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plc 矿井通风 控制系统 中的应用 PLC在矿井通风控制系统中的应用 毕业论文 开题报告 任务书 外文翻译

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河南科技学院本科生毕业论文（设计）开题报告 题目名称 矿井通风控制系统中的应用 学生姓名 专业 电气工程及其自动化 学号 指导教师姓名 所学专业 机电一体化 职称 高级实验师 完成期限 一、选题的目的意义 煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分，合理，稳定，可靠的矿井通风系统是保证矿井安全生产的基础，矿井随着深度的增加，开采强度的增大，综合机械化程度的提高，瓦斯压力，瓦斯含量和瓦斯涌出量越来越大，使得矿井通风线路长，通风阻力大，同时矿井和采区所需 风量也大幅度增加，为此需及时调整矿井通风系统，对已不能满足矿井安全生产需要和矿井通风能力要求的通风系统进行技术改造。针对这一系列问题，本系统将 变频器有机地结合起来，采用以矿井气压压力和瓦斯浓度为主控参数，实现对电动机工作过程和 运转速度的有效控制，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。 与常规继电器实施的通风系统相比， 靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点， 轻了岗位人员的劳动强度。 二、国内外研究现状 国内以前生产 使用的 70B 2、 2当于国外 40年代水平，结构笨重、效率低，最高静压 效率 仅 70%，其风量和负压均满足不了大型矿井的需要。同时，也不能完全适应金属矿 山 低负压、大流量通风 的 需 求。 国外 矿井通风机 发展历史悠久 ， 在 1902年爱尔兰就研制成功了世 。 1949年至 1950年间 ,丹麦诺迪斯克公司研制生产了首台运行中动叶可涮轴流武矿井通风机 ,其后德国的公司也相继生产了这种通风机 。 该矿井通风机具有体积小 ， 量轻 ， 保持运转状态高效率 。 其转子和电机装在一个底座上 ， 座下部有轮子 ， 置于导轨上 ， 换一次转子不 到 2分钟 ， 此不仅省时省力 ,且检修非常方伊 。 因此 ,矿井通风机的大型化和高压化在国外有了迅速发展 。 三、主要研究内容 变频器有机地结合起来，采用以矿井气压压力和瓦斯浓度为主控参数，实现对电动机工作过程和 运转速度的有效控制，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。 如何选用通风机，选择怎样的通风机，系统硬件的组成： 编程控制器部分，传感器部分，变频器部分，软件设计分为：温度设计部分，瓦斯浓度控制部分，压力控制部分。 选型及特点，以及内部分配， 通风机，可编程控制器的选择是为了提高工作效 率，提高设备的使用寿命，实现高效益 ，高稳定。如何实现高效益，高稳定，如何通过对温度，瓦斯浓度的检测，通过 怎样的转换，将数据传入 而实现相应的措施。另外，瓦斯浓度通过什么能反应给 些都需要采取一定的措施，才能实现。 四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线 如何选用通风机，选择怎样的通风机，系统硬件的组成： 编程控制器部分，传感器部分，变频器部分，软件设计分为：温度设计部分，瓦斯浓度控制部分，压力控制部分。 选型及特点，以及内部分配， 本系统选用 通过对温度，瓦斯浓度的检测，通过 A/D 转换模块 数据传入 温度的变化通过温度传感器，瓦斯浓度的变化通过压力传感器，选用频器， 选用 斯传感器。系统控制分为自动、手动控制。 五、 主要参考文献与资料 1陈建明 ， 等电气控制与 用 M北京：电子工业出版社， 2006 2吴中立矿井通风与安全 M徐州：中国矿业大学出版社， 1989： 138 3陈仕玮矿井主要用通风机在线监测监控现状及展望 J煤矿安全， 1999， (12)： 3941 4高念利 可编程序控制器在煤矿生产中的应用 J中图分类号 : 文章编号 ： 008 - 8725 (2009) 01 - 0039 - 01 5张洪润，张亚凡 M大学出版社， 2005 6南京傲屹电子有限公司 L 0097刘法治 矿井通风控制系统的应用 J 化工自动化及仪表 ， 2007， 34(6)： 8889 8坪岛茂彦，中村修照电动机实用技术 M北京：科学出版社， 2003 9殷洪义可编程控制器选择、设计与维护 M北京：机械工业出版社， 2002 10周九宁可编程控制器在矿山设备中的应用 J采矿技术， 2004， 4(1)： 45 46 11马宁，孔红 频器的原理与应用 M北京：机械工业出版社，2006 12许明，言自行，刘坚大型泵机组状态监测及工况调控系统的研制 J机械工程学报，2002， 4(7)： 145 147 13徐国林 用技术 M北京：机械工业出版社， 2007 14陈建明，等电气控制与 用 M北京：电子工业出版社， 2006 15李国厚，杨青杰，余泽通球磨机润滑站控制系统的设计 J金属矿山， 2005， (9)：74 75 六、 指导教师审批意见 签名： 年 月 日 论文题目： 矿井通风控制系统中的应用 学生姓名： 所在院系： 机电学院 所学专业： 电气工程及其自动化 导师姓名： 完成时间： 摘 要 本系统将 用以矿井气压压力和瓦斯浓度为主控参数，实现对电动机工作过程和 运转速度的有效控制，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。且 障报警、 机械故障报警和瓦斯浓度断电等功能特点，为煤矿矿井通风系统的节能技术改造提供一条新途 径。 与常规继电器实施的通风 系统相比， 靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点， 轻了岗位人员的劳动强度。 关键词： 变频器 ， 传感器，通风机 组 ，压力检测 of on he LC in to of of of so LC on of of to a to to to in of of of of is of 目 录 1 引言 . 1 2 系统结构和控制方案 . 1 统的设计功能 . 1 统组成及方案 . 2 3 系统硬件构成及各部分功能 . 3 编程控制器部分 . 3 述 . 3 一般构成和基本工作原理 . 3 编程控制器的工作方式 . 4 型及特点 . 4 部分配 . 5 块的外部连接 . 5 展模块的外部连接 . 5 感器部分 . 8 频器部分 . 9 频器的基本构成 . 9 频器选型 . 10 频器与 外部连接 . 10 风机组部分 . 10 矿用通风机结构 . 10 矿用通风机技术参数 . 11 4 软件设计 . 11 度控制部分 . 12 斯浓度控制部分 . 14 力控制部分 . 15 5 结束语 . 19 致谢 . 19 参考文献 . 19 附录 (程序清单 ) . 21 1 1 引言 煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分，合理，稳定，可靠的矿井通风系统是保证矿井安全生产的基础，矿井随着深度的增加，开采强度的增大，综合机械化程度的提高，瓦斯压力，瓦斯含量和瓦斯涌出量越来越大，使得矿井通风线路长，通风阻力大，同时矿井和采区所需风量也大幅度增加，为此需及时 改进矿 井通风系统，对已不 能满足矿井安全生产需要和矿井通风能力要求的通风系统进行技术改造。 针对这一系列问题，本系统将 用 以矿井气压压力 和瓦斯浓度 为主 控参数，实现对电动机工作过程和运转速度的有效控制，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。且 过热保护、故障报警、机械故障报警和瓦斯浓度断电等功能特点，为煤矿矿井通风系统的节能技术改造提供一条新途径。 2 系统结构和控制方案 统的设计功能 本控制系统采用 通风机组的启动、互锁和过热保护等功能。与常规继电器实施的通风系统相比， 靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点， 轻了岗位人员的劳动强 度。 系统控制的安全性、可靠性大大提高，也使通风机运行的故障率大大降低，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率。为满足矿井通风系统自动控制的要求，系统的具体设计要求如下： （ 1）本系统采用手动自动两种工作模式，具有状态显示以及故障报警等功能。 （ 2）模拟量压力输入经 出模拟量控制变频器。 （ 3）在自动方式下，当井下压力低于设定压力下限时，两组风机将同时投入工作运行，同时并发出指示和报警信号。 （ 4）模拟量瓦斯输入，当矿井瓦斯浓度大于设定报警上限时，发出 指示和报警。当瓦斯浓度大于设定断电上限时， 止瓦斯爆炸。 （ 5）运用温度传感器测定风机组定子温度或轴承温度，当定子温度或轴承温度超过设定报警上线时，发出指示和报警信号。当定子温度或轴承温度超过设定风机组转换温度界线时， 自动方式下并能自动接入另一台风机组运行，若在手动方式下，工 2 作人员 手动切换。 （ 6）手动方式下，有防止风机组频繁启动功能。由于定子温度或轴承温度过高，若当前风机组停止运行后，当其温度下降到设定下限时该风机组不能 连续二次启动，只有接入另一台风机组进行工作，即防止温度在临界线状态而频繁启动。 统组成及方案 通风控制系统主要由系统主要由通风机组，可编程控制器 (空气压力变送器，变频器、瓦斯浓度传感器、温度传感器，接触器、中间继电器、热继电器、矿用防爆型磁力起动器、断路器等系统保护电器等组成。通风机组由 2台通风机组成，每台通风机有 2 台电机，每台电机驱动 1 组扇片， 2 组扇片是对旋的， 1 组用于吸风， 1 组为增加风速，对井下进行供风。根据井下用风量的不同，采用不同型号的风机。本设计以风机组 2 30例，选用 1 台西门子200 可编程控制器 (空气压力变送器等组成一个完整的闭环控制系统1。瓦斯传感器、温度传感器、实现对电机和 有效保护，以及对电机 的切换控制。其硬件功能框架图如图 1 所示 。 图 1 硬件功能框架图 控制回路 气压给定 瓦斯浓度 给定定 显示部分 报警部分 P L C 控 制 器 开关信号 展模块 1#定子温度传感器 1#轴承温度传感器 展模块 变频器 1 变频器 2 2#定子温度传感器 2#轴承温度传感器 空气压力传感器 瓦斯浓度传感器 矿井 2# 1# 通风机组 3 3 系统硬件构成及各部分功能 本控制系统有可编程控制器（ A/D/频器、传感器部分、通风机和电控回路组成。 国际电工委员会 ( 定义是可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件，专为在工业环境下应用而设计。它采用一种可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制，定时、计 数和算术操作等面向用户的指令， 并通过数字式或模拟式输入输出 来 控制各种类型的机械或生产过程 。 结构与一般的计算机相类似，由中央处理单元（ 存储器（ 输入接口、 输出接口、 I/部设备接口以及电源等组成。 结构如图 2所 示 。 图 2 一般构成 (1)中央处理单元 (中央处理单元 (央处理单元是 控制中枢，它按照 统程序赋予的功能接收、存储从编程器键入的用户程序和数据 ； 检查电源、存储器、I/O 和警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 (2)存储器 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 用的存储器类型有 等。 (3)电源 电源在整个系统中起着十分重要的作用 ， 一般交流电压波动在(10%)范围内，可以不采取其它措施而将 接连接到交流电网上去。 20V 的交流电源，内部的开关电源为 中央处理器、存储器等电路提供 +5V、 +12V、 +24V 的直流电源，使 正常工作。 (4)I/O 接口 输入、输出接口电路是 现场 I/O 设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为 够接收和处理的信号，将 来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。 编程控制器的工作方式 采 用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点，不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 用了一种不同于一般微型计算机的运行方式 循环扫描技术。循环扫描技术是指，当 入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，如图 3 所示，即输入采样、用户程序执行和输出刷新。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， 一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 图 3 作过程 特点 根据系统的应用领域、采集数据的类型和大小、 I/O 点数、以及设置数据需要得内存大小，本系统选用 西门子 公司 列 226 型号 的 。该系列可以单机运行，容易地组成 络，同时具有功能齐全的 编程和工业控制组态软件，具有可靠性高，运行速度快的特性，使用方便 灵活等特点。所以在规模不太大的领域是较为理想的控制设备。 第 描个周期 输出刷新 第 N 扫描个周期 第 N+1 扫描个周期 用户执行程序 输入采样 输入采样 输出刷新 5 接口及内部寄存器分配如表 1所示。 表 1 I/输入 输出 风机启动 机组 1 输出 机停止 机组 2 输出 动自动转换 频输出 机组选择 力下限指示灯 频工频转换 机组 1 运行指示灯 警解除按钮 机组 2 运行指示灯 机组 1 转子测速器输入 机组 1 温度上限指示灯 机组 2 转子测速器输入 机组 2 温度上限指示灯 停 鸣器 1 力传感器输入 停指示灯 斯浓度传感器输入 机组 1 机械故障指示灯 机组 1 轴温度传感器输入 机组 2 机械故障指示灯 机组 1 定温度传感器输入 动自动指示灯 机组 2 轴温度传感器输入 斯上限指示灯 机组 2 定温度传感器输入 力模拟量输出 部 连接 （ 1） 输入端接线： 接到 极接公共端 1M， 2M；一般规定 M、 组， 2M、组组成（ 1M、 2 （ 2）输出端接线： L+端；负极接 1出负载的一端接到 1一端接到 般规定 M、 1L+、组， 2M、 2L+、 组组成（ 1L+、 2L+分别为公共） 。 /输出接线图如图 4所示。 展模块的外部连接 模数转换模块分为 A/。 拟量输入模块接受各种传感器输 6 出的标准电压信号或电流信号，并将其转换为数字信号存储到 过用户程序对转换后的信息进行处理并将处理结果通过模拟量输出模块转换为 系统设计有 6路模拟量输入和 1路模拟量输出组成： 6路模拟量输入包括 4路温度传感器输入和 1路瓦斯传感器输入及 1路压力传感器输入； 1路模拟 量输出是与变频器的 连接的压力输出。 图 4 输出接线图 本设计选用一块 完成 4路温度传感器的模数字量转换功能；一块 入 输出模块，该模块完成瓦斯传感器和压力传感器的模数转换和 1路变频器的数模转换功能。扩展模块接线规则： 1 模拟量输入接线方法（如 输入接线分为 4组，每组占用 3个连接端，分别为 N+， ，B， C， 可以连接模拟电压与电流的输入。 （ 1） 模拟电压接线 ： N+， +“” -“端， 输入电压可以是 0 105 +5V， + （ 2） 模拟电流接线： +并联，连接传感器的电流输入端； -“端，输入电流为 0 20意：为了防止干扰输入，对于为使用的输入端，需要将 N+， 块需要外部 流电源从 L+， 展输入模块接线如图 5所示。 7 2 模拟量输出接线方法：（以 输出混合扩展模块为例） 输出连接分 2组，每组占用 3个连接端，分别 0/1/1，可以连接模拟电压与电流输出。 图 5 (1) 输出为模拟电压时： 0（ 1）用于连接电压模拟量输出的“ +”“ -”端，输出电压范围为 0V， 连接。 (2) 输出为模拟电流时： 0（ 1）用于连接电流模拟量输出的“ +”“ -”端，输出电流为 00（ 不连接。注意：模块需要外部提供 L+， 所示 。 图 6 8 感器部分 该 控制系统中存在大量的模拟量信号，这些信号的输入都要通过传感器进行模拟量采集，将采集的模拟量信号送入 连续的变化量（大部分为 4 200 5 10换离散的数字量，存储到 出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。 本系统模拟量传感器选用有 热电阻作为测量温度用的传感 器用于检测风机组轴承和定子温度。要想正确的使用它们，首先了解各个传感器的性能指标。 有多种标准信号制式输出，联检后能与煤矿安全检测系统，风电瓦斯闭锁装置及瓦斯断电仪器配套使用。该传感器是一种智能型检测仪表，具有稳定可靠，使用方面等特点。性能指标 如表 2所示 ： 表 2 防爆型式 矿用隔爆兼本质安全型 工作电压 24 V 测量范围 0 4%工作电流 大于 65 警方式 红色灯光 闪烁蜂鸣器断续鸣叫，响度大于 80电子线路做成一体化结构该型号压力变送器为全不锈钢圆柱型结构，使用方便。特别适用 于井田测井、制药、纺织等粘稠宜堵、强振动的工业现场。并在国内矿井 得到很好的应用效果。该压力变送器有高温、高压、高精度、高稳定性、抗振动、冲击、耐腐蚀全不锈钢结构、体积小、重量轻直接过程安装等特点。 性能指标 如表 3所示 ： 表 3 测量范围 0 220电 12 36V 般为 24V） 输出 4 20 5 V 够准确的测出轴承或定子的温度并将它们传给 被测介质中存在温度梯度时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。这样型号传感器特点：耐振动、可靠性高，同时具有精确灵敏、稳定性好、产品寿命长和安装方便等优点 4。性能指标 表 4所示 ： 9 表 4 型号 温范围 175 热响应时间 6 秒 用途 轴承测温 频器部分 本系统选用的是西门子全新一代标准变频器 用广泛。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。 频器的基本构成 变频器分为交 直 频器的基本构成如图 7 所示，由主电路 (包括整流器、 平滑回路 、逆变器 )和控制电路组成，分述如下： 图 7 变频器的基本构 成 （ 1） 整流器 ： 电网侧的变流器 I 是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相 )交流电整流成直流电。 （ 2） 逆变器 ： 负载侧的变流器 逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。 （ 3） 平滑回路 ： 由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为 1。因此，在 平滑回路 和电动机之间总台有无功功率的交换。这种无功能量要靠 平滑回路 的储能 元件 (电容器或电抗器 )来缓冲。 （ 4） 控制电路 ： 控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等 。 整流器 平滑电路 逆变器 控 制 回 路 M E 电源 异步电动机 电压 /电流频率 10 频器选型 变频器的选用应满足以下规则，变频器的容量应大于负载所需的输出；变频器的容量不低于电机的容量；变频器的电流大于电机的电流。由于本设计以风机组 2 30此可选用 37定电流 75虑到改进设计方 案的可行性，调速系统的稳定性及性价比 37定电流为 75A 的通用变频器 5。该变频器采用高性能矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，可以控制电机从静止到平滑起动期间提供 3S，有 200 的过载能力 。 频器与 本次设计采用西门子与 37统用模拟量输入作为附加给定，与固定频率设定相叠加以满足不同要求。频器的外部连接 如图 8所示 。 图 8 风机组部分 本系统选用 矿用通风机 ，主要适用于煤矿井下局部通风机正常通风及排放瓦斯两种生产 过程全自动化控制。由变频调速器、自动控制系统组成。外接瓦斯浓度传感器、断电仪和通风机，实现了按设定瓦斯浓度值，自动调节通风机转速，达到按需定量通风的目的。同时实现在瓦斯积聚后，安全、有效、快速地排放瓦斯，防止“一风吹”，实现了对瓦斯浓度最大效率的安全排放。为煤矿的安全生产需要提供一种一机多用、高效节能的自动化控制装备。 11 结构特征：本型产品具有结构紧凑、噪声小、风压高、风量大、效率高等特点，其结构紧凑方便运输和安装。对 旋局部通风机与普通轴流通风机相比，在产生同样的风量和风压，使用对旋局部通风机可减少通风机数量或增加通风距离，亦可在根据不同的通风要求，采用分级使用以节省能源。 结构主要由隔爆箱体、散热器、人机操作界面、进出线接线腔、变频控制系统、 斯信号采集、转换及处理等单元组成 2。 结构 如图 9所示。 1：隔爆箱体 2：进出线接线腔 3： 制系统 4：变频控制系统 5：瓦斯信号采集，转换，处理单元 7：散热器 图 9 表 5 电源输入电压 660 V 出电压 18V/360C 输入频率 48 52出频率范围 配通风机功率 2 30(额定容量 70(4 软 件设计 本控制系 统的软件设计是分四部分实现的，主要包括手动自动控制部分、温度转换控制部分、瓦斯浓度控制部分和压力 流程图如图 10所示 。 由系统流程图可以看出本控制系统的软件设计是由六部分来实现的，主要包括手动 /自动控制部分、温度转换控制部分、瓦斯浓度控制部分、 压力 其中手动和自动控制部分是在温度、瓦斯和压力控制中使用的） 12 图 10 系统的软件设计流程图 度控制部分 本设计的风机组设有轴承温度和定子温度过热保护。综合所选用的风机组自身特性和国家规定标准，设置了风机组轴承温度和定子温度报警温度和跳闸温度 ： 轴承温度保护设置 85为报警温度， 90为跳闸温度。定子温度保护设置120为报警温度， 125为跳闸温度。 温度控制部分用到的内部存储器如表 6所 示。 表 6 温度控制内部存储器 风机组 1轴承温度 机组 1定子温度 机组 2轴承温度 机组 2定子温度 机组 1轴温报警位 机组 1轴温断电切换位 机组 1定温报警位 机组 1定温断电切换位 机组 2轴温报警位 机组 2轴温断电切换位 机组 2定温报警位 机组 2定温断电切换位 于 以要对传感器采集的电压或电流信号的输入信 号进行转换。若输入电压范围为 0 10对应的数字量结果应为 0 32000或需要的数字。 模拟量和数字量的转换公式为： (65535 （ 1） Y： 转换过后的工程值 工程值的上限 程值的下限 X：工程转换后的数字量值 若数据格式为单极性，模拟量信号的类型为电压信号，满量程为 0 10V，手动控制 温度状态采集 瓦斯浓度采集 程序 通电初始化 数据转换 数据转换 自动控制 压力中断 数据转换 换 压力浓度采集 结束 13 那么根据公式（ 1）可得 轴承温度和定子温度报警温 度和跳闸温度所对应的数量和电压的关系：如 表 7所示。 表 8 工程值与数量对应关系 温度值（ ） 数字量 电压值（ V） 120 25 5 0 系统有自动 /手动两种控制方式。在自动状态下，根据风机选择按钮 选择风机组运行工作。在没有出现异常的情况下，风机组 1 和风机组 2 根据需要所设定的时间交替运行工作。主程序每次扫描都要调用温度子程序 ， 调用子程序后首先对程序中反复用到的累加器 零。若运行的是 风机组 1，那么风机组 1 运行后其定子温度和轴承就会上升，温度传感器将其连续变化的温度转换为 0 10V 的电压送入 A/D 转换模块 连续的电压信号转换为 识别的离散数字量，并将其存入 了提高运算精度，将 储的数据转换为实数进行处理，分别存储到 。温度控制子程序图如图 11 所示。 自动方式下，存储到 轴承温度 示灯 鸣器 统发出报警并有指示灯指示。若温度继续上升，当其温度超过风机组转换温度上线时， 的电源切断，并将风机组 2接入运行。此时，若风机组选择按扭仍选风机组 1，系统将发出指示并报警，只有工作人员将其按钮拨到风机组 2才能解除报警和指示。同理，当风机组 2的轴承温度或定子温度超出设定的报警温度或风机切换温度时，将出现同上情况。其控制程序如图 12所示 。 在手动方式下，若风机组选择按扭拨到风机组 1，按下启动按钮后风机组 1将投入运行。风机组 1的轴承温度和定子温度经温度传感器将连续变化的温度转换为 1 10后送入 过内部的采样，滤波，转换为 风机组 1的轴承温度或定子温度超出设定的报警温度或风机切换温度时，风机组将报警并指示。当其温度超过一切风机组的温度时， 的控制回路，风机组 1停止工作，同时发出指示和报警。此时，当风机组 1的轴承温度或定子温度降低，即便再次低于设定的报警温度或风机切换温度时，风机组 1也不能再次启动，只有工作人员将风机组选择按扭拨向风 机组 2时，风机组 2投入运行工作，同时并切断风机组 1的指示和报警。同理， 14 若风机组 2的轴承温度或定子温度超限时，处理方式同上。 图 11 温度控制子程序 斯浓度控制部分 瓦斯浓度控制部分和温度控制部分原理相似，瓦斯浓度传感器将连续变化的瓦斯浓度信号转换为 4 20毫安的电流，然后经 A/过其内部的采样、滤波，转换为 风机运行过程中若矿井工作面的瓦斯浓度大于设定的报警瓦斯浓度上线时， 统将发出指示并报警。以警 示工作人员工作面瓦斯涌出量已有安全隐患，做好排放瓦斯的准备。若井巷工作面瓦斯浓度继续增大，当 切断风机电源各井巷工作面的电源，防止有明火引起与其爆炸。同时并发出报警。抽放瓦斯后，当瓦斯浓度 机组并不能重新运行工作。只有当瓦斯浓度 (见附录 程序 25、 26) 15 图 12 温度控制程序 力控制部分 压力是本控制系统的主控参数，在压力数据处理过程中运用到 谓的 分、微分的总称。其结构如图 13所示。 图 13 压力控制部分 高精度，加强对系统参数变化的能力，而本身作用可以克服惯性滞后，提高抗干扰能力和系统的稳定性， 可改善系统动态响应速度。因此，对于速度、位置等快过程扩散温度、化工合成等慢过程， 果。 在系统稳态运行时， 频调速系统 压力反馈量 差 e 出 Y 过程变量 + 压力 给定量 16 差由定量（ 望值）与过程变量（ 际值）之差来确定。系统 分项和微分项组成。 压力控制部分用到的内部存储器如表 8所示 。 表 8 压力控制内部存储器 T） 拟输入压力值存储 力下限存储 力下限位 自动方式下，利用远程空气压力传感器检测矿井内的气压信号，用变送器将现场的模拟压力信号变换成统一的 1 10人 A 变为 力参数的设置与矿井的深度、巷道的截面等诸多因素有关，所以本设计利用触摸屏进行 设置调用了压力子程序见附图 1。 益值、采样值、积分时间和微分时间进行填表。程序图如图 14所示 。 0 V _ 5 0 0 V _ 5 4 0 V _ 5 8 0 V _ 6 2 0 V _ 6 6S M 0 D 给定值 ( S P n )P I D 增益 ( K C )P I D 采样时间 ( T )P I D 积分时间 ( T )P I D 微分时间 ( T )图 14 本系统的压力控制是用 用 17 模拟量 后通过A/断子程序如图 15所示。 S M 0 0 V _ 0 S M B 3 4 0E V N T _ 010A T C H（ E N I）图 15 压力中断子程序 压力中断程序分两部分进行处理数据，一部分将转换后的数据存储到 设矿井内的气压在一个大气压或在设定的某个大气压力数值以上， 作通风机与备用通风机循环工作，由矿井的气压参数通过 的转速的控制；当出现 突发事故，或矿井内的气压低于设定的某个气压参数时， 当前运行通风机将由变频转到工频运行， 所谓工频运行， 就是工业上的交流电源的频率，在此频率下通风机达到额定功率，也即在最大负荷下工作，我国的标准工频定为 50谓变频，就是改变供电频率，变频的核心技术是变频器，它通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把 500 130化频率 ，同时还是电源电压适用范围达到 142 270 此时如果仍满足不了通风的需要时，工作通风机与备用通风机不再循环工作，并自动切换为同时工作，另外，接入的备用通风机根据矿井的气压参数进行变频运行，加大对矿井内的通风量，直至矿井内的气压生至设定的大气压力数值以上，工作通风机与备用通风机恢复循环工作。压力中断程序如图 16所示 。 另一部分直接送到 参与 要求转换为无量纲的 以要对实际工程值进行标准化处理。处理过的标准 化值经 到 控制程序如图 17所示。 18 S M 0 0 O R _ D 0A C 0 0 V _ 0 _ 0 V _ 0 V _ 0 V _ 12A C 03 2 0 0 0 12A C 0A C 0A C 0A C 0A I W 0A C 0A C 0V D 1 2 8A C 0V D 1 0 0图 16 压力中断程序 S M 0. 0 0 U N 0 V _ 0 L _ 03 20 0 0 0I N 12V D 10 8 0L O O 10 0A C 0A C 0A Q W 0P I 7 19 5 结束语 西门子 机的电压、电流明显下降，电机输入功率明显减少。由于变频器直接控制电机，通过调速来驱动风机工作，从而提高了风机的传动效率，另外变频器加减速时间可以任意设定，避免了风机全负荷启动时的大电流冲击，有利于延长设备使用寿命。此系统操作方便，控制精度高，响应速度快，使整个系统工作平稳。而且节电率在 20% 70%之间，具有巨大的节效益。 致谢 经过半学期的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，在此，我要感谢每一个帮助过我的人。首先感谢我的导师 刘 老师，刘老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，都给予我悉心的指导和帮助。可以说，没有刘老师的悉心指导和帮助，我是不可能顺利完成我的毕业设计的。另外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。同时我还要感谢同组的同学们，感谢大家在我遇到困难和疑惑时真诚的帮助我、支持我。借此机会，还要感谢大学四年中，我所有的任课老师，他们在 这四年间对我的教诲与帮助，我永远都不会忘记。这次毕业论文能够最终顺利完成，也归功于他们的认真负责，使我能够很好的掌握专业知识，并在论文中得以体现。最后我要感谢我的亲人和朋友，是亲人含辛茹苦把我抚养成人，是朋友在百忙之中给我鼓励并且提供必要的论文资料。 随着毕业论文写作的完成，我的大学生活也即将结束，我要感谢在我人生中最美丽的四年里出现并给予我无私帮助的所有人，我向你们致以最诚挚的谢意！感谢你们！ 参考文献 1 刘法治 矿井通风控制系统的应用 J 化工自动化及仪表， 2007， 34(6)： 8889 2 坪岛茂彦 ， 中村修照 电动机实用技术 M 北京：科学出版社， 2003 3 殷洪义可编程控制器选择、设计与维护 M 北京：机械工业出版社， 2002 4 周九宁可编程控制器在矿山设备中的应用 J采矿技术， 2004， 4(1)： 45 46 5 马宁，孔红 频器的原理与应用 M北京：机械工业出版社， 2006 6 许明，言自行，刘坚大型泵机组状态监测及工况调控系统的研制 J机械工程学报， 2002， 4(7)： 145 147 20 7 徐国林 用技术 M北京：机械工业出版社， 2007 8 陈建明，等电气控制与 用 M北京：电子工业出版社， 2006 9 李国厚，杨青杰，余泽通球磨机润滑站控制系统的设计 J金属矿山， 2005， (9)：74 75 10 丁纪凯，许逸舟基于 现场总线的污水处理系统 J机电一体化， 2006， 3(1)：80 83 11 中立矿井通风与安全 M徐州：中国矿业大学出版社， 1989： 138 12 傅贵，秦跃平，杨伟民，等矿井通风系统分析与优化 M北京：机械工业 出版社， 1995： 23 13 高广军，贾世胜，朱学军，等通风系统调整中常见问题及对策 J山西煤炭， 2002，(2) 14 徐鹏张双楼矿西翼通风系统调整及经济效果分析 J煤矿安全， 2001， (4) 15 石秋洁变频器应用基础 M北京：机械工业出版社 2003 16 陈仕玮矿井主要用通风机在线监测监控现状及展望 J煤矿安全， 1999， (12)：39 41 17 李月红，吴永祥变电所监控及其网络系统的设计 J工矿自动化， 2005， (3)： 2728 18 廖 常初 . 程及应用 M . 北京 ,机械工业出版社 ,2002 ,9 19 马国华 . 监控组态软件及其应用 M . 北京 ,清华大学出版社 ,2001 20 姚福来 ,等 . 水泵变频调速的节电量计算及系统设计 M . 北京 ,科学出版社 ,1998 21 G,程手册 Z ,2004 21 附录 (程序清单 ) 22 23 24 25 河南科技学院本科毕业论文（设计）中期 进展情况 检查表 学生姓名 班级 指导教师 论文（设计）题目 矿井通风控制系统中的应用 目前已完成任务 统的应用领域，采集数据的类型和大小、 I/O 点数，选择 S 200 系列 226型的 控制系统采用通风机的启动、互锁和过热保护等功能。 采用对旋式通风机 ， 确定了 6 路输入，分别为： 1#、 2#通风机的定子、轴承温度 给定信号，瓦斯浓度给定信号，气压给定信号。 是否符合任务书要求进度： 是 尚需完成的任务 怎样的输出，输出给谁？ 能否按期完成论文（设计）：能 存在问题和解决办法 存 在 问 题 样接收采集的模拟信号？ 样与变频器结合，结合后怎样控制通风机？ 拟 采 取 的 办 法 电偶模拟量输入模块，来完成 4 路温度传感器的模拟数字 转换功能 。 拟量输入输出模块，来完成瓦斯传感器 以及 压力传感器的模数转换和 1 路变频器的数模转换功能。 而改变风机的转速，从而完成预定的效果。 指导教师签 字 日期 年 月 日 教学院长（系主任） 意 见 签字： 年 月 日 河南科技学院本科生 毕业论文（设计）任务书 题目名称 矿井通风控制系统中的应用 学生姓名 所学专业 电气工程及自动化 班级 指导教师姓名 所学专业 机电一体化 职称 高级实验师 完成期限 一、 论文（设计）主要内容及主要技术指标 采用 制技术对原有系统进行改造 , 设计矿井通风自动控制系统。 研究内容包括 系统结构和控制方案、 控制系统硬件设计、控制系统软件设计。 （ 1） 量和性能要与任务相适应 ； （ 2） 行速度要满足实时 控制的要求； （ 3）传感器接线形式要与 I/O 接口相匹配； （ 4） 系统 具有手动 /自动转换、在线监控及在现场调试 、驱动通风机的电机过热保护，故障报警等功能 。 二、 毕业论文（设计）的基本要求 400 字左右的中英文摘要，正文后有 20 篇左右的参考文献，正文 中要引用 5 篇以上文献，并注明文献出处。 000 汉字的与本课题有关的外文翻译资料。 0000 字以上。 图纸和作品照片。 三、毕业论文（设计）进度安排 12 月 8 日 12 月 18 日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成英文资 料翻译和开题报告。 3 月 1 日 14 日（第 1），指导教师审核开题报告、设计方案和英文 资料翻译。 3 月 15 日 9 日（第 3），单元部分设计仿真、程序调试、方案试验 或线路板制作及作品安装调试。 4 月 26 日 9 日（第 9），毕业设计中期检查。 5 月 10 日 30 日（第 11），学生整理、撰写、上交毕业设计报告，指导教师、评阅教师评 阅设计报告和审查答辩资格，学生毕业设计答辩。 5 月 31 日 11 日（第 14），学生修改整理毕业设计报告、提交毕业设计资料。 as an as of s 0th 0s, to As of of At on at In in It is is to an of be in to of of as to or of to or at in is to In 300 2 A is of a is to a to of a 1. , 2. in of By of to so LC as to to 7 - 300 LC as a of at of In 50kW LC LC PU 315, LC on of of to of Is to be is in of an as of is to of , to of of of of 3, by 0 , to to of in as to to to of of 3 of 7 - 300on 50kW to of LC of of 制器在风电机组中的应用 1 引言 风能作为一种取之不尽、清洁无污染的可再生能源 ,其开发利用已经受到