基于PLC的煤礦礦井新型通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

1、1 緒論煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分，煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)能否正常工作與礦井內(nèi)工作環(huán)境條件、生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)密切相關(guān)。隨著我國(guó)政府對(duì)各行各業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的不斷加強(qiáng)，尤其對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的要求越來(lái)越高，對(duì)煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，提高其運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、節(jié)能降耗等勢(shì)在必行。目前在煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，大多仍采用繼電接觸器控制系統(tǒng)，但這種控制系統(tǒng)存在著體積大、機(jī)械觸點(diǎn)多、接線(xiàn)復(fù)雜、可靠性低、排除故障困難等很多的缺陷；且因工作通風(fēng)機(jī)一直高速運(yùn)行，備用通風(fēng)機(jī)停止，不能輪休工作，易使工作通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障，降低使用壽命。針對(duì)這一系列問(wèn)題，本系統(tǒng)將PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，采用以礦

2、井氣壓壓力為主控參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)工作過(guò)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。PLC控制系統(tǒng)具有對(duì)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)過(guò)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。2 系統(tǒng)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)具有通風(fēng)機(jī)組的啟動(dòng)、互鎖和過(guò)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(xiàn)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，

3、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(mǎn)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)提供手動(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。（ 1） 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

4、軸承溫度超過(guò)設(shè)定報(bào)警上線(xiàn)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(guò)設(shè)定風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度界線(xiàn)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)為防止通風(fēng)機(jī)的疲勞運(yùn)行，在任何狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)在累計(jì)運(yùn)行設(shè)定時(shí)間后都 會(huì)自動(dòng)切換至另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組運(yùn)行。(7)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(guò)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(xiàn)狀態(tài)而頻繁啟動(dòng)。(8)有風(fēng)機(jī)組機(jī)械卡死指示報(bào)警功能。2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及方案通

5、風(fēng)控制系統(tǒng)主要由2臺(tái)通風(fēng)機(jī)組成，每臺(tái)通風(fēng)機(jī)有 2臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)1 組扇片，2組扇片是對(duì)旋的，1組用于吸風(fēng)，1組為增加風(fēng)速，對(duì)井下進(jìn)行供風(fēng)。根據(jù) 井下用風(fēng)量的不同，采用不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)。本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組2>30kW為例，選用1臺(tái)西門(mén)子S7200可編程才5制器(PLC),空氣壓力變送器等組成一個(gè)完整的閉環(huán)控制 系統(tǒng)。其中還包括瓦斯傳感器、溫度傳感器、接觸器、中間繼電器、熱繼電器、礦 用防爆型磁力起動(dòng)器、斷路器等系統(tǒng)保護(hù)電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)和PLC的有效保護(hù)，以及對(duì)電機(jī)的切換控制。3系統(tǒng)硬件構(gòu)成及各部分功能2#軸承溫度傳感器瓦斯?jié)舛葌鞲衅鏖_(kāi)關(guān)信號(hào)-2S7-可編程控制器變頻器聲光報(bào)警控制回路圖1硬

6、件系統(tǒng)功能塊框架圖本控制系統(tǒng)有可編程控制器(PLC)、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、變頻器、傳感器部分、監(jiān)控對(duì)象和電控回路組成。其硬件功能框架圖如圖1所示。3.1 PLC可編程控制器部分3.1.1 PLC 概述PLC是以微處理器為核心的一種特殊的工業(yè)用計(jì)算機(jī)，具結(jié)構(gòu)與一般的計(jì)算機(jī) 相類(lèi)似，由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM等）、 輸入接口、輸出接口、 I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口以及電源等組成。CPU單元由微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 等組成，它是PLC的核心部件，是由大規(guī)?；虺笠?guī)模的集成電路微處理芯片構(gòu)成， 主要完成運(yùn)

7、算和控制任務(wù)，可以接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)。進(jìn)入 運(yùn)行狀態(tài)后， 用掃描的方式接收輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)， 從內(nèi)存逐條讀取用戶(hù)程序， 通過(guò)解釋后按指令的規(guī)定產(chǎn)生控制信號(hào)。分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、 比較和變換等處理過(guò)程，完成用戶(hù)程序所設(shè)計(jì)的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并根據(jù)運(yùn)算 結(jié)果控制輸出設(shè)備。存儲(chǔ)器單元按照物理性能分為兩類(lèi)， 隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM ） 和只讀存儲(chǔ)器（ROM ） 。隨機(jī)存儲(chǔ)器由一系列寄存器陣組成，每位寄存器可以代表一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，在剛開(kāi)始 工作時(shí)，它的狀態(tài)是隨機(jī)的，只有經(jīng)過(guò)置“ 1或清”“ 0的操作后，它的狀態(tài)才確定。”若關(guān)斷電源，狀態(tài)丟失。這種存儲(chǔ)器可以進(jìn)行讀、寫(xiě)

8、操作，主要用來(lái)存儲(chǔ)輸入輸出 狀態(tài)和計(jì)數(shù)器、定時(shí)器以及系統(tǒng)組態(tài)的參數(shù)。為防止斷電后數(shù)據(jù)丟失，可采用后備 電池進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，一般可以保存5年，當(dāng)電池電壓降低時(shí)，欠電壓指示燈發(fā)光，提醒用戶(hù)更換電池。只讀存儲(chǔ)器在兩種，一種是不可擦除ROM,這種ROM只能寫(xiě)入一次，不能改寫(xiě)。另一種是可擦除 ROM,這種ROM經(jīng)過(guò)擦除以扛這可以重寫(xiě)。其 中EPROM只能用紫外線(xiàn)探險(xiǎn)內(nèi)部信息，E2PROM可以用電擦除內(nèi)部信息，這兩種存 儲(chǔ)器的信息可以保留10年左右。輸入輸出單元由輸入模塊、輸出模塊和功能模塊構(gòu)成，是PLC與現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC通過(guò)輸入模塊把工業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的 狀態(tài)或信息讀入

9、中央處理單元，通過(guò)用戶(hù)程序的運(yùn)算與操作，把結(jié)果通過(guò)輸出模塊 輸出給執(zhí)行單元。輸出模塊用于把用戶(hù)程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC外部，輸出模塊具有隔離PLC 內(nèi)部電路和外部執(zhí)行單元的作用，還具有功率放大的作用。輸出模塊有晶體管輸出模塊、晶閘管輸出模塊和繼電器輸出模塊。接口單元包括擴(kuò)展接口、編程器接口、存儲(chǔ)器接口和通信接口。擴(kuò)展接口是用于擴(kuò)展輸入輸出單元。它使PLC的控制規(guī)模配置得更加靈活。這種接口為總線(xiàn)形式，可以配置開(kāi)關(guān)量的I/O單元，也可以配置如模擬量、高速計(jì)數(shù)等特殊I/O單元及通信適配器等。編程器接口是連接編程器的，PLC本體通常是不帶編程器的。為了能對(duì)表1 CPU226技術(shù)指標(biāo)程序存儲(chǔ)器40

10、96 字用戶(hù)存儲(chǔ)器2560 字存儲(chǔ)器類(lèi)型EEPROM存儲(chǔ)卡EEPROM數(shù)據(jù)后備（超級(jí)電容）190h編程語(yǔ)百LAD、FBD 和 STL程序組織1個(gè)組織塊（可以包含子程序和中斷程序）本機(jī)I/O24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出擴(kuò)展模塊數(shù)量7個(gè)模塊數(shù)字量I/O映像區(qū)256點(diǎn)（128點(diǎn)輸入/128點(diǎn)輸出）數(shù)字量I/O物理區(qū)248點(diǎn)（128點(diǎn)輸入/240點(diǎn)輸出）模擬量I/O映像區(qū)32路除32路輸出模擬量I/O物理區(qū)35路（28路除7路輸出）或14路輸出布爾指令執(zhí)行速度0.37倒指令計(jì)數(shù)器/定時(shí)器256/256 個(gè)順序控制繼電器256個(gè)基本運(yùn)算指令11項(xiàng)增強(qiáng)功能指令8項(xiàng)FOR/NEXT 循環(huán)有整數(shù)運(yùn)算（算術(shù)運(yùn)算）有實(shí)

11、數(shù)運(yùn)算（算術(shù)運(yùn)算）有內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器6 個(gè)(30kHz)內(nèi)置模擬電位器2個(gè)（8位分辯率）脈沖輸出2個(gè)高速輸出（20kHz）通信中斷1發(fā)送器/2接收器定時(shí)中斷2 個(gè)(1 255ms)輸入中斷4個(gè)口令保護(hù)3級(jí)口令保護(hù)通信2個(gè)RS-485通信接口可用作 PPI接口、MPI從站接口和自由口PLC編程及監(jiān)控，PLC上專(zhuān)門(mén)設(shè)置有編程器接口。通過(guò)這個(gè)接口可以接各種形式的 編程裝置，還可以利用此接口做通信、監(jiān)控工作。存儲(chǔ)器接口是為了擴(kuò)展存儲(chǔ)器而 設(shè)置的。用于擴(kuò)展用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)和用戶(hù)數(shù)據(jù)參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)，可以根據(jù)使用的需要擴(kuò) 展存儲(chǔ)器。其內(nèi)部也是接到總線(xiàn)上的。通信接口是為了在微機(jī)與PLC、PLC與PLC之間建立通信網(wǎng)絡(luò)

12、而建立的接口3.1.2 PLC選型和性能指標(biāo)根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、采集數(shù)據(jù)的類(lèi)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(mén)子公司的產(chǎn)品 S7-200系歹1J, CPU的型號(hào)是 CPU2261。表2 I/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)

13、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®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)?？?/p>

14、連接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。CPU226W13KB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1。3.1.3 PLC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)

15、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

16、1軸承溫度VD180風(fēng)機(jī)組2軸溫報(bào)警位M20.4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)VD1963.1.4 輸入輸出外部接線(xiàn)CPU226®線(xiàn)規(guī)貝U如下：（1） DC輸入端中1M、I0.0I1.4為第1組，2M、I1.5I2.7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(kāi)關(guān)的一端接大DC24V的正極，輸入開(kāi) 關(guān)的另一端連接到CPU22略個(gè)輸入端。DC輸出端中1M、1L+、Q0.0Q0.7為第1組，2M、

17、2L+、Q1.0Q1.7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(xiàn)與第1組相似SB6SB7SB7"l£T SB8717 SB9SB10換轉(zhuǎn)數(shù)怛I0.0I0.11LQ0.0Q0.1I0.2Q0.2I0.32LQ0.4I0.4I0.5Q0.6I0.6 CQ0.7PQ1.0I0.7 SQ1.1I1.0Q1.21MQ1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲏毫鞲衅?LKM3圖2 PLC輸入/輸出和變頻器接線(xiàn)圖KM1KM2KM3L1L2L3L

18、4L5 SpeakerL6L7L8L9L10L11220V34MM44015(2) DC輸入繼電器輸出端與CPU226白DC輸入DC輸出的相同繼電器輸出端由3組構(gòu)成，其中N （一）、1L、Q0.0Q0.3為第1組，N （一）、2L、 Q0.4Q1.0為第2組，N （一）、3L、Q1.1Q1.7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 （ 十 ）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(xiàn)與第1組相似。根據(jù)接線(xiàn)規(guī)則，PLC輸入/輸出接線(xiàn)和變頻器接線(xiàn)圖如圖2所示。3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模

19、塊模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊分為A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊。PLC模擬量處理功能主要通過(guò) 模擬量輸入輸出模塊及用戶(hù)程序來(lái)完成。模擬量輸入模塊接受各種傳感器輸出的標(biāo) 準(zhǔn)電壓信號(hào)或電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到PLC中。PLC根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求，通過(guò)用戶(hù)程序?qū)D(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行處理并將處理結(jié)果通過(guò)模擬量輸出模塊轉(zhuǎn) 換為標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。表3 EM231性能指標(biāo)型號(hào)6ES7231-7PD22-0XA0模塊更新時(shí)間405ms模塊名稱(chēng)及描述EM231模擬輸入熱電偶4輸入數(shù)據(jù)字格式-32767 到+32767尺寸（mm） VW< HXD71.2 渴0X62基本誤差0.1%FS （電壓）210

20、g冷端誤差±1.5 C功耗1.8W重復(fù)性0.05%FS+5VDC87mA導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度到傳感器最長(zhǎng) 100m+24VDC60mA輸入阻抗*MQ輸入類(lèi)型懸浮型熱電偶取大輸入電壓30VDC輸入范圍TC類(lèi)型（選擇一種）S, T, R,E, N, K, J 電壓范圍：+/-80mV輸入濾波衰減-3dbat21kHz輸入分辨率0.1C/0.1F 15位加符號(hào)位24VDC電壓范圍20.4 28.8VDC本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有6路模擬量輸入和1路模擬量輸出，其中有四路是溫度傳感器輸入 所以本設(shè)計(jì)選用一塊EM231熱電偶模擬量輸入模塊，該模塊完成四路溫度傳感器的 模數(shù)字量轉(zhuǎn)換功能；一塊EM235模擬量輸入輸出模塊，

21、該模塊完成兩路傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換和一路數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。EM231性能指標(biāo)如表3所示 熱電偶類(lèi)型選擇：表4熱電偶類(lèi)型選擇熱電偶類(lèi)型SW1SW2SW3J000K001T010E011R100S101N110+/-80mV111EM231熱電偶模塊是專(zhuān)門(mén)用于對(duì)熱電偶輸出信號(hào)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換的智能模塊。它 可以連接7種類(lèi)型的熱電偶（J、K、E、N、S、T和R）,還可以用于測(cè)量0+/-80mV 范圍的低電平模擬信號(hào)，所以使用 EM231模擬量輸入熱電偶模塊時(shí)，需要通過(guò)模塊 右下側(cè)的設(shè)置開(kāi)關(guān)進(jìn)行心要的設(shè)置。對(duì)熱電偶模塊，具熱電偶的類(lèi)型通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān) SW1、SW2、SW3選擇，如表4所示。3.3 傳感器部分該控

22、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(guò)傳感器是進(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010V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)。本系統(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(zhuān)用型壓力變送器用于檢測(cè)礦井的井巷氣壓，Pt100鋁熱電阻作為測(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)。K

23、GJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅魇且环N智能型檢測(cè)儀表，具有穩(wěn)定可靠、使用方便等 特點(diǎn)。調(diào)零、調(diào)精度、報(bào)警點(diǎn)設(shè)置等均可通過(guò)遙控器實(shí)現(xiàn)。其性能指標(biāo)如表5所示。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(xiàn)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(guó)內(nèi)油田得到 很好的應(yīng)用效果。表5 KGJ16B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DC 9 24 V測(cè)量范圍04%CH4工作電流DC 18 V不大于65 mA測(cè)量誤差0.00-1.00| 土 0.10標(biāo)小流里1.00*3.

24、00±0.10%真值3.004.00國(guó) 0.30響應(yīng)時(shí)間小于20外形尺寸266X120： 45(mm)遙控范圍距離/、大于5m,角度小大于12001kg報(bào)警點(diǎn)0.34.00%CH4可任意設(shè)置（出廠(chǎng)調(diào)至 1.0%CH4 ）斷電點(diǎn)0.34.00%CH4可任意設(shè)置（出廠(chǎng)調(diào)至 1.5%CH4 ）復(fù)電點(diǎn)0.34.00%CH4可任意設(shè)置（出廠(chǎng)調(diào)至 1.0%CH4 ）輸出信號(hào)KGJ16B 1型：2001000Hz頻率，負(fù)載電阻大于 1.5KQ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(wú)輸出KGJ16B2型：15mA恒流，負(fù)載電阻 0500 aK

25、GJ16B3 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 （18 V供電，距離1 m）該壓力變送器由高溫、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(guò)程安裝等特點(diǎn)。其性能參數(shù)如表6所示。Pt100ffl熱電阻作為測(cè)量溫度用的傳感器， 通常和顯示儀表、記錄儀表及控制裝 置配套使用，測(cè)量范圍-50C180C?？梢杂迷陔姍C(jī)的軸承和定子測(cè)溫，也可以用 在紡織、機(jī)械、鐵路機(jī)車(chē)等有需要測(cè)量溫度的場(chǎng)合。該溫度傳感器采用德國(guó)進(jìn)口薄 膜鋁熱電阻元件，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到IEC751國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。珀電阻的電阻值隨著溫度的變化 而變化。溫度和電阻的

26、關(guān)系接近于線(xiàn)性關(guān)系， 偏差極小，且電氣性能穩(wěn)定。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(zhǎng)和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。Pt100鋁電阻溫度傳感器是利用金屬鋁在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的 特性來(lái)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3。其性能參數(shù)如表7所示表6 HM23Y型壓力變送器性能參數(shù)測(cè)量范圍0 0.5MPa 220MPa過(guò)載能力2倍滿(mǎn)量程壓力（其中100Mpa以上過(guò)壓為1.1倍）壓力表壓或絕壓測(cè)量介質(zhì)與316不銹鋼兼容的氣體或液體供電電源1236VDC（一般為 2

27、4V）信號(hào)輸出4 20mA/1 5VDC/0 5VDC/0.5 4.5VDC綜合精度垃1%FSM.25%FS垃5%FS長(zhǎng)期穩(wěn)定性由1%FS/年使用溫度范圍-40 +150 C補(bǔ)償溫度范圍-40 +120 C溫度性能零點(diǎn)溫度系數(shù)：w±0.02%FS/C靈敏度溫度系數(shù)：w±0.02%FS/C接液材料膜片：17-4PN連接件：1Cr18Ni9Ti響應(yīng)時(shí)間及毫秒負(fù)載電阻«U-10）/0.02 Q絕緣電阻100MQ ； 50VDC外殼防護(hù)插頭型（IP65）；電纜型（IP67）安全防爆Exia n ; CT5約0.25公斤3.4 變頻器部分本系統(tǒng)選用的是西門(mén)子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻

28、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(guò)載能力，以滿(mǎn)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(mǎn)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?xún)r(jià)比，我們采用西門(mén)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(guò)載能

29、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(guò)載能力。表7 Pt100鉗熱電阻溫度傳感器性能指標(biāo)型號(hào)WZPM-201測(cè)溫范圍-50 C 180 c分度號(hào)PT100精度等級(jí)A0C阻值100 Q ?0.06 Q熱響應(yīng)時(shí)間6秒絕緣電阻JS200MQ測(cè)溫端 6X18螺紋M8X0.75引線(xiàn)長(zhǎng)度引線(xiàn)長(zhǎng)度用戶(hù)規(guī)格3X0.2mm材料F46導(dǎo)線(xiàn)耐溫200 c用途軸承測(cè)溫傳感器工作電流4mA變頻器參數(shù)的設(shè)置:負(fù)載為一大慣性負(fù)載，在停車(chē)時(shí)，為防止因慣性而產(chǎn)生的回饋制動(dòng)使泵升電壓 過(guò)高的現(xiàn)象，加入制動(dòng)電阻，斜坡下降時(shí)間設(shè)定長(zhǎng)一些。外接制動(dòng)電阻的阻值和功 率可按公式RWUd/1PN0.3 0.5）選取。式

30、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(mén)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(mǎn)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(kāi)關(guān) 4BD22-2EAO, 1.5Q,2.2kW4。變頻器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置如表8所示。3.5監(jiān)控對(duì)象風(fēng)機(jī)是礦井通風(fēng)的心臟，所以風(fēng)機(jī)的選擇在礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)中也尤其重要的。本 設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組2M0kW為例，選用FBCZ系列煤礦防爆抽出式軸流通風(fēng)機(jī)。FBCZ系列（原BK54、BK55系列）風(fēng)機(jī)是結(jié)合中小型煤礦的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)研制成 功的煤礦防爆軸流通風(fēng)機(jī)，具有高效、節(jié)能、低

31、噪聲的優(yōu)點(diǎn)，是中小型煤礦專(zhuān)用作表8變頻器性能參數(shù)設(shè)置參數(shù)號(hào)設(shè)定值說(shuō)明P01000歐洲/北美設(shè)定選擇P03001電機(jī)類(lèi)型選擇（異步電機(jī)）P0304380電機(jī)額定電壓P030575電機(jī)額定電流P030737電機(jī)額定功率P03080.87電機(jī)額定功率因數(shù)P03090.925電機(jī)額定效率P031050電機(jī)額定頻率P03111450電機(jī)額定轉(zhuǎn)速P07001基本操作板（BOP）設(shè)置P10002變頻器頻率設(shè)定值通過(guò)外部模擬量給定P10800電機(jī)運(yùn)行的最小頻率P108250電機(jī)運(yùn)行的最大頻率P112010斜坡上升時(shí)間P112110斜坂下降時(shí)間P10605點(diǎn)動(dòng)斜坡上升時(shí)間P10615點(diǎn)動(dòng)斜坡卜降時(shí)間P13002

32、0變頻器頻率的運(yùn)行方式為無(wú)速度反饋的矢量控制P070116Din1選擇固定頻率1運(yùn)行P070216Din2選擇固定頻率2運(yùn)行P070316Din3選擇固定頻率3運(yùn)行P07051Din5控制變頻器啟停P070610Din6正向點(diǎn)動(dòng)P100120固定頻率1P100230固定頻率2P100340固定頻率3P100445固定頻率4P100550固定頻率5為主扇的風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)所用的材料，已通過(guò)了中國(guó)煤炭科學(xué)院重慶分院檢測(cè)中心的摩擦火花試驗(yàn)，并達(dá)到了防爆要求，整機(jī)防爆性能已通過(guò)了國(guó)家防爆電器產(chǎn)品質(zhì)量 檢測(cè)中心的防爆檢驗(yàn)50主要特點(diǎn)：(1)采用電動(dòng)機(jī)與葉輪直聯(lián)的風(fēng)機(jī)最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)， 改變了當(dāng)前煤礦抽出式軸流通風(fēng)及

33、全部采用皮帶傳動(dòng)或長(zhǎng)軸傳動(dòng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，利于運(yùn)行和維修。(2)該系列風(fēng)機(jī)在電機(jī)外面安裝全封閉型并具有一定耐壓強(qiáng)度的密閉散熱罩及氣壓平衡管，使電機(jī)始終處于無(wú)瓦斯空氣中運(yùn)行， 達(dá)到了煤礦有關(guān)防爆規(guī)程的要求。(3)該系列風(fēng)機(jī)為單級(jí)工作輪結(jié)構(gòu)， 風(fēng)機(jī)可反轉(zhuǎn)反風(fēng)，其反風(fēng)量可達(dá)正風(fēng)量的65%85%,不必另設(shè)反風(fēng)道，具有節(jié)約基建投資和反風(fēng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。(4)葉輪的葉片安裝角的可調(diào)整，可根據(jù)生產(chǎn)的要求來(lái)調(diào)整葉片角度。 該風(fēng)機(jī) 采用特殊設(shè)計(jì)，性能曲線(xiàn)無(wú)駝峰，在任何網(wǎng)絡(luò)阻力的情況下，均能穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)井下用風(fēng)量的不同，采用不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)。本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組 2M0kW為例。所選風(fēng)機(jī)的性能指標(biāo)如表9所示。表9 FBCZ系

34、列性能指標(biāo)型號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)風(fēng)量(m3/s)風(fēng)壓(Pa)配用電機(jī)功率(kW)FBCZ-4-Noll14506.4 19.23271193304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?PID控制部分。本文中所采用的PLC是西門(mén)子公司的產(chǎn)品S7-200系歹1J, CPU的型號(hào)是CPU226。 西門(mén)子PLC編程工具的使用可以參照西門(mén)公司的程序使用手冊(cè)或者在程序中按F1調(diào)出幫助文件參考。下面介紹一下PLC程序的主要結(jié)構(gòu)。首先看流程圖圖3所示。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(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括手動(dòng)/自動(dòng)控制部

35、分、溫度轉(zhuǎn)換控制部分、瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠帧毫ID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(jiàn)附錄。4.1 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(guò)熱保護(hù)。綜合所選用的風(fēng)機(jī)組自身 特性和國(guó)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(本圖3系統(tǒng)總流程圖軸承溫度保護(hù)設(shè)置85c為報(bào)警溫度，90c為跳閘溫度。定子溫度保護(hù)設(shè)置120c 為報(bào)警溫度，125c為跳閘溫度。表10工程值與數(shù)字量對(duì)應(yīng)關(guān)系溫度值(C)數(shù)字量電壓值(V)12023652.

36、27.3912524347.87.618518782.65.879019478.36.09系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)組切換溫度)0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010V的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果 應(yīng)為032000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)V：轉(zhuǎn)換過(guò)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(lèi)型為電壓信號(hào)，滿(mǎn)量程為010V,那么根

37、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(lèi)型及范圍是通過(guò)模擬量模塊右下側(cè)的DIP設(shè)定開(kāi)關(guān)進(jìn)行輸入和輸出信號(hào)選擇的6網(wǎng)給1SMO.O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(méi)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010V的電壓送入A/D轉(zhuǎn)換模塊EM231,由EM231將連

38、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(xiàn)進(jìn)行比較， 當(dāng)軸承溫度VD180或定子溫度VD184的值過(guò)高超出設(shè)定置上線(xiàn)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(guò)風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度上線(xiàn)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)，

39、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(guò)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(guò)一切風(fēng)機(jī)組

40、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(jiàn)附圖 1的網(wǎng)絡(luò) 6和網(wǎng)絡(luò) 7。4.2 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(jiàn)硬件設(shè)計(jì)部分。其原理分析參見(jiàn)附圖 1。瓦斯?jié)舛葌鞲衅?將連續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)轉(zhuǎn)換為420毫

41、安的電流，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊EM235, 通過(guò)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)M0.1 閉機(jī)運(yùn)行過(guò)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€(xiàn)時(shí),M20.0圖5溫度控制程序合，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€(xiàn)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

42、儲(chǔ)值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€(xiàn)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(xiàn)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。4.3 壓力控制部分圖6 PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖7 PID參數(shù)設(shè)置壓力是本控制系統(tǒng)的主控參數(shù)，在壓力數(shù)據(jù)處理過(guò)程中運(yùn)用到PID算法。所謂 的PID就是比例、積分、微分的總稱(chēng)。其結(jié)構(gòu)如圖 6所示。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(guò)程擴(kuò)溫度、化工合成等慢過(guò) 程，PID控制

43、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(guò)調(diào)節(jié)其輸出使偏差為零。偏差 由定量（SP,希望值）與過(guò)程變量（PV,實(shí)際值）之差來(lái)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。在自動(dòng)方式下，利用遠(yuǎn)傳空氣壓力傳感器檢測(cè)礦井內(nèi)的氣壓信號(hào)，用變送器將 現(xiàn)場(chǎng)的模擬壓力信號(hào)變換成統(tǒng)一的110V直流電壓信號(hào)，送人A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC內(nèi)部能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)。壓力參數(shù)的設(shè)置與礦井的深度、 巷道的截面等諸多因素有關(guān)，所以本設(shè)計(jì)利用觸摸屏進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)置。其設(shè)置調(diào)用了壓力子程序見(jiàn)附圖。PID參數(shù)設(shè)置好后要分別對(duì)壓力設(shè)定值、增益值、采樣值、 積分時(shí)間和微分

44、時(shí)間進(jìn)行填表。程序圖如圖 7所示。圖8壓力中斷子程序本系統(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(guò)A/D 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。中斷子程序如圖 8所示。壓力中斷程序分兩部分進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，一部分將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到VD128中與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較處理。假設(shè)礦井內(nèi)的氣壓在一個(gè)大氣壓或在設(shè)定的某個(gè)大氣壓力數(shù)值以上，PLC通過(guò)控制變頻器，工作通風(fēng)機(jī)與備用通風(fēng)機(jī)循環(huán)工作，由礦 井的氣壓參數(shù)通過(guò)PLC運(yùn)算去控制變頻器來(lái)達(dá)到風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制；當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事 故,或礦井內(nèi)的氣壓低于設(shè)定的某個(gè)氣壓參數(shù)時(shí),VD

45、128的壓力值與工頻壓力值VD136進(jìn)行比較，若VD128小于或等于VD136的值，則當(dāng)前運(yùn)行通風(fēng)機(jī)將由變頻轉(zhuǎn)圖9壓力中斷程序到工頻運(yùn)行，此時(shí)如果仍滿(mǎn)足不了通風(fēng)的需要時(shí)，工作通風(fēng)機(jī)與備用通風(fēng)機(jī)不再循 環(huán)工作，并自動(dòng)切換為同時(shí)工作，另外，接入的備用通風(fēng)機(jī)根據(jù)礦井的氣壓參數(shù)進(jìn) 行變頻運(yùn)行，加大對(duì)礦井內(nèi)的通風(fēng)量，直至礦井內(nèi)的氣壓生至設(shè)定的大氣壓力數(shù)值以上，工作通風(fēng)機(jī)與備用通風(fēng)機(jī)恢復(fù)循環(huán)工作。壓力中斷程序如圖9所示。另一部分直接送到AC0中進(jìn)行PID運(yùn)算，因參與PID運(yùn)算的過(guò)程量要求均為實(shí)數(shù) 格式，且要求轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱的0.01.0之間的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)，所以要對(duì)實(shí)際工程值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn) 化處理。處理過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化值經(jīng)PI

46、D運(yùn)算后再轉(zhuǎn)換為實(shí)際工程值進(jìn)行輸出，送到 QW0 中去控制變頻器。其控制程序如圖10所示。圖10 PID運(yùn)算處理程序4.4 機(jī)械故障處理部分風(fēng)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些機(jī)械故障，如風(fēng)機(jī)組線(xiàn)圈燒壞或機(jī)械卡死等諸 多電源通電風(fēng)機(jī)卻不運(yùn)轉(zhuǎn)的故障。本系統(tǒng)利用軟件設(shè)計(jì)了預(yù)防這種現(xiàn)象發(fā)生而造成 重大事故的措施。其程序如圖11所示。I0.6和I0.7分別為轉(zhuǎn)子測(cè)速器的輸出。所選的測(cè)速器輸出為數(shù)字信號(hào)。即轉(zhuǎn)子速 度為零時(shí)測(cè)速器輸出為“0；轉(zhuǎn)子速度大于零時(shí)測(cè)速器輸出為“管當(dāng)PLC的Q0.0或Q0.1 有輸出時(shí)，Q0.0或Q0.1觸點(diǎn)閉合，若風(fēng)機(jī)組1或風(fēng)機(jī)組2的轉(zhuǎn)子速度不轉(zhuǎn)為零時(shí)，I0.6 或I0.7閉合，Q1.

47、4或Q1.5閉合發(fā)出報(bào)警信息。以警告工作人員風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)故障請(qǐng)及 時(shí)處理。網(wǎng)紹35QO.O10. £圖11機(jī)械故障處理程序5結(jié)束語(yǔ)西門(mén)子PLC控制變頻器在煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高 了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)備的操作和維護(hù)方便，節(jié)省能耗，同時(shí)也大大地提高 了煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)。由于變頻器直接控制電機(jī)，通過(guò)調(diào)速來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)工作，從 而提高了風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)效率，另外變頻器加減速時(shí)間可以任意設(shè)定，避免了風(fēng)機(jī)全負(fù) 荷啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，有利于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。此系統(tǒng)操作方便，控制精度高, 響應(yīng)速度快，使整個(gè)系統(tǒng)工作平穩(wěn)。而且節(jié)電率在 20%70%之間，具有巨大的節(jié) 效益。致謝在畢

48、業(yè)設(shè)計(jì)期間，一直得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷。特別是在課題的設(shè)計(jì)過(guò)程 中，對(duì)論文的技術(shù)問(wèn)題，導(dǎo)師都花費(fèi)了大量的心血，付出了大量的勞動(dòng)，并一直給 予我無(wú)微不至的指導(dǎo)與多方面的幫助，使我的知識(shí)、能力等各方面都有了很大的進(jìn) 步，在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x！在課題進(jìn)行期間，學(xué)院為我們提供了良好 的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)境。在課題的研究和進(jìn)展中，同組成員也給予了很大的幫助，這里 也一同表示感謝！由于時(shí)間和知識(shí)水平所限，論文中還可能會(huì)有許多批漏或錯(cuò)誤之 處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1殷洪義.可編程控制器選擇 、設(shè)計(jì)與維護(hù)M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20022周九寧.可編程控制器在礦山設(shè)備中的應(yīng)用 J.

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