基于PLC的矿井通风控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

本科毕业设计（论文）通过答辩 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 摘 要 本文介绍了一种基于 矿井通风控制系统， 以瓦斯浓度为主控参数，通过 制变频器实现变频调速，调节通风电机转速实现最优控制，达到安全监控与节能的目的， 可以有效 地 解决以前 矿井通风 控制负荷波动大 、 系统故障率高、能源浪费严重等一系列问题。同时，系统具有自动和手动两种控制方式，便于对系统进行维护，并能通过应用软件对 矿井通风控制 系统进行监控和远距离控制 ， 提高效率，从而实现自动控制。 关键 词 ： 变频调速 ， 自动控制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 a of of LC of to It be is of to of on be by so as to 2 目 录 1 引言 . 3 2 设计方案的拟定 . 3 3 系统的结构及工作原理 . 4 统的结构 . 4 统的控制原理 . 4 统的运行方式 . 5 频调速原理 . 6 节原理介绍 . 7 4 提高通风机装置综合效率 . 9 机调速 . 9 整轴流风机叶片安装角度 . 10 换电机 . 10 用“子母”风机 . 11 5 硬件的设计 . 11 型的选用 . 11 频器类型的选用及接线方式 . 12 斯传感器的选择 . 12 力传感器的选择 . 13 送器的选择 . 13 机的选择 . 14 源的供电方式 . 14 障处理及保护功能 . 16 6 软件的实 现 . 17 I/O 分配 . 17 线图 . 18 序控制流程图 . 18 序的调试、测试和监控 . 19 位机联机调试 . 20 件操作应注意事项 . 21 7 结束语 . 21 谢辞 . 22 参考文献 . 22 附 录 1 程序清单 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 1 引言 矿井通风控制是井下采、掘行业必不可少的环节，特别是在瓦斯浓度要求严格的作业面，井内的通风状态以及瓦斯气体含量对工作人员来说非常重要。因此，矿井通风的控制具有重要的理论意义与实际意义，近年来受到格外关注。所谓通风控制，主要是针对矿井风流的控制，通过对通风机进行调速来控制风流状态。在通常状况下，井下环境恶劣且风流压力受各种扰动影响而变化无常、难以把握。原先用人工进行通风控制，由于无法每时每刻对矿井的风量进行准确的定位 监测，很难准确控制风机的启停；并且出现故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。以往通风控制系统中有很大一部分通风电机是不变速拖动，不变速电机的电能大多消耗在适应风量的变化而频繁的开停风机中，这样不但使电机工作在低效区、减短电机的使用寿命，而且电机的频繁开停使设备故障率很高，系统的维护、维修工作量较大；另一方面，由于风量的随机性，所使用的风量是动态的，采用传统方法难以保证通风的实时性。从整体最优目标要求出发，这些因素必须在控制设计中加以考虑，这就需要寻找并应用行之有效的理论，从而来满足这些要求使设计变得简单易 行。针对以上提出的问题，本文采用自动化控制对整个矿井通风系统进行改进，将所关心区域主风流作为当前状态，井下环境干扰作为外部扰动输入，通风机输出功率作为控制输入，并考虑实际上瓦斯浓度、风流流速检测滞后的基础上，应用控制理论与技术解决这类矿井通风控制问题，在整体上求得技术与经济的最佳效益。 2 设计方案的拟定 用变频调速来控制风机的运行，通常有单片机或 制两种 方式，但在软件设计上， 单片机的编程更简洁、直观；从硬件接口考虑，单片机电路稍微复杂一些；从经济方面考虑，由于 艺的日渐成熟，小型 成本与单片机相差无几，由于要根据现场情况调整系统参数， 软件中时间参数的调整更简单， 硬件接口简易可行、提高系统运行的可靠性，特别是整个系统的稳定性和抗干扰能力很强， 这样更有利于售后服务人员掌握。 本设计方案将 变频器结合在一起组成自动化的通风控制系统，更好的优化了传统的通风系统，解决了传统系统中能耗大、通风质量差等诸多问题，它用 行逻辑控制，用变频器对电机速度进行 调节 ，自动控制电机转速，在保持恒压状况下，达到控制风量的目的。 系统通过瓦斯传感器检测瓦斯浓度和压力传感器检测的负压，经变送器 转换后，送到 行比较、判断，将控制信号送给变频器，从而控制通风电机的转速，使之实现最优控制。系统应具有“变频 /工频”切换功能，当变频器出现故障或电机需要长期在工频状态下运行时，可将电机切换到工频状态，有手动和 4 自动切换 2 种方式，同时还有手动“启 /停”功能、电机过热保护、声光报警等功能，提高了系统可靠性。 3 系统的结构及工作原理 统的结构 系统的结构框架如图 1 所示，整个控制系统主要由 频器、瓦斯传感器、压力传感器、电机组、通风机组等组成，该系统主控单元采用 控元件为变频运行的通 风电机，主控参数为瓦斯浓度。 图 1 系统控制原理框图 统的控制原理 通过安装在矿井内部的瓦斯传感器和压力传感器，将信号传给变送器变成标准电信号送入 节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数送给变频器，由变频器控制风机电机的转速 .。 系统工作主电路如图 2 所示 ， 当系统切换到自动状态时，根据检测到矿井内负压 的大小，首先控制通 风电机 启动，变频运转并随时检测其数值，如果得到设定值，系统将处于当前状态恒速运行。否则频率上升到 50频运行，如果还未得到设定值，系统 软 启动 机， 变频运行并无冲击切换到工频电源，直到矿井内负压达到设定值为止，实现通风电机循环软起动。当所需负压减小时， 机转速逐渐下降到某一个设定低速值，如井内负压仍高于设定值，瓦斯传感器 频器 380V 交流电 声光报警 手动 /自动 压力传感器 变送器 电动机 通风机 工频 /变频 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 然后停止该台 电 机运转。停止一台电机后，如果仍高于设定值，系统将 机由工频切换为变频运行 ，以此实现通风电机循环 运行 ，直到压力等于设定值。备用电机，当 生故障，以及需要维修和紧急情况时，通过启用 机来达到正常工作的目的。 图 2 系统工作主电路图 控制系统 用一台变频器可以带 两 台电机， 机可以工作在常规工频模式， 以工作在变频模式。每台电机只能处于变频或工频其中一种工作模式，通过 程序和外部接触器进行互锁，保证了安全与可靠的运行。利用安置在矿井内部的传感器将信号传输到变送器，转换成数字信号，再传送给 值在 部进行比较后，控制变频器从而对电机的速度控制。电机的起、停分别由 部参数所决定。 根据 所需负压 的大小由 制工作 组电机 数量的增减及变频器对 电机 的调速，实现 稳定的负压值 1。 采用变频器控制通风电机的转 速，并自动调节风机的运行台数，完成系统的闭环控制，达到稳定的负压和节能的目的。系统任意设定所需负压值，其反馈值通过 节后控制调速装置，以调节通风电机的运行速度，从而调节井内的瓦斯浓度。这与传统的手动控制相比，该控制系统具有通风质量高、灵活性强、能耗少、电动机启 /停平稳等许多优点。 统的运行方式 该系统包括自动和手动两种运行方式： （ 1）手动运行 该系统设有“手动 /自动”转换开关。当开关切换到“手动”时，可在现场 6 启动、停止各台通风电机。当变送器或变频器发生故障时，为确保通风可靠，三台通风电机可 分别采取手动工频运行， 该方式主要供检修 或变送器和 变频器 发生故障 以及紧急 时用。 （ 2）自动运行 当转换开关转至“自动”状态时，电机的“启 /停”及“变频 /工频”切换，完全由 据矿井内通风状况及程序内部的设定自动调整，最终达到现场无人值守、系统本身全自动运行。 合上自动开关后， 风 电机通电，变频器输出 频率从 0升，同时 收传感器的信号，经运算与给定参数进行比较，控制 变频器 调节电机转速 ，如 果风量 不 足 ，则频率上升到 50变频切换为工频， 机 变频 启动 ，变频器逐渐上升频率 直到满足设定值为止 。 变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对 二 台 通风电机 软 启 动、停止、循环变频的全部操作过程。 频调速原理 变频通风控制主要由变频器、控制系统、电机及传感器等部分组成。该系统通过控制变频调速器，将 50交流电从 0 50间频率输出，实现交流电机的无极调速，从而实现矿井通风机的优化控制，当变频系统为开环时，设备可以人为设定输出任意频率控制电机转速；当变频系统为闭环时，随着反馈等要求的变化，自动得到相应的频率。 通风电机通常由三相交流异步电动机来拖动，对通风机的调速是通过对其电机转速的调 节来实现。我们知道：异步电动机转速 n=60f(1P。在这个公式中，f 为电机电源的频率， P 为电机的磁极对数， S 为转差率 (0 3%或 0 6%)。由上述电机的转速公式可见：要想改变电机的转速，可以通过三种方法来实现： （ 1）改变电动机的频率 f； （ 2）改变电动机的转差率 S； （ 3）改变电动机的磁极对数 P。 通过对上面三种方法的分析可以知道：改变电动机的转速的最好方法是改变电动机电源的频率。因为转差率 S 的范围在 (0 3%或 0 6%)之间，由此转差率S 对电动机的影响不大，调速效果不明显，效率相对较低。改变磁极 对数 P 这种方法，首先它不容易实现，其次 由电机的工作原理决定了电机的磁极数是固定不变的。由于该磁极数值不是一个连续的数值（为 2 的倍数，例如极数为 2， 4， 6），所以一般不适合通过改变该磁极对数 P 来调整电机的速度。 电动机的转速 n 和供电电源的频率 f 成正比，要设法改变三相交流电动机的频率 f，就能十分方便地改变电动机的转速 n， 另外，频率 f 能够在电机的外面买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制， 比改变磁极对数P 和转差率 S 两个参数简单方便得多。而实际上如果仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。如果 电压不变，频率下调至小于 50，会使电机气隙磁通 (约等于 V/f)饱和；反之，电压不变，频率上调至大于 50，则使磁通减弱。所以真正应用变频调速时，需要同时改变电压 V 和频率 f，以保持磁通基本恒定。 通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。 矢 量控制具有转矩提升功能，它能增加变频器在低频时的输出电压，以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足的情况 ，使用“矢量控制”，可以使电机在低速时的输出转矩可以达到电机在 50电输出的转矩。对于常规的 V/F 控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。 转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高，因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量。矢量控制把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量的数值。矢量控 制可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机输出大的转矩。 节原理介绍 在通风控制系统中，变送器将传感器的信号变换成电压量或电流量，反馈到级模块 块， 压力反馈信号与给定信号进行比较，并经例）、 分）、 分）、诸环节调节后得到频率给定信号，控制变频器的工作频率，从而控制了电机的转速和通风量。 （ 1）比较与判断功能 设负压为给定信号，传感器的 反馈信号为到偏差信号 X 1(1) 接着根据 X 值判断如下： X 为“”，表明通风量低于给定值，电机应加速。 X 大，说明 所需风量低得较多，应加快电机的转速。 X 为“ -”，表明通风量高于给定值，电机应减速。 X 小，说明所需风量高得较多，应使电机减速。 8 如果所用风量 Q 增大了，引起通风不足，于是出现了偏差信号 X 。具体数值因其型号的不同而各异。 图 3 能示意图 (a)风量增大 (b)负压下降 (c)P 调节后的风量 (d)P 调节后的负压 (e)节后的风量 (f)节后的负压 (g)节后的风量 (h)节后的负压 仅仅依靠 X 的变化来进行上述控制，虽然也基本可行，但在 X 值很小时，反映不够灵敏，不可能使 X 值 减小为 0，而存在静差 。 （ 2） P（比例）功能 简略的说， P 功能就是将 X 值按比例放大。这样， X值即使很小，也被放大得足够大，使电机的转速得到迅速调整，从而减小了静差 。但是，另一方面， P 值设定得大，则灵敏度高，通风压力 达给定值 1由于拖动系统有惯性的原因，很容易发生超调（风压超过了给定值）。于是又必须向相反方向回调，回调也很容易超调。 结果使风量 Q 在新的风量处振荡，而风压 （ 3） I（积分）功能 振荡现象之所以发生，主要是电机的升速过程和降速买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 过程都太快的缘故。 I（积分）功能就是用来减缓升速和降速的功能，以缓解因 I 功能和 P 功能相结合，即为 能。 （ 4） D(微分 )功能 为了克服因 I 值设定过大而带来的缺陷，又增加了 D（微分）功能。 D 功能是将 X 的变化率（tx ）作为 自己的输出信号。当风量刚刚增大、负压tx 最大；随着电机转速的逐渐上升，负压tx 将迅速衰减。 D 功能和 能相结合，便得到 节功能 2。 能示意图 如图 3 所示 。 4 提高 通 风机装置综合效率 通风机装置是矿井通风的心脏，是通风系统最重要的组成部分。它功率大，日夜不停地运转、耗电量很大。据统计，全国统配 煤矿平均主通风机耗电占全矿耗电的 16%。对主通风机进行改造，应优先考虑提高风机装置综合效率，即在系统改造的基础上通过风机调速、调整叶片安装角度等措施提高效率，尽量避免更换风机，因更换风机投资多、工程量大、工期长。总之，调节方案的选择取决于调节期长短，应综合考虑多个方面因素，经过技术和经济比较后采取综合治理措施 3。 机调速 风机的选型一般是以风机服务期内应克服的最大阻力的风机风压为依据。当矿井风量过大时，采用风峒中的调节闸门来控制风量，但通风阻力大增，风机风压增加，风机所消耗的功率变化不明显。而 采用调速技术来调节风量，其功率变化是非常显著的。根据比例定律，同型号风机，当转速由 为 ，存在着n1/3212121 / 。 由此可见，风机转速稍有变化，矿井的风量变化不明显，而风机的风压和功率的变化较大。所以，当矿井风量过大时，采用调速技术控制矿井风量，比闸门控制风量节电效果明显。而当风量不足时，采用增速调节比新购置风机将节省一大笔购置费和安装费。 如 图 4 所示 为 机部分性曲线，风机转速710r/采用闸门调节时，矿井风量为 56.5 m3/s，风压力 2760 用闸门控制风量，将风量控制在 50m3/s，此时矿井通风总阻力为 2960 机功率消耗为 190 不用闸门调节时功率降低 10经改造将风机转速由710r/为 630 r/闸门提起，矿井风量仍控制在 50 m3/s，此时主扇风压为 2180 扇所耗功率仅为 143 采用闸门调节相比，年节省电费12 万元。可见，矿井通风改造时应优先考虑风机调速。 随着调速技术的发展，调速方法很多，诸如晶闸管串级调速、液力偶合器调速、变频调速、双速电机等。选 用时要考虑实施的可能性或采取综合措施，但风 10 量不足时，增速调节要注意风机的转速不要超过风机的最大转速，以免发生风机震动、噪音增大、轴温升高、电机超载等问题。 图 4 风机部分性能曲线图 整轴流风机叶片安装角度 轴流式扇风机由于叶片安装角度可调，因此当矿井需风量发生变化时，可通过调整叶片安装角度来满足矿井通风要求。但调节应该在系统改造的基础上进行，不能盲日的加 大 叶片安装角度。 换电机 据调查现在不少煤矿的主要通风机都存在着电机与风机不匹配即“大 马 拉小车”的现象。一 方面由于设计的原因，考虑的备用系数过多 ;另一方面由于生产布局的调整，系统的改变造成的。对这种情况，应进行经济技术分析比较，需要更换电机的应予以更换，以降低电机空载损耗。如双鸭山 A 矿井，设备选型时选用的电机功率为 800 于生产布局的调整，总需风量减少，主扇所需输人功率下降，使得电机容量过剩，经实测 40叶片安装角时电机功率仅为 340 使考虑一定的备用系数及叶片安装角增大时功率的增加值，其电机功率也只需500 此根据现场实际情况，系统改造时将电机更换为 630 空载功率下降了 40 节省电费 13 余万元。可见“大马拉小车”的局面应尽快改变。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 用“子母”风机 现在煤矿使用的主扇和电机的选型，一般是考虑开采前期、中期和后期矿井的风量风压的变化情况，“一锤定终身”，且两个 通 风机的型号是一样的。这样势必造成前期风量大 、 风压高，通风能力过剩。建议风机选型或改造时选用“子母”风机，即选用一个大风机 和 一个小风机，或风机型号一样 ， 所选电机在转速或功率上有所差异，以适应不同生产情况下的矿井通风要求。运行时以适合矿井通风能力的通风机作主通风机，另一通风机作备 用 ，当需要检修时启动备 用 临时进行通风。 5 硬件的设计 型的选用 日本松下公司的 列 以说是可编程控制器市场 的后起之秀，超小 型 近几年开发的新产品，虽然松下电工的产品进入中国市场较晚，但由于其设计上有不少独到之处，其产品特点可以归纳为以下几点： （ 1）丰富指令系统 在 列 ，即使是小型机，也具有近 200 条指令。除能实现一般逻辑控制外，还可以进行运动控制，复杂数据处理，甚至可以直接控制变频器实现电动机调速控制。此外， 以单台使用，也可以多模块组合，最多可增加3 个扩展模 块， I/O 口从最小 10 点可扩大到 128 点。 （ 2）快速的 理速度 列 种机型的 度均优于同类产品，小型机尤为突出，超小型 几 步，对于大型机，处理速度会更快。 运行速度在同类产品中是最快的，每个基本指令执行速度为 500 步的程序只需 扫描时间。还可读限制 50s 的窄脉冲，即 脉冲捕捉功能。 （ 3）大程序容量 列机的用户程序容量也较同类机型大，其小型机一般都可达 3 千步左右，最高可达到 5 千步。 有大容量的数据寄存器，可用于复杂控 制及大数据量处理。 （ 4）功能强大的编程工具 列无论采用的是手持编程器还是编程工具软件，其编程及监控功能都很强。其 手持编程器还有用户程序转存功能。其编程软件除已汉化的 ，还推出了 的 新版的 些工具都为用户的软件开发提供了方便的环境。 （ 5）强大的网络通信功能 12 列机的各种机型都提供了通信功能，而且它们所采用的应用层通信协议又具有一致性，这为构成多级 络，开发 络应用程序提供了方便。松下电工提供了多达 6 种的 络产品，在同一子网中集成了几种通信方式，用户可根据需要选用。尽管这些网络产品的数据链路层与物理层各不相同，但都保持了应用层的一致性。 经 直接连接调制解调器。通信时若选用“ 调制解调器 ” 通信方式，则 使用 令自动拔号，实现远程通信 4。 频器类型的选用 及接线方式 选用变频器的类型，首先要按照类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩等， 然后决定选用那种控制方式的变频器 。为满足本系统需要， 选用富士变频器列， 它具备以下功能： （ 1） 简单矢量控制 功能 ， 简单矢量控制是 确保低速运转时仍保持高转矩（ 1转矩为 150%额定转矩）。 （ 2） 自动调谐（带差转补偿）功能 ， 此功能可以自动监控矢量控制电动机的恒定值，并适用于 2 极、 4 极或 6 极的三相 鼠 笼式电动机。 （ 3） 速度跟踪功能 ， 起动变频器时无需停止电动机的运转（空转时）即可从商业电驱动运行过渡到变频器驱动运行或者从突然断电后恢复运转。 （ 4） 改进的防止跳闸功能 ， 在过载运行中，当输出电流达到过流失速水平时，该功能可以自动降低频率 ； 负载恢复正常后，该功能又自动将频率恢复到原设定 值并继续运行 ； 该功能还可以防止某些机械运行中因过电流而跳闸。 变频器的接线图如图 5 所示。 图 5 变频器的接线图 斯传感器的选择 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 根据设计要求，为了满足功能需要选用 斯传感器，由上海无线电14 厂根据瓦斯报警的特定功能和技术要求新近开发研制的一种单片低压、低功耗、微小信号检测报警的专用设备。它适合于煤矿开采过程中的瓦斯检测与报警，其内部设两个报警通道，可发出预报和危险两种报警信号，报警信号又分为视觉和听觉（声音）两种，而以声音信号的不同来代表预报（低浓度）和危险（高浓度）两种报警形式。芯片内部由小信号放大器 个信号比较器 组振荡器，逻辑编码控制器以及驱动器组成。使用电路简单，易于调试，安装方便。 用全 艺制造，具有输入阻抗高，功耗低的特点；又由于采用了最新低压 性电路设计技术，并巧妙地将线性电路与逻辑电路组合成完整的功能系统，因而具有工作电压低、满足井下工作环境要求等特点。 报警电路工作过程：瓦斯传感器输出信号通过 17、 18 脚送入到内部小信号放大器 其将传感器的微弱信号放大后由 19 脚输出形成 号， 过 16、 13 脚进入两个信号比较器 由 从提取的预报与危险两种基准信号 行比较，形成报警控制信号 1 脚 )和 4 脚 )。当 ，两报警控制信号同时为低电平，说明此时瓦斯浓度很低，没有危险，不需要报警；当 ，预报警控制信号 高电平，危险报警控制信号 低电平，说明此时瓦斯有了一定的浓度 ,应进行预报，这时 过第 3 脚输出频率较低的声音预报报警信号，同时通过 2 脚输出光报警信号；当 ，两报警控 制信号同时为高电平，说明此时瓦斯浓度已达到了危险的程度，这时 过第 3 脚输出频率较高的声音危险报警信号 , 光报警信号仍然通过 2 脚输出。 力传感器的选择 于压阻式压力传感器。压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件。它是在单晶硅基片上用扩散工艺制成一定形状的应变元件，当受到压力作用时，使应变元件的电阻率发生变化，电阻变化引起电路输出电压发生变化。压阻式传感器的特点有：易于小型化、易于集成化、灵敏度高、测量范围宽、频率响应宽、工作可靠寿命长、受温度影响大。压阻式压力传感 器广泛应用于流体压力、压差的测量。 送器的选择 在通风控制系统中选用变送器是将矿井内压力传感器的模拟信号变换成标准的电信号。从而便于 的 节，实现 对变频器的控制，使变频器输 14 出相应的频率来控制电机的转速，有效的调节矿井内的通风 量 。在整个控制系统中，变送器起着非常重要的作用。 在本系统中选用由 天津市奥斯克科技发展有限公司 生产的 列电容式压力变送器 。 列电容式变送器是采用国外先进技术和设备 ， 关键原材料、元器件、和零部件均从国外进口，整机经过严格组装和测试。具有设计原 理先进，品种规格齐全，安装使用简便（规格、尺寸与原装 1151 完全兼容），外形美观等特点。最近研制开发出来的 S 智能系列更是一种智能式变送器，有很强的使用价值。目前，该系列产品已广泛应用于石油、化工、冶金、电力、食品、造纸、医药、机械制造等行业。 同时 列 电容式变送器 还具有以下特点： 精度高 ， 稳定性好 ， 二线制 输出标准电流（ 0； 阻尼可调、单向过载保护特性好 ， 无机械可动部件、维修工作量少； 全系列统一结构、零部件互换性强 ， 接触介质的膜片材料可选择 ， （ 316L，耐腐蚀材料）防爆结构、全天候使用； 基于以上优点 ， 选用 列电容式压力变送器 。 机的选择 1#泵电机 2#泵电机 为 15三相鼠笼型异步电动机，工作方式：在工频 /变频情况下都正转，并且可以手动控制。 3#附属小泵电机 三相鼠笼型异步电动机，工作方式：在工频/变频下都正转，且可以手动控制。 1#泵和 2#泵电机顺序起动，附属小泵电机起平衡作用。要求各个电机都具有短路和过载保护。 源的供电方式 煤矿井下掘进工作面一般采用通风机以稀释巷道涌出的瓦斯浓度。 在高瓦斯矿井的掘进工作面，一旦出现因供电故障而造成通风机停电停风，在很短的时间内会造成瓦斯积聚，进而使瓦斯浓度超限，严重威胁矿井的安全生产。经分析造成掘进工作面瓦斯浓度超限的主要原因有： （ 1）掘进工作面局部通风机停电停风； （ 2）通风系统出现故障； （ 3）没有严格按照煤矿安全规程的规定操作； （ 4）矿井局部通风设施管理混乱。 上述 4 个原因中，掘进工作面局部通风机的停电停风是引起井下掘进工作面买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 瓦斯超限最主要的原因。所以，为了预防掘进工作面瓦斯聚集导致瓦斯爆炸事故，井下局部通风机供电方式是非常重要的。 图 6 单电源供电方式 （ 1） 单电源供电方式 如 图 6 所示 。此供电方式只有 1 路电源 ， 掘进工作面的用电设备和通风机共用同一路电源线路 ， 其特点是接线方式简单。但当供电线路出现停电检修、短路、漏电等 ， 或掘进工作面其他用电设备发生故障时 ， 该掘进工作面通风机就会停止工作 ， 造成该掘进工作面的瓦斯浓度超限。 （ 2） 在图 7 供电方式的基础上增设双电源 ， 使掘进工作面的用电设备和通风机由两路不同的电源线路供电。并且增加 1 台备用通风机 ， 所有的通风机均采用更灵活、更安全可靠的双电源供电方式 ， 如 图 7 所示 。 图 7 双电源供电方式 此供电方式的优点：掘进工作面采用 2 台通风机供风， 2 台通风机由 2 路不同的电源线路供电。 2 台通风机可以同时运转，如果其中的一路供电线路出现故障，则发出报警信号由工作人员排除故障，电源从另一供电线路供电保证通风机仍能正常运转供风，以保证掘进工作面的正常供风，此供电方式使工作面更加安全可靠。掘进工作面局部通风机采用合理的供电方式，能保证掘进工作面局部通风机正常工作，确保安全生产。有电则风流通畅，有风则瓦斯不会聚集。因此， 16 加强通风设施的管理 ,增强安全意识，是预防煤矿井下瓦斯超限的行之有效的方法 。 障处理及保护功能 （ 1）故障处理 从冗余设计原则考虑，在变频器发生故障时仍要不间断工作。当变频器突然发生故障，蜂鸣器报警， 指令使全部通风电机停止，然后 通风机功率大于 37需要采用降压启动方式），经过一定延时后根据井内瓦斯浓度， 按实际情况在工频状态下切换。当出现停机、电动机欠压电、过压或故障等情况时，均能由蜂鸣器发出警报声。条件许可时可以添加 块，在变频器、电动机发生故障时能通过远程通信口拨叫值班人员电话，通知有关人员前来维修。所有故障解决、 恢复正常后，报警信号取消。 有时电源会突然断电，可自动切换到另一个备用的电源，恢复供电后若系统无法起动会造成严重后果，为此本系统设置了通电后自动变频起动方式。在电源恢复后， 发出指令，蜂鸣器发出警告，然后按自动运行方式首先变频起动 到风量达到稳定。 （ 2）电动机热保护功能 图 8 富士变频器的热保护 电动机过载的基本特征是温升超过额定温升。因此，从根本上说，对电动机进行过载保护的目的，是使电动机不因过热而烧坏。在选择电动机时，是按照电动机的温升情况进行计算的。对于某些变动负 载和断续负载，短时间的过载是允许的。 采用日本的富士 列的变频器，具备了过转矩保护功能，即当转买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 矩电流超过由用户预置的数据时，将进行报警，甚至跳闸。 如图 8 所示，当电动机内的温度变化时，由于热敏电阻 阻值变化 ,使 A 点的电位也随之变化。 A 点的电位和基准值（与电动机的额定温升相对应）比较，比较结果将决定继电器 点的状态。 当电动机过热时， A 点电位超过基准值，使 合，变频器将因为得到过热信号而报警或跳闸 5。 6 软件的实现 编程软件采用松下电工公司开发的在 境下使用的 软件：支持所有松下电工生产的 品，可以用这个软件来实现：对 序和注释和输入及编辑；程序检查；运行状态和数据的监控及测试；系统寄存器和 种系统参数的设置；程序清单和监控结果等文档的打印；数据传输及文件管理等功能。 件采用的是典型的 面、菜单界面、编程界面、监控界面等可同时以窗口形式相叠或平铺显示，甚至可以把两个不同的程序在一个屏幕上同时显示，可以通过快捷键在各个窗口之间进行移动和切换，这给调试程序和现场监控带来了便利。各种功能切换和指令的输 入既可用软件上的键盘快捷操作键操作，也可用鼠标点击图标操作。菜单采用点击下拉形式，操作起来很方便，特别是它在软件的“帮助”菜单中增加了软件操作方法和指令、特殊内部继电器、特殊数据寄存器等一览表。这样在没有手册的情况下也能方便的使用。 计算机与外设通信通常采用 行口，常用 端为与计算机相连的 9 针凸式梯形插头，另一端为与适配器相连的 25 针凹式梯形插头。若 编程电缆引出口采用的是 行口，就要使用配器。将所连 波特率设置为 96009600各编程软件的初始化设置。 为方便调试和编程，系统控制器采用模块化编程，系统由若干个子程序构成，包括数据采集子程序、控制量运算子程序、电机控制子程序、报警子程序、风力调节子程序、压力检测子程序、停机“睡眠”子程序等等组成。 I/O 分配 在这个控制系统中，共用到 8 个输入和 8 个输出。输入口从 出口从 中 合开关，要求在任一时刻都有一个处于闭合状态，即系统处于自动状态或是处于手动状态。 如表 7 所示。 18 该系统具有手动和自动两套运行模式，手动运行靠转换开关和接触器来 实现，不需要 软件编程，这样可以减少 I/O 点数，不仅降低了成本，还提高了整个系统的可靠性，一旦 现故障，还可以手动运行。 表 1 I/O 口分配表 线图 图 9 线图 序控制流程图 根据煤矿安全规程，当瓦斯浓度达到或超过 ，应进入排放瓦斯状态。为了达到节能效果，当瓦斯浓度在 0，局部通风机的转速与瓦斯浓度的增减成比例地升降，即随瓦斯浓度的变化自动调整转速。本系统设计的调频控制完成了此功能，其程序流程如图 10 所示。 制程序 见附录。 流程图如下