，從一個(gè)最初的懵懂少年，成長為現(xiàn)在的知識(shí)青年，真的是收獲良多。經(jīng)過幾個(gè)月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)最終完成?；叵脒@幾個(gè)月收集資料、查閱相關(guān)圖書、整理資料、進(jìn)行設(shè)計(jì)、修改設(shè)計(jì)直至最終完成設(shè)計(jì)，我得到了很多的幫助。在這里我要向他們表示衷心的感謝。首先，我要衷心的感謝張?zhí)m芬老師。張老師是一個(gè)有責(zé)任心并且平易隨和的人。從最初的設(shè)計(jì)命題確定，資料收集，老師都給予了很多有建設(shè)性的意見。在設(shè)計(jì)過程中，張老師一有時(shí)間就會(huì)召集大家開會(huì)，查看大家的設(shè)計(jì)進(jìn)度，并對設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤的地方提出寶貴的修改意見?？梢哉f，是張老師的辛勤指導(dǎo)讓我順利完成了本次設(shè)計(jì)。在這里我要衷心的感謝張老師對我的關(guān)心與教誨。其次，我要感謝我的同學(xué)，在我設(shè)計(jì)迷茫時(shí)，給予我的鼓勵(lì)與支持。最后，再一次向在設(shè)計(jì)過程中所有幫助、鼓勵(lì)、支持過我的人，致以由衷的感謝。

附錄ADesignandImplementationofPLC-BasedMonitoringControlSystemforInductionMotorMariaG.Ioannides,SeniorMember,IEEEAbstract—Theimplementationofamonitoringandcontrolsystemfortheinductionmotorbasedonprogrammablelogiccontroller(PLC)technologyisdescribed.Also,theimplementationofthehardwareandsoftwareforspeedcontrolandprotectionwiththeresultsobtainedfromtestsoninductionmotorperformanceisprovided.ThePLCcorrelatestheoperationalparameterstothespeedrequestedbytheuserandmonitorsthesystemduringnormaloperationandundertripconditions.TestsoftheinductionmotorsystemdrivenbyinverterandcontrolledbyPLCproveahigheraccuracyinspeedregulationascomparedtoaconventionalVfcontrolsystem.TheefficiencyofPLCcontrolisincreasedathighspeedsupto95%ofthesynchronousspeed.Thus,PLCprovesthemselvesasaveryversatileandeffectivetoolinindustrialcontrolofelectricdrives.KeyWords—Computer-controlledsystems,computerizedmonitoring,electricdrives,inductionmotors,motioncontrol,programmablelogiccontrollers(PLCs),variable-frequencydrives,voltagecontrol.I.INTRODUCTIONSincetechnologyformotioncontrolofelectricdrivesbecameavailable,theuseofprogrammablelogiccontrollers(PLCs)withpowerelectronicsinelectricmachinesapplicationshasbeenintroducedinthemanufacturingautomation[1],[2].Thisuseoffersadvantagessuchaslowervoltagedropwhenturnedonandtheabilitytocontrolmotorsandotherequipmentwithavirtuallyunitypowerfactor[3].ManyfactoriesusePLCsinautomationprocessestodiminishproductioncostandtoincreasequalityandreliability[4]–[9].Otherapplicationsincludemachinetoolswithimprovedprecisioncomputerizednumericalcontrol(CNC)duetotheuseofPLCs[10].Toobtainaccurateindustrialelectricdrivesystems,itisnecessarytousePLCsinterfacedwithpowerconverters,personalcomputers,andotherelectricequipment[11]–[13].Nevertheless,thismakestheequipmentmoresophisticated,complex,andexpensive[14],[15].FewpaperswerepublishedconcerningdcmachinescontrolledbyPLCs.Theyreportboththeimplementationofthefuzzymethodforspeedcontrolofadcmotor/generatorsetusingaPLCtochangethearmaturevoltage[16],andtheincorporationofanadaptivecontrollerbasedontheself-tuningregulatortechnologyintoanexistingindustrialPLC[17].Also,othertypesofmachineswereinterfacedwithPLCs.Thereby,anindustrialPLCwasusedforcontrollingsteppermotorsinafive-axisrotorposition,directionandspeed,reducingthenumberofcircuitcomponents,loweringthecost,andenhancingreliability[18].Forswitchedreluctancemotorsasapossiblealternativetoadjustablespeedacanddcdrives,asinglechiplogiccontrollerforcontrollingtorqueandspeedusesaPLCtoimplementthedigitallogiccoupledwithapowercontroller[19].OtherreportedapplicationconcernsalinearinductionmotorforpassengerelevatorswithaPLCachievingthecontrolofthedrivesystemandthedataacquisition[20].Tomonitorpowerqualityandidentifythedisturbancesthatdisruptproductionofanelectricplant,twoPLCswereusedtodeterminethesensitivityoftheequipment[21].OnlyfewpaperswerepublishedinthefieldofinductionmotorswithPLCs.Apowerfactorcontrollerforathree-phaseinductionmotorutilizesPLCtoimprovethepowerfactorandtokeepitsvoltagetofrequencyratioconstantunderthewholecontrolconditions[3].Thevectorcontrolintegratedcircuitusesacomplexprogrammablelogicdevice(CPLD)andintegerarithmeticforthevoltageorcurrentregulationofthree-phasepulse-widthmodulation(PWM)inverters[22].Manyapplicationsofinductionmotorsrequirebesidesthemotorcontrolfunctionality,thehandlingofseveralspecificanaloganddigitalI/Osignals,homesignals,tripsignals,On/off/reversecommands.Insuchcases,acontrolunitinvolvingaPLCmustbeaddedtothesystemstructure.ThispaperpresentsaPLC-basedmonitoringandcontrolsystemforathree-phaseinductionmotor.Itdescribesthedesignandimplementationoftheconfiguredhardwareandsoftware.Thetestresultsobtainedoninductionmotorperformanceshowimprovedefficiencyandincreasedaccuracyinvariable-loadconstant-speed-controlledoperation.Thus,thePLCcorrelatesandcontrolstheoperationalparameterstothespeedsetpointrequestedbytheuserandmonitorstheinductionmotorsystemduringnormaloperationandundertripconditions.II.PLCASSYSTEMCONTROLLERAPLCisamicroprocessor-basedcontrolsystem,designedforautomationprocessesinindustrialenvironments.Itusesaprogrammablememoryfortheinternalstorageofuser-orientatedinstructionsforimplementingspecificfunctionssuchasarithmetic,counting,logic,sequencing,andtiming[23],[24].APLCcanbeprogrammedtosense,activate,andcontrolindustrialequipmentand,therefore,incorporatesanumberofI/Opoints,whichallowelectricalsignalstobeinterfaced.Inputdevicesandoutputdevicesandisfedbyaconstantvoltage-constantfrequencystandardthree-phasesupply.oftheareconnectedtothePLCandthecontrolprogramisenteredintothePLCmemory.Inourapplication,itcontrolsthroughanaloganddigitalinputsandoutputsthevaryingload-constantspeedoperationofaninductionmotor.Also,thePLCcontinuouslymonitorstheinputsandactivatestheoutputsaccordingtothecontrolprogram.ThisPLCsystemisofmodulartypecomposedofspecifichardwarebuildingblocks(modules),whichplugdirectlyintoaproprietarybus:acentralprocessorunit(CPU),apowersupplyunit,input-outputmodulesI/O,andaprogramterminal.Suchamodularapproachhastheadvantagethattheinitialconfigurationcanbeexpandedforotherfutureapplicationssuchasmultimachinesystemsorcomputerlinking.III.CONTROLSYSTEMOFINDUCTIONMOTORInFig.2,theblockdiagramoftheexperimentalsystemisillustrated.Thefollowingconfigurationscanbeobtainedfromthissetup.a)Aclosed-loopcontrolsystemforconstantspeedoperation,configuredwithspeedfeedbackandloadcurrentfeedback.Theinductionmotordrivesavariableload,isfedbyaninverter,andthePLCcontrolstheinverterV/Foutput.b)Anopen-loopcontrolsystemforvariablespeedoperation.TheinductionmotordrivesavariableloadandisfedbyaninverterinconstantV/Fcontrolmode.ThePLCisinactivated.c)Thestandardvariablespeedoperation.TheinductionmotordrivesavariableloadTheopen-loopconfigurationb)canbeobtainedfromtheclosed-loopconfigurationa)byremovingthespeedandloadfeedback.Ontheotherhand,operationc)resultsiftheentirecontrolsystemisbypassed.IV.HARDWAREDESCRIPTIONThecontrolsystemisimplementedandtestedforawoundrotorinductionmotor,havingthetechnicalspecificationsgiveninTableI.Theinductionmotordrivesadcgenerator,whichsuppliesavariableload.Thethree-phasepowersupplyisconnectedtoathree-phasemainswitchandthentoathree-phasethermaloverloadrelay,whichprovidesprotectionagainstcurrentoverloads.Therelayoutputisconnectedtotherectifier,whichrectifiesthethree-phasevoltageandgivesadcinputtotheinsulatedgatebipolartransistor(IGBT)inverter.Itstechnicalspecifications[25]aresummarizedinTableII.TheIGBTinverterconvertsthedcvoltageinputtothree-phasevoltageoutput,whichissuppliedtothestatoroftheinductionmotor.Ontheotherhand,theinverterisinterfacedtothePLC-basedcontroller.ThiscontrollerisimplementedonaPLCmodularsystem[5],[26]–[28].ThePLCarchitecturereferstoitsinternalhardwareandsoftware.Asamicroprocessor-basedsystem,thePLCsystemhardwareisdesignedandbuiltupwiththefollowingmodules[29]–[37]:?centralprocessorunit(CPU);?discreteoutputmodule(DOM);?discreteinputmodule(DIM);?analogoutputsmodule(AOM)?analoginputsmodule(AIM)?powersupply.OtherdetailsofthePLCconfigurationareshowninTablesIIIandIV.Aspeedsensorisusedforthespeedfeedback,acurrentsensorisusedfortheloadcurrentfeedback,andasecondcurrentsensorisconnectedtothesta