基于PLC矿井通风系统的设计【说明书论文开题报告外文翻译】
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毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：通过毕业设计，使学生受到电气工程师所必备的综合训练，在不同程度上提高各种设计及应用能力，具体包括以下几方面： 1. 调查研究、中外文献检索与阅读的能力。 2. 熟练掌握矿井通风的理论知识和实际控制要求，并具有综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力。 3. 定性与定量相结合的独立研究与论证的能力。 4. 实验方案的制定、仪器设备的选用、调试及实验数据的测试、采集与分析处理的能力。 5. 设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机的能力。6. 逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1.本课题要求设计一款基于 PLC 的矿井通风系统。 1）写出矿井通风系统的设计方案；要求将 PLC 与变频器结合在一起组成自动化的通风控制系统，优化传统的通风系统，解决传统系统中能耗大、通风质量差等诸多问题。用 PLC 进行逻辑控制，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。 2）硬件上该系统要求以 PLC 为核心，配合瓦斯传感器、压力传感器、变送器、变频器、电动机、触摸屏等构成矿井通风系统的硬件电路。硬件要求有必要设备的选型。 3）软件上要求写出程序流程图、梯形图等。程序不仅要有流程图，还要有注释。主要的子程序（PID 子程序等）也必须给出。 4）系统需要进行设备调试，并能成功运行。 2.最终完成一篇符合金陵科技学院毕业论文规范的系统技术文档，包括各类技术资料，电路图纸，总体电路图，程序等；3.在设计过程中要有严谨、科学、求实的工作态度，按要求设计合理方案，尊重客观事 实，设计中要体现可行性、客观性、真实性、创新性； 4.能够完成各项任务，参加最后的毕业设计答辩。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求： 1.按期完成一篇符合金陵科技学院论文规范的毕业设计说明书（毕业论文） ，能详细说明设计步骤和思路； 2.能有结构完整，合理可靠的技术方案，并配有完备的系统方案图； 3.能有相应的硬件电路设计说明，有明确完备的硬件清单，和完备的总体电路图； 4. 软件设计有相关的流程图、程序清单。 5. 要进行所设计系统的调试，并在答辩时完成实际系统展示。 4主要参考文献： 1 王树刚，王继仁，桂祥友等.矿内空气非定常流动规律研究J.辽宁工程技术大学学报，1998，17(4) 2 李舒伶，任志玲，王玉学等.矿井火灾时期风流控制系统研究J.辽宁工程技术大学学报，1999，18(2) 3 沈海鸿，谢晨阳，刘培根等.预测控制系统在矿井通风系统中的应用J.辽宁工程技术大学学报，2001，20(3) 4 秦彦磊，陆愈实等.基于 BP 神经网络模型的矿井通风可靠性研究J.中国地质大学工程学院学报，2006，32(2) 5 秦宪礼，吴强，姚嵩等.提高矿井通风能力的方法J.黑龙江矿业学院学报，1998，8(2) 6 陈伟，李光等.矿井通风机监控系统的设计J.株洲工学院学报，2006，72(4) 7 胡维喜，蒋曙光，吴征艳等.一种新颖的矿井通风数据处理系统J.中国矿业大学能源科学与安全工程学院学报，2006，6(5) 8 周谷珍，李明等.井下局部通风机供电方式的探讨J.重庆工程职业技术学院学报，2006，33（6） 9 李德俊.煤矿井下局部通风机的使用与控制J.北京工业职业技术学院学报，2004，5(2) 10 李国厚.PLC 原理与应用M.北京：清华大学出版社，2005 11 张建华，陈长华等.矿井通风网路可靠性定量分析J.辽宁工程技术大学学报，2006，16(1) 12 岑佑华，余琳等.铜绿山矿通风系统优化及改造J.大冶有色金属公司设计研究院学报，2006，2(2) 13 魏连江，王德明，赵守鹏等.矿井通风安全管理系统的开发模式J.中国矿业大学能源与安全工程学院学报，2006，3(3) 14 益民，林海鹏，赵汗青等.PLC 在矿井局部通风机变频调速系统中的应用J.黑龙江科技学院学报，2004，12(5) 15 韩安荣.通用变频器及其应用M.北京：机械工业出版社，2004 毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：2015.11.04-2015.11.28 在毕业设计管理系统里选题 2015.11.29-2015.12.16 与指导教师共同确定毕业设计课题 2015.12.17-2016.01.10 查阅指导教师下发的任务书，准备开题报告 2016.02.25-2016.03.09 提交开题报告、外文参考资料及译文、论文大纲 2016.03.09-2016.04.28 进行毕业设计（论文） ，填写中期检查表，提交论文草稿等 2016.04.29-2016.05.09 按照要求完成论文或设计说明书等材料, 提交论文定稿 2016.05.09-2016.05.13 教师评阅学生毕业设计；学生准备毕业设计答辩 2016.05.14-2016.05.21 参加毕业设计答辩，整理各项毕业设计材料并归档 所在专业审查意见：通过 负责人： 2016 年 1 月 14 日 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000 字左右的文献综述： 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。我国是使用燃煤大国，煤矿在我国的经济系统占很重要的位置。近年来，我国煤矿安全事故频发，不仅造成了大量人员的伤亡，更导致了巨额的经济损失。所以，提高矿井通风系统的可靠性成为当前现实迫切的需求。 矿井通风系统是矿井生产系统的重要辅助系统,其可靠性高低对矿井生产和安全管理有着直接的影响。采矿业是推进人类文明的一个工业领域，而矿井通风的发展过程是一部十分悲壮且感人肺腑的历史。在 18-19 世纪，英国工业革命以来，人类文明对煤矿的需求迅速增长，由于当时条件简陋，矿井通风仅仅靠自然通风。1854 年 12 月北英格兰采矿工程师协会阿金森发表论文关于矿井通风的理论 ，论文提出的和发展的通风原理在现代矿井通风设计仍然被作为基础。到了 19 世纪末，由于蒸汽机的发明，矿井风机从活塞式或气缸式改成离心式，离心式风机对空气流通有很大帮助。到了上世纪 20 年代，通过使用先进的仪器，可以对矿井风流、压力开展有组织的测量，1930 年第一台轴流式风机应用于矿井通风。1943 年，恒斯雷教授提出应用热动力学分析风流的性质，与 1952 年将模拟计算机应用到矿井通风。60 年代初期，数字计算机取代了模拟装置。到了 80 年代，计算机网络分析成为矿井通风设计的主要方法。在上世纪 40 年代，原苏联采矿学家、苏联科学院院士斯阔成斯基创立了矿井空气动力学，提出煤层空隙率和测定瓦斯含量的研究方法。近代，我国的采矿技术由于历史原因，远远落后西方国家。直到 19 世纪 70 年代，才从西方引进机械通风技术，解决了由于矿井风量不足而限制生产发展的问题。20 世纪初，广泛使用风门、风席、风墙和风桥。50 年代我国煤矿业采用双巷道，实现全风压通风，但是通风阻力大，有效风量率低，逐渐被局部通风设备通风方法取代。到 80 年代，首创可控可循环风技术，采用采矿区域回风流通过可控循环风机，经过一系列处理使回风巷道中的一部分乏风再导入采矿区域重新使用。到现代，我国矿井通风系统采用了实时闭环监测、分析与决策控制系统对矿井中空气的温度、压强、瓦斯的浓度、空气流速等数据进行收集再通过计算机进行分析自动调整矿井通风情况。目前为止，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。 因此，本设计方案将 PLC 与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 PLC 进行逻辑控制，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 PLC 进行比较、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。 参考文献： 1 何兴,李康来.煤矿矿井通风系统问题分析与解决对策J.中国新技术新产品.2012,3. 2 吴燕翔,李权任,成萍,刘雨青.基于 PLC 的矿井通风机变频控制系统的设计J.科学技术与工程.2009,16. 3 陈伟,李光.矿井通风机监控系统设计J.煤矿现代化.2006,4. 4 刘永军.煤矿通风系统中存在的问题探讨J.中国高新技术企业.2008,18. 5 邱继发.关于矿井通风问题的探讨J.煤矿技术.2008,4. 6 赵红.煤矿通风系统存在的问题及改进途径J.甘肃科技.2008,2. 7 张照宇.对矿井通风问题的思考J.山西焦煤科技.2005,6. 8 唐敏康.矿井通风系统的灰色分析J.有色金属;1997,3. 9 张惠忠.我国矿用风机发展概况评述J.煤矿安全.1995,6. 10 史永德,黄明秀,苏广福,韩广顺.热风压影响矿井通风系统的调整J.煤炭技术.2005,2. 11 徐洁净.矿井通风系统都要独立J.平顶山日报.2008. 12 石远峰,马三喜,张子应.让矿井风足气顺J.中国煤炭报.2001. 13 程健维.矿井通风系统安全可靠性与预警机制及其动力学研究D.中国矿业大学.2012. 14 刘承思.矿井通风网络的调节与控制J.煤矿安全.1984,1. 15谭家磊.通风系统评判及安全预警系统研究D.山东科技大学.2005. 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1、研究设计内容: 该基于 PLC 的矿井通风系统，通过瓦斯传感器检测矿井的空气中的瓦斯的浓度，温度传感器检测矿井内的温度，良好的通风状态下的矿井的瓦斯浓度和温度应该在一个合理的范围，查阅相关资料，在 PLC 程序上设置好瓦斯浓度、空气温度的阈值，当出现不平衡状态时，风机启动使矿井里面的空气流动，风机风速通过变频器慢慢爬升到固定转速。上位机部分支持远程启动风机和实时调节风机的最终固定转速，以及显示矿井内空气温度数据、瓦斯浓度信息等状态。 2、设计途径: 该基于 PLC 的矿井通风系统，硬件电路包括：瓦斯传感器电路、温度传感器电路、A/D 模块、PLC 主机、风机电路。软件设计：PLC 主程序、变频器变速程序、瓦斯浓度和空气温度数据模拟量转数字量程序、触摸屏画面。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语：综述内容较为丰富，参考文献合理，概括了课题所包含的研究内容的相关背景、基础知识、发展现状等，同时还对本课题所研究的任务进行了一定的阐述，对本课题的研究有一定的指导意义。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题研究的任务是基于 PLC 矿井通风系统的设计，该课题的研究目前相对成熟，深度中等，工作量适中。如果学生能认真对待，通过实例调研，查阅专业资料，系统调试，相信能够实现最终的设计任务和结果，并对自己的专业应用能力是一个非常大的提高。3.是否同意开题： 同意 不同意指导教师： 2016 年 03 月 04 日所在专业审查意见：同意 负责人： 2016 年 03 月 08 日译文题目：Positioning Mine Ventilation Recirculation Winds Based on the Depth-First Search Method 基于深度优先搜索法的矿井循环风通风定位 2016 年 3 月 4 日Positioning Mine Ventilation Recirculation Winds Based onthe Depth-First Search MethodAbstract:This paper put forward the method of positioning the recirculation wind in one mine ventilation system according to the practical mine ventilation problems. Depth-Fist search method was used to locate the recirculation winds; the node where a fan located was designed as the beginning and the end of search because most of the recirculation winds are near the fan. Search strategy of Depth-Fist research method was modified in order to realize the function of locating recirculation winds; this paper also showed the example of real mine ventilation on recirculation winds problems.1. IntroductionThe studies of recirculation winds have the far-reaching significances for the mine safety production;the recirculation winds have two aspects. One aspect is recirculation winds produced by the role of more than two fans which influent each other; this aspect damage the route of the ventilation, it should be eliminated; another is to alleviate the shortage of the wind for a ventilation system. This aspect is not in the research scope of this paper2. Putting forward of the problemYunnan Dahongshan copper mine which located in the west of China have 19 levels working field mining usually at the same time. There are 38 fans are installed underground. The total efficiency is 4216KW. 2.1. The Characteristics of dahongshan copper mine ventilation system Mine ventilation system is very huge with thousand of roadways and five downcast shafts and 4 upcast shafts. Recirculation winds are diverse, which exist in one level or between several levels. Multistage station ventilation type was adopted with the fans being installed underground. This type of ventilation gives rise to the possibility of existence of recirculation winds. The ventilation system has the characteristic of system relevance that makes the circulation wind in one place cause another circulation in another place. These characters of the Danhongsan Copper Mine make the recirculation winds easy occur, especially near the place where fans located. The existence of a large circulation wind greatly reduced the ventilation system efficiency, and constrains the mine production of an important factor. 3. The situation and position of recirculation windRecirculation wind would occur in the following four situations: The ventilation systems adopt the multistage stations type 2;The ventilations systems when fire happens underground. Secondary fan settings are not reasonable 3. The fan surge phenomena happened. The recirculation wind may existence in the following places: The place around fans located. The location where there are zero pressure areas. Sometime, the globular recirculation will appear between multiple levels, which make it more difficult for positioning recirculation wind. According to the production experience, the recirculation wind that occurs near the fans occupied a large ration. So, eliminate the recirculation wind near the fans could make the ventilation system more stable and efficient. 4. The principle of application depth-first method to positioning recirculation windRecirculation wind in a ventilation system means unidirectional Circuits in a ventilation network 2, this article uses the method of positioning unidirectional circuits to find the recirculation wind in a ventilation system. Depth-first search followed by the search strategy is as deeply as possible search 4. The search would begin from a node, if there are nodes, which have other nodes connect with it, the search will continue until one node that has not any other node connected with it. Then the search will go back to the node that have at least have one node connect with it , the search will stop until all the node have been reach. The search strategy was modified in order to find the recirculation wind near the fan: The search will go along the wind direction only.When the search reaches the node where represent the fan again, record the route, the node is forbidden to search again. We get a unidirectional circuit that is recirculation wind.Set certain space search range because I only search near the circulation fan may wind. The search began from the node that represents the fans, when all the nodes were already visited from the fan nodes, then stop the search. 5. The example of searching for the recirculation wind As the following network structure show, suppose one node represents the place where a fan located. Due to the unreasonable setting of fans, there are recirculation fans in this network. The recirculation wind from the position of one node, finally back to 1. In order to facilitate the presentation, we set of virtual point 1, node 1 and node 1 represent the same pace. Figure 1.Ventilation NetworkSearch first from the fan node 1, node 2, 3, 5, which have no difference could be search. The node 2 was visited in the following figure and we put node 2 in a list. Now there are two nodes in the List that record the search path. (a) (b)Fig2. (a) Ventilation Network with Node 2 Visiting; (b) Ventilation Network with Node 1 visitingBecause node 1 and 1 represent the same node, we get a recirculation wind, we record this path. Then back along the path to a node what have other nodes connect with it and have not been visited. The search began for this node. As the figure three showings, after back to node 4 that had two nodes connect with it and have not been visited. Figure 3. Ventilation Network with Node 4 visiting againThe figures 4 show us another recirculation wind of path 1,2,4,5,6,8,7. Using this method, we got two recirculation winds as figure five showings: Figure 4. recirculation wind pathPositioning the recirculation using unidirectional circuit theory is all based on the matrix calculations and network diagram search, for complex ventilation system. Suitable matrix calculation software will facilitate to search. We select Matlab 7.0 which can realize the data to graphics as the programming software 4. We use this method introduced above in Dahongshan Copper Mine. We got the recirculation wind as the thick line showed in the following figure 6. Figure 6. Dahongshang Ventilation System with Recirculation Wind6. ConclusionWhen recirculation wind exists in a ventilation system will cause gas accumulation, harmful material such as dust accumulation, it also could reduce the reliability and efficiency of the ventilation system.This article put forward a method of positioning the place of recirculation wind by using the graph theory. This method will help for the designer to eliminate recirculation wind when designing the ventilation system.基于深度优先搜索法的矿井循环风通风定位摘要:根据实际矿井通风问题，提出了一种矿井通风系统中循环风的定位方法。深度优先搜索方法被用来定位的再循环风，一个风机位于被设计为开始和结束搜索的节点。被修改的深度优先搜索方法的搜索策略以实现定位循环风的功能；本文并对实际矿井通风问题进行了实例分析。1、简介循环风的研究对矿井安全生产具有深远的意义，对循环风有2个方面。一方面是循环风产生的作用，超过2个风机的相互影响，这方面损害的通风，它应该被淘汰，另一个是缓解风的风的通风系统。这方面不在本文的研究范围内。2、问题的提出云南大红山铜矿位于中国的西部有19个层次的工作领域挖掘通常在同一时间。有38个风机被安装在地下，总效率达4216kw。2.1、大红山铜矿通风系统的特点矿井通风系统是非常巨大往往伴随着数以千计的巷道和5个出风井、4个进风井。再循环风是不同的，出现在的一个方向或几个方向。多级站通风方式采用风机被安装在地下。这类通风提高了循环风存在的可能性。通风系统具有系统关联，一个地方产生的循环风可能在另一个地方产生另一个循环风。大红山铜矿的这些特点使再循环风容易发生，特别在风机附近处。一个大的循环风大大降低了通风系统效率的存在，也是制约矿井生产的重要的因素。3、和再循环风位置的情况循环风将在以下四种情况发生：通风系统采用多级站式；火灾发生时，井下的通风系统；二次风机设置不合理的；风机喘振现象的发生。循环风可以在以下地方存在：在风机所在的地方。有零压区的位置。有时，球状的循环之间的多层次的出现，使得定位循环风更难。根据生产经验，风机附近发生循环风的占了很大的比例。因此，消除风机附近的循环风可以使通风系统更加稳定和高效。4、应用深度优先法原理定位循环风在一个通风系统循环风方式通风网络中单向回路，本文采用单向电路定位方法在通风系统发现循环风。深度优先搜索后的搜索策略是尽可能搜索深。搜索从一个节点开始，如果有节点，而其他节点连接它，搜索将继续下去，直到一个节点，没有任何其他节点与它相连。然后，搜索将返回至少有节点有一个节点连接它，搜索将停止，直到所有的节点已经达到。搜索策略进行修改，找到附近的风机循环风：搜索将沿着风的方向。当搜索到的节点代表风机再次记录路由，节点是禁止再次搜索。我们得到一个单向电路，循环风。设置一定的空间搜索范围，因为我只搜索附近的循环风机。搜索从主风机的节点开始，当所有来自主风机的节点已经被搜索过了，停止搜索。5、寻找循环风的例子如下面的网络结构显示，假设一个节点代表了一个放置风机的位置。由于风机位置的不合理设置，在这个网络中产生了循环风。从一个节点的位置的循环风，最后回到1。为了方便演示，我们设置虚拟点1，节点1和节点1代表相同的步伐。图1 通风网络搜索首先从风机节点1，节点2，3，5，无差异可以搜索。节点2在下图参观我们的列表中的节点2。现在在列表中记录搜索路径的两个节点。(a) (b)图2 （a）节点2通风网络；（b）节点1通风网络因为节点1和1代表相同的节点，我们得到一个再循环风，我们记录了这条路。然后又沿着路径节点有其他节点连接它并没有被访问过。人们开始寻找这个节点。如图3显示，在它回到节点4，有两个节点连接并没有被访问过。图3 节点4通风网络图4向我们展示了另一个路径1,2,4,5,6,8,7再循环风。使用这种方法，我们如图五看房有两循环风：图4 循环风路定位循环使用单向电路理论都是基于矩阵的计算和网络图搜索、复杂通风系统。合适的矩阵计算软件将有助于搜索。我们选择MATLAB 7实现数据图形编程软件。上面介绍的大红山铜矿我们使用了这个方法。我们得到了再循环风如下面的图 6 显示粗线（红线）。图6 大红山循环风系统6、结论通风系统中存在循环风时会造成瓦斯积聚，如灰尘积累的有害物质，并能降低通风系统的可靠性和效率，本文提出了一种利用图论的再循环风的地方定位方法。这种方法将为设计者消除循环风设计通风系统时，帮助。I目 录摘 要 .IVAbstract .V1 绪 论 .11.1 前言 .11.2 课题背景 .11.3 国内外发展状况 .11.4 研究的主要内容 .22 系统硬件总体设计 .32.1 系统硬件连接框图及原理 .32.2 系统硬件简述 .42.2.1 可编程控制器 PLC.42.2.2 触摸屏 HMI.52.2.3 变频器 .52.2.4 A/D转换模块 .62.3 矿井三大环境因素 .62.3.1 矿井标准安全温度 .62.3.2 矿井内部瓦斯浓度 .72.3.3 矿井气压变化情况 .72.4 检测模块的硬件选择 .82.4.1 PT100热电阻温度传感器 .82.4.2 WZP PT100温度变送器 .82.4.3 GJ4/100瓦斯浓度传感器 .92.4.4 PTG-802气压传感器 .103 系统通信与连接 .123.1 PLC与 PC及触摸屏之间的通信 .123.1.1 RS422 .123.1.2 PLC与 PC及触摸屏连接 .12II3.2 PLC与变频器之间的连接 .123.3 PLC与 3种传感器的连接 .133.3.1 3种传感器与 A/D模块连接 .133.3.2 A/D模块与 PLC连接 .134 三菱软件介绍 .144.1 GX Works2编程软件 .144.2 GT Desiginer3触摸屏软件 .175 系统软件部分 .215.1 PLC程序流程 .215.2 触摸屏画面设计 .225.3 PLC系统程序 .235.4 系统程序调试过程 .286 结论 .31参考文献 .33附录 .34致 谢 .37III基于 PLC 矿井通风系统的设计摘 要在进行矿井下挖掘作业时，通风控制是其最重要的环节，尤其在一些对瓦斯浓度要求较高的井下时，通风控制工作不仅是做好挖掘工作的基本前提，更是保证作业人员生命安全的最基本措施。鉴于此，通风控制近年来的研究不断增多，研究深度不断加深。本研究旨在开发一种的新型的通风控制系统，并结合运用 PLC 与变频器，以便集中优化系统功能，提高通风控制的效率。随着 PLC 的运用，可实现系统的逻辑控制，并控制电机转速，保证恒压状态下控制通风质量。通过对当前地下环境及瓦斯浓度的对比，判定正常状况下的矿井内空气瓦斯含量得出环境是否恶化，温度传感器经温度变送器输出后，在 A/D 模式下将获得的数据转换成数字量，并通过 PLC 进行系统地判断控制，后以变频器处理控制信号，最终实现系统的优化处理。关键词：PLC；矿井通风；温度变送器；A/D 转换IVDesign of Mine Ventilation System based on PLCAbstractWhen carrying out excavation work at the mine, ventilation control is the most important part, especially in some of the underground gas concentration higher, the ventilation control work is not only to do excavation work basic premise is to ensure the safety of workers the most basic measures. In view of this, research in recent years increasing ventilation control, depth of research continues to deepen. This study aims to develop a new type of ventilation control system, combined with the use of PLC and inverter in order to focus on optimizing system function, improve the efficiency of ventilation control. With the use of PLC can realize logic control system and control the motor speed control to ensure the quality of ventilation under constant pressure. By comparing the current environment and underground gas concentration, it is determined under normal conditions inside the mine gas content of the air drawn environment is worsening, after the temperature sensor temperature transmitter output, the data in the A / D mode to get into digital the amount, and through the PLC control system to judge, after processing control signal to the inverter, and ultimately optimize processing system.Key words: PLC; Mine Ventilation; Temperature Transmitter; A/D Converter01 绪 论1.1 前言该课题研究的矿井通风系统是以矿井通风方式，通风方法还有通风单元一起联动来实行的。其系统的操作任务是让矿井内的空气保持新鲜，进而让生产人员能够安全吸入氧气，降低井内带有毒的，掺杂颗粒较大的气体浓度，使其生产环境能够保持健康，所以整体看来该课题的目的是是对通风区域的空气压力，瓦斯浓度的调控。矿井通风系统的设定类型是由影响矿井安全生产的各种因素所决定的。大致可以将其通风系统划分为排放瓦斯型，控温型，控火型，排放瓦斯控温型，排放瓦斯控火型和控温控火型。其通风方式基本分为中央式，对角式，混合式。早期的矿井通风原理只是依靠单纯的压强差来实行通风。近几年来频发的生产事故可以告诉我们，更加智能化的通风技术对于矿业生产来说迫在眉睫。1.2 课题背景在各类矿业生产中，煤矿危险系数最高，就煤炭消耗量最大的国家，中国居于第一，就煤炭的产量来说，中国也是最多的。所以在国内，国际环境下，中国的煤炭危险隐患也是最高的。近十几年来，我国的经济增长速率一直高居不下，每年以 10%左右的增长速度平稳发展。可以看出往后的一段时间内，中国经济也会对煤业保持较高的需求和依赖。从能源消耗占比来看，煤炭有近 70%的占比率。可以充分表明煤炭产业在我国工业中拥有无可比拟的重要性。纵观近些年，煤炭需求将会保持相当长的比率供给。虽然煤炭生产对中国的 GDP有着较为积极的推动作用，但是，这几年的安全生产事故也是频发不起。矿井通风系统是保障生产人员在矿井内安全生产的重要保证。其通风主要是依靠风流的推动造成压强差通过井巷的各个网络口将新鲜的空气传送到采煤，掘进，等等其他需要风流的地点。另外的作用就是将有毒有害的空气排除地面。分析各年的煤矿的重大事故，多半是因为瓦斯浓度过高，矿内出入口崩塌，最终导致工人缺氧，被困其中。所以合理的矿井通风系统对矿内结构，瓦斯浓度，温度起着至关重要的作用。1.3 国内外发展状况 矿井通风系统的技术设定是根据煤矿内部的地质条件形成的。但是又大多受限于形成的井巷系统的特殊地理环境。近些年来，煤矿生产和扩能越来越简化，安全性也相应的提高了。但是在我国，仍有大量未升级系统的老矿系统正在运作，在一些恶劣天气，比如滑坡，水灾，台风等天气，突出了老系统在抗灾方面严重的不足，具体体现在风流紊乱导致风扇运作失常从而导致了各类参数，布局稳定性，和可靠性失去了重要的平衡点。我国的煤矿产业的一些瓦斯事故造成了生产工人大量伤亡，其原因都在于老的通风1系统在自然灾害面前的不正常运行，导致了瓦斯可以在通风区自由的流动，从而瓦斯浓度增加，使许多工人中毒晕厥甚至死亡。矿井通风可以说是一个古老的安全生产方式，在瓦斯爆炸力学领域和通风系统之间缺乏许多必要的理论和实验研究。我国瓦斯爆炸事故频发，综合各种实际事故，发现了许多在实际的矿井和理论之间的冲突，如矿井下特有的建筑机构，自然结构导致了瓦斯爆炸波动和冲击波动无法很好地相互作用。近几年来，国内学者对矿井安全生产开展了对瓦斯煤层爆炸原理，传播途径和防治对策的研究工作，不过令人惊喜的是，成功揭示了瓦斯爆炸过程中冲击波的特征参数的变化特征及其壁面热效应对瓦斯的传播影响。当前，对矿井通风系统的合理性，可靠性及其抗灾能力都处于中国学者们的前言研究课题。国外的矿井通风技术发展历史悠久，就最早的发展迹象，起源于公元前 4000-1200年，欧洲采矿古人挖掘巷道到白垩矿床中寻找打火石便开始观察空气流动。就近现代 1902年，在爱尔兰研制了世界第一台多叶片矿井通风机，并且获得专利的最初一台用于英国的 Pelton煤矿。能够在正常生产时期流量变化条件下，运转效率相对稳定。就最近，随着网络和通信技术的发展，国外新推出的矿井监控系统均采用基于开放系统互连标准模型的集散系统结构。系统由现场监控分站和监控中心主站组成。随着技术日益成熟，国外的矿井通风系统向全自动化方向发展。1.4 研究的主要内容在进行矿井的安全生产时，通风系统是其重要的组成部分，其能正常运行是井下作业人员的生命安全的基本保证。近年来，政府对井下作业的安全生产的监管力度的不断加强，尤其是对矿业的重视，对其要求也是越来越高，专家们也在不断地对矿业生产系统进行升级。目前大多采用继电，接触器控制系统，但是这种系统存在体积大，机械接触点多，复杂接线，故障排除困难。如果不采用 PLC变频控制，那么只能通过两个垂直风门提起的高度，和调节风机扇叶的数量和角度。虽然可以实现安全生产，但是长此以往，主风机会一直处于高频转动，使用寿命大大降低，增加了维修时间，和损坏次数。从长远看来，安全隐患很高，达不到安全生产的标准。 PLC控制系统具有对驱动风机过热保护，故障报警，气压异常，瓦斯浓度断电等特点。因此本论文以矿井内温度，瓦斯浓度，气压为对象，以三菱 PLC可编程逻辑控制器作为监控中心，通过对风机，瓦斯抽采泵和减压风门的运行状态以及各电量参数进行检测。本论文还讨论了利用变频器控制各风区的变频运行，实现风机的高效节能运行。22 系统硬件总体设计2.1 系统硬件连接框图及原理本文设计研究的井下通风系统主要包括以下部分：包括 PLC控制系统、GOT1000 触摸屏监控系统、FX2N-4A/D 模块、GWD100 矿井型温度传感器和 GJ4/40煤矿用高低浓度甲烷传感器和 PTG-802矿用气压传感器组成的矿井环境检测系统、D700 型变频器变速系统、交流异步电机驱动通风机系统等部分组成，系统硬件连接框图如图 2-1所示。图 2-1 系统硬件连接框图工作原理：本系统使用 PLC控制整个系统的动作，使用触摸屏来监控整个系统的运行。GJ4/40煤矿用甲烷高低浓度瓦斯传感器把矿井空间空气中的甲烷浓度模拟量转换为标准电信号输入 A/D模块中，A/D 模块会把该电压或电流信号量化成一个数字量送入 PLC主机的内存中。同理，GWD100 矿用温度传感器是把矿井空气的温度转换成标准电信号再被 A/D模块量化成另一个数字量，存放在 PLC另一个内存区。在 PLC里面，只需要写一段读取 A/D模块 FROM的程序便可获得矿井空气中的温度，气压和可燃性甲烷气体的含量。在 PLC程序中实时比较矿井温度，气压和甲烷浓度，一旦出现超标情况，及时通过各种手段如本论文设计的是通过合理通风来阻止矿井情况继续恶化，平稳气压大小保证作业者正常呼吸，慢慢降低矿井空气中的可燃性甲烷气体的含量防止发生爆炸。通过 PLC，我们就能对矿井的环境进行环境监测、环境变化控制；而通过触摸屏则可以实时监控到矿井环境的状态，必要时需要人工处理紧急事件。32.2 系统硬件简述2.2.1 可编程控制器 PLC1）PLC 的选型现阶段PLC采用的处理器是一种新型的微处理器，该处理器以计算机信息技术为基础，半自动控制装置和通信技术一起的一种通用于工业制造业的半自动控制装置。该PLC本身具有较小的装置体积，很高的可靠性，强大的功能性，简易的操作，简单的程序设计，便于维修等等一些可人的优点。由于有这些优势，在一些例如化学工业，能源工业等领域中应用范围较广，现已是现代工业生产的控制的佼佼者。PLC拥有典型的计算机网络结构，整个扫描过程采用的是循环扫描。用户以账号密码登录后以接收到的第一条指令执行相应的操作，一旦出现信息中断，用户的使用程序就会停止运行，无法继续向存储的地址号继续执行命令，但最后仍以END命令结束。在这一个过程结束后，系统会以周期性运转方式继续进行运作，直至PLC上从RUN到STOP，此时，所有工作进程全部停止。根据本设计，需要输入12个点，输出17个点，选择48位的FX2N-48MR系列PLC 。在可以满足基本设计要求的情况下，处于研究成本的考虑本次研究所使用的编程控制器为FX2N ，图2-2为使用的FX2N的实体图，表一为该PLC在本次系统中的I/O分配表。2）I/O 输入/输出分配表表 1 PLC 输入/输出分配输入量 名称 输出量 名称X000 系统启动 Y000 系统正常工作X001 停止按钮 Y001 系统停止指示X002 自动/手动切换按钮 Y002 当前矿井瓦斯浓度超标报警X004 手动打开瓦斯控制装置 Y003 开启瓦斯抽采泵X005 手动打开减压门 Y004
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