基于PLC的礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄1 引言12 設(shè)計(jì)方案的擬定13 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理23.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)23.2 系統(tǒng)的控制原理23.3 系統(tǒng)的運(yùn)行方式33.4 變頻調(diào)速原理43.5 PID調(diào)節(jié)原理介紹54 提高通風(fēng)機(jī)裝置綜合效率74.1 風(fēng)機(jī)調(diào)速74.2 調(diào)整軸流風(fēng)機(jī)葉片安裝角度84.3 更換電機(jī)84.4 采用“子母”風(fēng)機(jī)95 硬件的設(shè)計(jì)95.1 PLC類型的選用95.2 變頻器類型的選用及接線方式105.3 瓦斯傳感器的選擇105.4 壓力傳感器的選擇115.5 變送器的選擇115.6 電機(jī)的選擇125.6 電源的供電方式125.7 故障處理及保護(hù)功能146 軟件的實(shí)現(xiàn)156.1 PLC的I/O分配156.2 P

2、LC接線圖166.3 程序控制流程圖166.4 程序的調(diào)試、測(cè)試和監(jiān)控176.5 上位機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試186.6 軟件操作應(yīng)注意事項(xiàng)197 結(jié)束語(yǔ)19謝辭20參考文獻(xiàn)20附錄1 程序清單221 引言礦井通風(fēng)控制是井下采、掘行業(yè)必不可少的環(huán)節(jié)，特別是在瓦斯?jié)舛纫髧?yán)格的作業(yè)面，井內(nèi)的通風(fēng)狀態(tài)以及瓦斯氣體含量對(duì)工作人員來(lái)說(shuō)非常重要。因此，礦井通風(fēng)的控制具有重要的理論意義與實(shí)際意義，近年來(lái)受到格外關(guān)注。所謂通風(fēng)控制，主要是針對(duì)礦井風(fēng)流的控制，通過(guò)對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速來(lái)控制風(fēng)流狀態(tài)。在通常狀況下，井下環(huán)境惡劣且風(fēng)流壓力受各種擾動(dòng)影響而變化無(wú)常、難以把握。原先用人工進(jìn)行通風(fēng)控制，由于無(wú)法每時(shí)每刻對(duì)礦井的風(fēng)量進(jìn)行準(zhǔn)

3、確的定位監(jiān)測(cè)，很難準(zhǔn)確控制風(fēng)機(jī)的啟停；并且出現(xiàn)故障多，可靠性差，給維修帶來(lái)很大的麻煩。以往通風(fēng)控制系統(tǒng)中有很大一部分通風(fēng)電機(jī)是不變速拖動(dòng)，不變速電機(jī)的電能大多消耗在適應(yīng)風(fēng)量的變化而頻繁的開(kāi)停風(fēng)機(jī)中，這樣不但使電機(jī)工作在低效區(qū)、減短電機(jī)的使用壽命，而且電機(jī)的頻繁開(kāi)停使設(shè)備故障率很高，系統(tǒng)的維護(hù)、維修工作量較大；另一方面，由于風(fēng)量的隨機(jī)性，所使用的風(fēng)量是動(dòng)態(tài)的，采用傳統(tǒng)方法難以保證通風(fēng)的實(shí)時(shí)性。從整體最優(yōu)目標(biāo)要求出發(fā)，這些因素必須在控制設(shè)計(jì)中加以考慮，這就需要尋找并應(yīng)用行之有效的理論，從而來(lái)滿足這些要求使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單易行。針對(duì)以上提出的問(wèn)題，本文采用自動(dòng)化控制對(duì)整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將所關(guān)心區(qū)

4、域主風(fēng)流作為當(dāng)前狀態(tài)，井下環(huán)境干擾作為外部擾動(dòng)輸入，通風(fēng)機(jī)輸出功率作為控制輸入，并考慮實(shí)際上瓦斯?jié)舛取L(fēng)流流速檢測(cè)滯后的基礎(chǔ)上，應(yīng)用控制理論與技術(shù)解決這類礦井通風(fēng)控制問(wèn)題，在整體上求得技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的最佳效益。2 設(shè)計(jì)方案的擬定用變頻調(diào)速來(lái)控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，通常有單片機(jī)或PLC控制兩種方式，但在軟件設(shè)計(jì)上，PLC比單片機(jī)的編程更簡(jiǎn)潔、直觀；從硬件接口考慮，單片機(jī)電路稍微復(fù)雜一些；從經(jīng)濟(jì)方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的成本與單片機(jī)相差無(wú)幾，由于要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，PLC的軟件中時(shí)間參數(shù)的調(diào)整更簡(jiǎn)單，硬件接口簡(jiǎn)易可行、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，特別是整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力很強(qiáng)，

5、這樣更有利于售后服務(wù)人員掌握。本設(shè)計(jì)方案將PLC與變頻器結(jié)合在一起組成自動(dòng)化的通風(fēng)控制系統(tǒng)，更好的優(yōu)化了傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)中能耗大、通風(fēng)質(zhì)量差等諸多問(wèn)題，它用PLC進(jìn)行邏輯控制，用變頻器對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，在保持恒壓狀況下，達(dá)到控制風(fēng)量的目的。系統(tǒng)通過(guò)瓦斯傳感器檢測(cè)瓦斯?jié)舛群蛪毫鞲衅鳈z測(cè)的負(fù)壓，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換后，送到PLC進(jìn)行比較、判斷，將控制信號(hào)送給變頻器，從而控制通風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。系統(tǒng)應(yīng)具有“變頻/工頻”切換功能，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或電機(jī)需要長(zhǎng)期在工頻狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可將電機(jī)切換到工頻狀態(tài)，有手動(dòng)和自動(dòng)切換2種方式，同時(shí)還有手動(dòng)“啟/停”功能、電機(jī)

6、過(guò)熱保護(hù)、聲光報(bào)警等功能，提高了系統(tǒng)可靠性。3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理3.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示，整個(gè)控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、瓦斯傳感器、壓力傳感器、電機(jī)組、通風(fēng)機(jī)組等組成，該系統(tǒng)主控單元采用PLC，被控元件為變頻運(yùn)行的通風(fēng)電機(jī)，主控參數(shù)為瓦斯?jié)舛?。工頻/變頻通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)變送器 壓力傳感器 手動(dòng)/自動(dòng)聲光報(bào)警380V交流電變頻器PLC瓦斯傳感器 圖1 系統(tǒng)控制原理框圖3.2 系統(tǒng)的控制原理通過(guò)安裝在礦井內(nèi)部的瓦斯傳感器和壓力傳感器，將信號(hào)傳給變送器變成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，由變頻器控制風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速.。系統(tǒng)工作主電

7、路如圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)到礦井內(nèi)負(fù)壓的大小，首先控制通風(fēng)電機(jī)M1軟啟動(dòng)，變頻運(yùn)轉(zhuǎn)并隨時(shí)檢測(cè)其數(shù)值，如果得到設(shè)定值，系統(tǒng)將處于當(dāng)前狀態(tài)恒速運(yùn)行。否則頻率上升到50Hz，M1工頻運(yùn)行，如果還未得到設(shè)定值，系統(tǒng)軟啟動(dòng)M2電機(jī)，變頻運(yùn)行并無(wú)沖擊切換到工頻電源，直到礦井內(nèi)負(fù)壓達(dá)到設(shè)定值為止，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)電機(jī)循環(huán)軟起動(dòng)。當(dāng)所需負(fù)壓減小時(shí)，M2電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸下降到某一個(gè)設(shè)定低速值，如井內(nèi)負(fù)壓仍高于設(shè)定值，然后停止該臺(tái)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。停止一臺(tái)電機(jī)后，如果仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將M1電機(jī)由工頻切換為變頻運(yùn)行，以此實(shí)現(xiàn)通風(fēng)電機(jī)循環(huán)運(yùn)行，直到壓力等于設(shè)定值。M3做備用電機(jī)，當(dāng)M1或M2發(fā)生故障，以及需要維修和

8、緊急情況時(shí)，通過(guò)啟用M3電機(jī)來(lái)達(dá)到正常工作的目的。圖2 系統(tǒng)工作主電路圖控制系統(tǒng)用一臺(tái)變頻器可以帶兩臺(tái)電機(jī)，M1、M2、M3電機(jī)可以工作在常規(guī)工頻模式，M1、M2可以工作在變頻模式。每臺(tái)電機(jī)只能處于變頻或工頻其中一種工作模式，通過(guò)PLC的程序和外部接觸器進(jìn)行互鎖，保證了安全與可靠的運(yùn)行。利用安置在礦井內(nèi)部的傳感器將信號(hào)傳輸?shù)阶兯推鳎D(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再傳送給PLC，數(shù)值在PLC內(nèi)部進(jìn)行比較后，控制變頻器從而對(duì)電機(jī)的速度控制。電機(jī)的起、停分別由PLC內(nèi)部參數(shù)所決定。根據(jù)所需負(fù)壓的大小由PLC控制工作組電機(jī)數(shù)量的增減及變頻器對(duì)電機(jī)的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的負(fù)壓值1。 采用變頻器控制通風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并自動(dòng)調(diào)節(jié)

9、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成系統(tǒng)的閉環(huán)控制，達(dá)到穩(wěn)定的負(fù)壓和節(jié)能的目的。系統(tǒng)任意設(shè)定所需負(fù)壓值，其反饋值通過(guò)PID調(diào)節(jié)后控制調(diào)速裝置，以調(diào)節(jié)通風(fēng)電機(jī)的運(yùn)行速度，從而調(diào)節(jié)井內(nèi)的瓦斯?jié)舛?。這與傳統(tǒng)的手動(dòng)控制相比，該控制系統(tǒng)具有通風(fēng)質(zhì)量高、靈活性強(qiáng)、能耗少、電動(dòng)機(jī)啟/停平穩(wěn)等許多優(yōu)點(diǎn)。3.3 系統(tǒng)的運(yùn)行方式該系統(tǒng)包括自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)行方式：（1）手動(dòng)運(yùn)行該系統(tǒng)設(shè)有“手動(dòng)/自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)切換到“手動(dòng)”時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)、停止各臺(tái)通風(fēng)電機(jī)。當(dāng)變送器或變頻器發(fā)生故障時(shí)，為確保通風(fēng)可靠，三臺(tái)通風(fēng)電機(jī)可分別采取手動(dòng)工頻運(yùn)行，該方式主要供檢修或變送器和變頻器發(fā)生故障以及緊急時(shí)用。（2）自動(dòng)運(yùn)行當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至“自動(dòng)

10、”狀態(tài)時(shí)，電機(jī)的“啟/?！奔啊白冾l/工頻”切換，完全由PLC根據(jù)礦井內(nèi)通風(fēng)狀況及程序內(nèi)部的設(shè)定自動(dòng)調(diào)整，最終達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守、系統(tǒng)本身全自動(dòng)運(yùn)行。合上自動(dòng)開(kāi)關(guān)后，M1通風(fēng)電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時(shí)PLC接收傳感器的信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定參數(shù)進(jìn)行比較，控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，如果風(fēng)量不足，則頻率上升到50Hz，M1由變頻切換為工頻，M2電機(jī)變頻啟動(dòng)，變頻器逐漸上升頻率直到滿足設(shè)定值為止。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)二臺(tái)通風(fēng)電機(jī)軟啟動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過(guò)程。3.4 變頻調(diào)速原理變頻通風(fēng)控制主要由變頻器、控制系統(tǒng)、電機(jī)及傳感器等部分組成。該系統(tǒng)通過(guò)控制變頻調(diào)速

11、器，將50Hz的交流電從050Hz之間頻率輸出，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的無(wú)極調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)機(jī)的優(yōu)化控制，當(dāng)變頻系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)時(shí)，設(shè)備可以人為設(shè)定輸出任意頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)變頻系統(tǒng)為閉環(huán)時(shí)，隨著反饋等要求的變化，自動(dòng)得到相應(yīng)的頻率。通風(fēng)電機(jī)通常由三相交流異步電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，對(duì)通風(fēng)機(jī)的調(diào)速是通過(guò)對(duì)其電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們知道：異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f(1-S)/P。在這個(gè)公式中，f為電機(jī)電源的頻率，P為電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率(03%或06%)。由上述電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可見(jiàn)：要想改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)三種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：（1）改變電動(dòng)機(jī)的頻率f；（2）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S；（3）改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)P。

12、通過(guò)對(duì)上面三種方法的分析可以知道：改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的最好方法是改變電動(dòng)機(jī)電源的頻率。因?yàn)檗D(zhuǎn)差率S的范圍在(03%或06%)之間，由此轉(zhuǎn)差率S對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響不大，調(diào)速效果不明顯，效率相對(duì)較低。改變磁極對(duì)數(shù)P這種方法，首先它不容易實(shí)現(xiàn)，其次由電機(jī)的工作原理決定了電機(jī)的磁極數(shù)是固定不變的。由于該磁極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以一般不適合通過(guò)改變?cè)摯艠O對(duì)數(shù)P來(lái)調(diào)整電機(jī)的速度。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和供電電源的頻率f成正比，要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟妱?dòng)機(jī)的頻率f，就能十分方便地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，另外，頻率f能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制，比

13、改變磁極對(duì)數(shù)P和轉(zhuǎn)差率S兩個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單方便得多。而實(shí)際上如果僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性。如果電壓不變，頻率下調(diào)至小于50Hz時(shí)，會(huì)使電機(jī)氣隙磁通(約等于V/f)飽和；反之，電壓不變，頻率上調(diào)至大于50Hz時(shí)，則使磁通減弱。所以真正應(yīng)用變頻調(diào)速時(shí)，需要同時(shí)改變電壓V和頻率f，以保持磁通基本恒定。通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。通過(guò)使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。矢量控制具有轉(zhuǎn)矩提升功能，它能增加變頻器在低頻時(shí)的輸出電壓，以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機(jī)低速輸出

14、轉(zhuǎn)矩不足的情況，使用“矢量控制”，可以使電機(jī)在低速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩。對(duì)于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，變頻器中需要通過(guò)提高電壓，來(lái)補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高，因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量。矢量控制把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量的數(shù)值。矢量控制可以通過(guò)對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電

15、機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩。3.5 PID調(diào)節(jié)原理介紹在通風(fēng)控制系統(tǒng)中，變送器將傳感器的信號(hào)變換成電壓量或電流量，反饋到PLC高級(jí)模塊-PID模塊，PID將壓力反饋信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行比較，并經(jīng)Proportion（比例）、Integral（積分）、Differential coefficient（微分）、諸環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)后得到頻率給定信號(hào)，控制變頻器的工作頻率，從而控制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和通風(fēng)量。（1）比較與判斷功能 設(shè)負(fù)壓為給定信號(hào)，傳感器的反饋信號(hào)為，PID調(diào)節(jié)器首先對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào) (1)接著根據(jù)值判斷如下：為“”，表明通風(fēng)量低于給定值，電機(jī)應(yīng)加速。大，說(shuō)明所需風(fēng)量低得較多，應(yīng)加快電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為

16、“-”，表明通風(fēng)量高于給定值，電機(jī)應(yīng)減速。小，說(shuō)明所需風(fēng)量高得較多，應(yīng)使電機(jī)減速。如果所用風(fēng)量Q增大了，引起通風(fēng)不足，于是出現(xiàn)了偏差信號(hào)。的大小與負(fù)壓成比例，但具體數(shù)值因其型號(hào)的不同而各異。圖3 PID功能示意圖(a)風(fēng)量增大 (b)負(fù)壓下降 (c)P調(diào)節(jié)后的風(fēng)量(d)P調(diào)節(jié)后的負(fù)壓 (e)PI調(diào)節(jié)后的風(fēng)量 (f)PI調(diào)節(jié)后的負(fù)壓(g)PID調(diào)節(jié)后的風(fēng)量 (h)PID調(diào)節(jié)后的負(fù)壓僅僅依靠的變化來(lái)進(jìn)行上述控制，雖然也基本可行，但在值很小時(shí)，反映不夠靈敏，不可能使值減小為0，而存在靜差。（2）P（比例）功能 簡(jiǎn)略的說(shuō)，P功能就是將值按比例放大。這樣，值即使很小，也被放大得足夠大，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到迅

17、速調(diào)整，從而減小了靜差。但是，另一方面，P值設(shè)定得大，則靈敏度高，通風(fēng)壓力到達(dá)給定值的速度快。但由于拖動(dòng)系統(tǒng)有慣性的原因，很容易發(fā)生超調(diào)（風(fēng)壓超過(guò)了給定值）。于是又必須向相反方向回調(diào)，回調(diào)也很容易超調(diào)。結(jié)果使風(fēng)量Q在新的風(fēng)量處振蕩，而風(fēng)壓則在給定值處振蕩。（3）I（積分）功能 振蕩現(xiàn)象之所以發(fā)生，主要是電機(jī)的升速過(guò)程和降速過(guò)程都太快的緣故。I（積分）功能就是用來(lái)減緩升速和降速的功能，以緩解因P功能設(shè)定過(guò)大而引起的超調(diào)。I功能和P功能相結(jié)合，即為PI功能。（4）D(微分)功能 為了克服因I值設(shè)定過(guò)大而帶來(lái)的缺陷，又增加了D（微分）功能。D功能是將X的變化率（）作為自己的輸出信號(hào)。當(dāng)風(fēng)量剛剛增大、

18、負(fù)壓剛下降的瞬間，最大；隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸上升，負(fù)壓的逐漸恢復(fù)，將迅速衰減。D功能和PI功能相結(jié)合，便得到PID調(diào)節(jié)功能2。PID功能示意圖如圖3所示。4 提高通風(fēng)機(jī)裝置綜合效率通風(fēng)機(jī)裝置是礦井通風(fēng)的心臟，是通風(fēng)系統(tǒng)最重要的組成部分。它功率大，日夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)、耗電量很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)統(tǒng)配煤礦平均主通風(fēng)機(jī)耗電占全礦耗電的16%。對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，應(yīng)優(yōu)先考慮提高風(fēng)機(jī)裝置綜合效率，即在系統(tǒng)改造的基礎(chǔ)上通過(guò)風(fēng)機(jī)調(diào)速、調(diào)整葉片安裝角度等措施提高效率，盡量避免更換風(fēng)機(jī)，因更換風(fēng)機(jī)投資多、工程量大、工期長(zhǎng)?？傊?，調(diào)節(jié)方案的選擇取決于調(diào)節(jié)期長(zhǎng)短，應(yīng)綜合考慮多個(gè)方面因素，經(jīng)過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后采取綜合治理措施3

19、。4.1 風(fēng)機(jī)調(diào)速風(fēng)機(jī)的選型一般是以風(fēng)機(jī)服務(wù)期內(nèi)應(yīng)克服的最大阻力的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為依據(jù)。當(dāng)?shù)V井風(fēng)量過(guò)大時(shí)，采用風(fēng)峒中的調(diào)節(jié)閘門來(lái)控制風(fēng)量，但通風(fēng)阻力大增，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓增加，風(fēng)機(jī)所消耗的功率變化不明顯。而采用調(diào)速技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，其功率變化是非常顯著的。根據(jù)比例定律，同型號(hào)風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速由n1調(diào)為n2時(shí)，存在著n1/n2=。由此可見(jiàn)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速稍有變化，礦井的風(fēng)量變化不明顯，而風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和功率的變化較大。所以，當(dāng)?shù)V井風(fēng)量過(guò)大時(shí)，采用調(diào)速技術(shù)控制礦井風(fēng)量，比閘門控制風(fēng)量節(jié)電效果明顯。而當(dāng)風(fēng)量不足時(shí)，采用增速調(diào)節(jié)比新購(gòu)置風(fēng)機(jī)將節(jié)省一大筆購(gòu)置費(fèi)和安裝費(fèi)。如圖4所示為4-72-11No.20B風(fēng)機(jī)部分性曲線，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速7

20、10r/min。不采用閘門調(diào)節(jié)時(shí)，礦井風(fēng)量為56.5 m3/s，風(fēng)壓力2760 Pa，采用閘門控制風(fēng)量，將風(fēng)量控制在50m3/s，此時(shí)礦井通風(fēng)總阻力為2960 Pa，電機(jī)功率消耗為190 kW，比不用閘門調(diào)節(jié)時(shí)功率降低10kW。后經(jīng)改造將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由710r/min降為630 r/min，將閘門提起，礦井風(fēng)量仍控制在50 m3/s，此時(shí)主扇風(fēng)壓為2180 Pa，主扇所耗功率僅為143 kW，與采用閘門調(diào)節(jié)相比，年節(jié)省電費(fèi)12萬(wàn)元?？梢?jiàn)，礦井通風(fēng)改造時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮風(fēng)機(jī)調(diào)速。隨著調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，調(diào)速方法很多，諸如晶閘管串級(jí)調(diào)速、液力偶合器調(diào)速、變頻調(diào)速、雙速電機(jī)等。選用時(shí)要考慮實(shí)施的可能性或采取綜合措

21、施，但風(fēng)量不足時(shí)，增速調(diào)節(jié)要注意風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不要超過(guò)風(fēng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速，以免發(fā)生風(fēng)機(jī)震動(dòng)、噪音增大、軸溫升高、電機(jī)超載等問(wèn)題。圖4 風(fēng)機(jī)部分性能曲線圖4.2 調(diào)整軸流風(fēng)機(jī)葉片安裝角度軸流式扇風(fēng)機(jī)由于葉片安裝角度可調(diào)，因此當(dāng)?shù)V井需風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，可通過(guò)調(diào)整葉片安裝角度來(lái)滿足礦井通風(fēng)要求。但調(diào)節(jié)應(yīng)該在系統(tǒng)改造的基礎(chǔ)上進(jìn)行，不能盲日的加大葉片安裝角度。4.3 更換電機(jī)據(jù)調(diào)查現(xiàn)在不少煤礦的主要通風(fēng)機(jī)都存在著電機(jī)與風(fēng)機(jī)不匹配即“大馬拉小車”的現(xiàn)象。一方面由于設(shè)計(jì)的原因，考慮的備用系數(shù)過(guò)多;另一方面由于生產(chǎn)布局的調(diào)整，系統(tǒng)的改變?cè)斐傻?。?duì)這種情況，應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比較，需要更換電機(jī)的應(yīng)予以更換，以降低電機(jī)空載

22、損耗。如雙鴨山A礦井，設(shè)備選型時(shí)選用的電機(jī)功率為800 kW。由于生產(chǎn)布局的調(diào)整，總需風(fēng)量減少，主扇所需輸人功率下降，使得電機(jī)容量過(guò)剩，經(jīng)實(shí)測(cè)40º葉片安裝角時(shí)電機(jī)功率僅為340 kW，即使考慮一定的備用系數(shù)及葉片安裝角增大時(shí)功率的增加值，其電機(jī)功率也只需500 kW。因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，系統(tǒng)改造時(shí)將電機(jī)更換為630 kW，其空載功率下降了40 kW，年節(jié)省電費(fèi)13余萬(wàn)元?？梢?jiàn)“大馬拉小車”的局面應(yīng)盡快改變。4.4 采用“子母”風(fēng)機(jī)現(xiàn)在煤礦使用的主扇和電機(jī)的選型，一般是考慮開(kāi)采前期、中期和后期礦井的風(fēng)量風(fēng)壓的變化情況，“一錘定終身”，且兩個(gè)通風(fēng)機(jī)的型號(hào)是一樣的。這樣勢(shì)必造成前期風(fēng)量

23、大、風(fēng)壓高，通風(fēng)能力過(guò)剩。建議風(fēng)機(jī)選型或改造時(shí)選用“子母”風(fēng)機(jī)，即選用一個(gè)大風(fēng)機(jī)和一個(gè)小風(fēng)機(jī)，或風(fēng)機(jī)型號(hào)一樣，所選電機(jī)在轉(zhuǎn)速或功率上有所差異，以適應(yīng)不同生產(chǎn)情況下的礦井通風(fēng)要求。運(yùn)行時(shí)以適合礦井通風(fēng)能力的通風(fēng)機(jī)作主通風(fēng)機(jī)，另一通風(fēng)機(jī)作備用，當(dāng)需要檢修時(shí)啟動(dòng)備用臨時(shí)進(jìn)行通風(fēng)。5 硬件的設(shè)計(jì)5.1 PLC類型的選用日本松下公司的FP0系列PLC，可以說(shuō)是可編程控制器市場(chǎng)的后起之秀，F(xiàn)P0是超小型PLC，是近幾年開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，雖然松下電工的產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)較晚，但由于其設(shè)計(jì)上有不少獨(dú)到之處，其產(chǎn)品特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)： （1）豐富指令系統(tǒng)在FP0系列PLC中，即使是小型機(jī)，也具有近200條指令。除

24、能實(shí)現(xiàn)一般邏輯控制外，還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，甚至可以直接控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制。此外，F(xiàn)P0可以單臺(tái)使用，也可以多模塊組合，最多可增加3個(gè)擴(kuò)展模塊，I/O口從最小10點(diǎn)可擴(kuò)大到128點(diǎn)。（2）快速的CPU處理速度FP0系列PLC各種機(jī)型的CPU速度均優(yōu)于同類產(chǎn)品，小型機(jī)尤為突出，超小型FP0的幾ms/千步，對(duì)于大型機(jī)，處理速度會(huì)更快。FP0的運(yùn)行速度在同類產(chǎn)品中是最快的，每個(gè)基本指令執(zhí)行速度為0.9µs。500步的程序只需0.5ms的掃描時(shí)間。還可讀限制50µs的窄脈沖，即FP0有脈沖捕捉功能。（3）大程序容量FP0系列機(jī)的用戶程序容量也較同類機(jī)型大，其小

25、型機(jī)一般都可達(dá)3千步左右，最高可達(dá)到5千步。FP0具有大容量的數(shù)據(jù)寄存器，可用于復(fù)雜控制及大數(shù)據(jù)量處理。（4）功能強(qiáng)大的編程工具FP0系列無(wú)論采用的是手持編程器還是編程工具軟件，其編程及監(jiān)控功能都很強(qiáng)。其FP0-II型手持編程器還有用戶程序轉(zhuǎn)存功能。其編程軟件除已漢化的DOS版NPST-GR外，還推出了Windows版的FPSOFT，最新版的FPWIN-GR也已進(jìn)入市場(chǎng)。這些工具都為用戶的軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的環(huán)境。（5）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能FP0系列機(jī)的各種機(jī)型都提供了通信功能，而且它們所采用的應(yīng)用層通信協(xié)議又具有一致性，這為構(gòu)成多級(jí)PLC網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)發(fā)PLC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供了方便。松下電工提供了多

26、達(dá)6種的PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，用戶可根據(jù)需要選用。盡管這些網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層各不相同，但都保持了應(yīng)用層的一致性。FP0可經(jīng)RS232口直接連接調(diào)制解調(diào)器。通信時(shí)若選用“調(diào)制解調(diào)器”通信方式，則FP0可使用AT命令自動(dòng)拔號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信4。5.2 變頻器類型的選用及接線方式 選用變頻器的類型，首先要按照類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等，然后決定選用那種控制方式的變頻器。為滿足本系統(tǒng)需要，選用富士變頻器G11S系列，它具備以下功能：（1）簡(jiǎn)單矢量控制功能，簡(jiǎn)單矢量控制是確保低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍保持高轉(zhuǎn)矩（1Hz時(shí)轉(zhuǎn)矩為150%額定轉(zhuǎn)矩）。（2）自動(dòng)調(diào)諧（帶差轉(zhuǎn)補(bǔ)

27、償）功能，此功能可以自動(dòng)監(jiān)控矢量控制電動(dòng)機(jī)的恒定值，并適用于2極、4極或6極的三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)。（3）速度跟蹤功能，起動(dòng)變頻器時(shí)無(wú)需停止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)（空轉(zhuǎn)時(shí)）即可從商業(yè)電驅(qū)動(dòng)運(yùn)行過(guò)渡到變頻器驅(qū)動(dòng)運(yùn)行或者從突然斷電后恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）改進(jìn)的防止跳閘功能，在過(guò)載運(yùn)行中，當(dāng)輸出電流達(dá)到過(guò)流失速水平時(shí)，該功能可以自動(dòng)降低頻率；負(fù)載恢復(fù)正常后，該功能又自動(dòng)將頻率恢復(fù)到原設(shè)定值并繼續(xù)運(yùn)行；該功能還可以防止某些機(jī)械運(yùn)行中因過(guò)電流而跳閘。變頻器的接線圖如圖5所示。圖5 變頻器的接線圖5.3 瓦斯傳感器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為了滿足功能需要選用CH217瓦斯傳感器，由上海無(wú)線電14廠根據(jù)瓦斯報(bào)警的特定功能和技術(shù)要求

28、新近開(kāi)發(fā)研制的一種單片低壓、低功耗、微小信號(hào)檢測(cè)報(bào)警的專用設(shè)備。它適合于煤礦開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯檢測(cè)與報(bào)警，其內(nèi)部設(shè)兩個(gè)報(bào)警通道，可發(fā)出預(yù)報(bào)和危險(xiǎn)兩種報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)又分為視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)（聲音）兩種，而以聲音信號(hào)的不同來(lái)代表預(yù)報(bào)（低濃度）和危險(xiǎn)（高濃度）兩種報(bào)警形式。芯片內(nèi)部由小信號(hào)放大器AV，兩個(gè)信號(hào)比較器VC1、VC2，兩組振蕩器，邏輯編碼控制器以及驅(qū)動(dòng)器組成。使用電路簡(jiǎn)單，易于調(diào)試，安裝方便。 CH217采用全CMOS工藝制造，具有輸入阻抗高，功耗低的特點(diǎn)；又由于采用了最新低壓CMOS線性電路設(shè)計(jì)技術(shù)，并巧妙地將線性電路與邏輯電路組合成完整的功能系統(tǒng)，因而具有工作電壓低、滿足井下工作環(huán)境要求等

29、特點(diǎn)。報(bào)警電路工作過(guò)程：瓦斯傳感器輸出信號(hào)通過(guò)CH217的17、18腳送入到內(nèi)部小信號(hào)放大器AV，由其將傳感器的微弱信號(hào)放大后由19腳輸出形成Vx信號(hào)， Vx通過(guò)16、13腳進(jìn)入兩個(gè)信號(hào)比較器VC1、VC2, 由VC1、VC2將Vx與從RP2、RP1上提取的預(yù)報(bào)與危險(xiǎn)兩種基準(zhǔn)信號(hào)VL、VH進(jìn)行比較，形成報(bào)警控制信號(hào)FI(11腳)和SE(14腳)。當(dāng)VxVL時(shí)，兩報(bào)警控制信號(hào)同時(shí)為低電平，說(shuō)明此時(shí)瓦斯?jié)舛群艿?，沒(méi)有危險(xiǎn)，不需要報(bào)警；當(dāng)VLVxVH時(shí)，預(yù)報(bào)警控制信號(hào)FI為高電平，危險(xiǎn)報(bào)警控制信號(hào)SE為低電平，說(shuō)明此時(shí)瓦斯有了一定的濃度,應(yīng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，這時(shí)CH217通過(guò)第3腳輸出頻率較低的聲音預(yù)報(bào)報(bào)警

30、信號(hào)，同時(shí)通過(guò)2腳輸出光報(bào)警信號(hào)；當(dāng)VxVH時(shí)，兩報(bào)警控制信號(hào)同時(shí)為高電平，說(shuō)明此時(shí)瓦斯?jié)舛纫堰_(dá)到了危險(xiǎn)的程度，這時(shí)CH217通過(guò)第3腳輸出頻率較高的聲音危險(xiǎn)報(bào)警信號(hào), 光報(bào)警信號(hào)仍然通過(guò)2腳輸出。5.4 壓力傳感器的選擇MPX2000屬于壓阻式壓力傳感器。壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的器件。它是在單晶硅基片上用擴(kuò)散工藝制成一定形狀的應(yīng)變?cè)?dāng)受到壓力作用時(shí)，使應(yīng)變?cè)碾娮杪拾l(fā)生變化，電阻變化引起電路輸出電壓發(fā)生變化。壓阻式傳感器的特點(diǎn)有：易于小型化、易于集成化、靈敏度高、測(cè)量范圍寬、頻率響應(yīng)寬、工作可靠壽命長(zhǎng)、受溫度影響大。壓阻式壓力傳感器廣泛應(yīng)用于流體壓力、壓差的測(cè)量。5

31、.5 變送器的選擇在通風(fēng)控制系統(tǒng)中選用變送器是將礦井內(nèi)壓力傳感器的模擬信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。從而便于PLC內(nèi)的PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，使變頻器輸出相應(yīng)的頻率來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，有效的調(diào)節(jié)礦井內(nèi)的通風(fēng)量。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，變送器起著非常重要的作用。在本系統(tǒng)中選用由天津市奧斯克科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的SK1151系列電容式壓力變送器。SK1151系列電容式變送器是采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，關(guān)鍵原材料、元器件、和零部件均從國(guó)外進(jìn)口，整機(jī)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格組裝和測(cè)試。具有設(shè)計(jì)原理先進(jìn)，品種規(guī)格齊全，安裝使用簡(jiǎn)便（規(guī)格、尺寸與原裝1151完全兼容），外形美觀等特點(diǎn)。最近研制開(kāi)發(fā)出來(lái)的S智能系列更是一種智能式變

32、送器，有很強(qiáng)的使用價(jià)值。目前，該系列產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、食品、造紙、醫(yī)藥、機(jī)械制造等行業(yè)。同時(shí)SK1151系列電容式變送器還具有以下特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性好，二線制輸出標(biāo)準(zhǔn)電流（0-20mA）；阻尼可調(diào)、單向過(guò)載保護(hù)特性好，無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件、維修工作量少；全系列統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、零部件互換性強(qiáng)，接觸介質(zhì)的膜片材料可選擇，（316L，TAN，HAST-C、MONEL等耐腐蝕材料）防爆結(jié)構(gòu)、全天候使用；基于以上優(yōu)點(diǎn)，選用SK1151系列電容式壓力變送器。5.6 電機(jī)的選擇1#泵電機(jī)M1和2#泵電機(jī)M2均為15kW的三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，工作方式：在工頻/變頻情況下都正轉(zhuǎn)，并且可以手動(dòng)控制。

33、3#附屬小泵電機(jī)M3為2.2kW的三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，工作方式：在工頻/變頻下都正轉(zhuǎn)，且可以手動(dòng)控制。1#泵和2#泵電機(jī)順序起動(dòng)，附屬小泵電機(jī)起平衡作用。要求各個(gè)電機(jī)都具有短路和過(guò)載保護(hù)。5.6 電源的供電方式煤礦井下掘進(jìn)工作面一般采用通風(fēng)機(jī)以稀釋巷道涌出的瓦斯?jié)舛取Ｔ诟咄咚沟V井的掘進(jìn)工作面，一旦出現(xiàn)因供電故障而造成通風(fēng)機(jī)停電停風(fēng)，在很短的時(shí)間內(nèi)會(huì)造成瓦斯積聚，進(jìn)而使瓦斯?jié)舛瘸?，?yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)。經(jīng)分析造成掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛瘸薜闹饕蛴校海?）掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停電停風(fēng)；（2）通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障；（3）沒(méi)有嚴(yán)格按照煤礦安全規(guī)程的規(guī)定操作；（4）礦井局部通風(fēng)設(shè)施管理混亂。上述4個(gè)原

34、因中，掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的停電停風(fēng)是引起井下掘進(jìn)工作面瓦斯超限最主要的原因。所以，為了預(yù)防掘進(jìn)工作面瓦斯聚集導(dǎo)致瓦斯爆炸事故，井下局部通風(fēng)機(jī)供電方式是非常重要的。圖6 單電源供電方式（1）單電源供電方式如圖6所示。此供電方式只有1路電源，掘進(jìn)工作面的用電設(shè)備和通風(fēng)機(jī)共用同一路電源線路，其特點(diǎn)是接線方式簡(jiǎn)單。但當(dāng)供電線路出現(xiàn)停電檢修、短路、漏電等，或掘進(jìn)工作面其他用電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該掘進(jìn)工作面通風(fēng)機(jī)就會(huì)停止工作，造成該掘進(jìn)工作面的瓦斯?jié)舛瘸?。?）在圖7供電方式的基礎(chǔ)上增設(shè)雙電源，使掘進(jìn)工作面的用電設(shè)備和通風(fēng)機(jī)由兩路不同的電源線路供電。并且增加1臺(tái)備用通風(fēng)機(jī)，所有的通風(fēng)機(jī)均采用更靈活、更安

35、全可靠的雙電源供電方式，如圖7所示。圖7 雙電源供電方式此供電方式的優(yōu)點(diǎn)：掘進(jìn)工作面采用2臺(tái)通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，2臺(tái)通風(fēng)機(jī)由2路不同的電源線路供電。2臺(tái)通風(fēng)機(jī)可以同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，如果其中的一路供電線路出現(xiàn)故障，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)由工作人員排除故障，電源從另一供電線路供電保證通風(fēng)機(jī)仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)供風(fēng)，以保證掘進(jìn)工作面的正常供風(fēng)，此供電方式使工作面更加安全可靠。掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)采用合理的供電方式，能保證掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)正常工作，確保安全生產(chǎn)。有電則風(fēng)流通暢，有風(fēng)則瓦斯不會(huì)聚集。因此，加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施的管理,增強(qiáng)安全意識(shí)，是預(yù)防煤礦井下瓦斯超限的行之有效的方法。5.7 故障處理及保護(hù)功能 （1）故障處理從冗余設(shè)計(jì)原

36、則考慮，在變頻器發(fā)生故障時(shí)仍要不間斷工作。當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報(bào)警，PLC發(fā)指令使全部通風(fēng)電機(jī)停止，然后M3電機(jī)工頻運(yùn)行（若通風(fēng)機(jī)功率大于37kW，則需要采用降壓?jiǎn)?dòng)方式），經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后根據(jù)井內(nèi)瓦斯?jié)舛?，PLC則按實(shí)際情況在工頻狀態(tài)下切換。當(dāng)出現(xiàn)停機(jī)、電動(dòng)機(jī)欠壓電、過(guò)壓或故障等情況時(shí)，均能由蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。條件許可時(shí)可以添加MODEM模塊，在變頻器、電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)能通過(guò)遠(yuǎn)程通信口撥叫值班人員電話，通知有關(guān)人員前來(lái)維修。所有故障解決、恢復(fù)正常后，報(bào)警信號(hào)取消。有時(shí)電源會(huì)突然斷電，可自動(dòng)切換到另一個(gè)備用的電源，恢復(fù)供電后若系統(tǒng)無(wú)法起動(dòng)會(huì)造成嚴(yán)重后果，為此本系統(tǒng)設(shè)置了通電后自動(dòng)變頻起動(dòng)

37、方式。在電源恢復(fù)后，PLC會(huì)發(fā)出指令，蜂鳴器發(fā)出警告，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式首先變頻起動(dòng)M1，直到風(fēng)量達(dá)到穩(wěn)定。（2）電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)功能圖8 富士變頻器的熱保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)載的基本特征是溫升超過(guò)額定溫升。因此，從根本上說(shuō)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的目的，是使電動(dòng)機(jī)不因過(guò)熱而燒壞。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，是按照電動(dòng)機(jī)的溫升情況進(jìn)行計(jì)算的。對(duì)于某些變動(dòng)負(fù)載和斷續(xù)負(fù)載，短時(shí)間的過(guò)載是允許的。采用日本的富士G11S系列的變頻器，具備了過(guò)轉(zhuǎn)矩保護(hù)功能，即當(dāng)轉(zhuǎn)矩電流超過(guò)由用戶預(yù)置的數(shù)據(jù)時(shí)，將進(jìn)行報(bào)警，甚至跳閘。如圖8所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)的溫度變化時(shí)，由于熱敏電阻R1(PTC)的阻值變化,使A點(diǎn)的電位也隨之變化。A點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)值（

38、與電動(dòng)機(jī)的額定溫升相對(duì)應(yīng)）比較，比較結(jié)果將決定繼電器KT觸點(diǎn)的狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱時(shí)，A點(diǎn)電位超過(guò)基準(zhǔn)值，使KT閉合，變頻器將因?yàn)榈玫竭^(guò)熱信號(hào)而報(bào)警或跳閘5。6 軟件的實(shí)現(xiàn)編程軟件采用松下電工公司開(kāi)發(fā)的在Windows環(huán)境下使用的軟件：FPWINGR。它支持所有松下電工生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品，可以用這個(gè)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)：對(duì)PLC程序和注釋和輸入及編輯；程序檢查；運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的監(jiān)控及測(cè)試；系統(tǒng)寄存器和PLC各種系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置；程序清單和監(jiān)控結(jié)果等文檔的打印；數(shù)據(jù)傳輸及文件管理等功能。FPWINGR軟件采用的是典型的Windows界面、菜單界面、編程界面、監(jiān)控界面等可同時(shí)以窗口形式相疊或平鋪顯示，甚至可以把兩

39、個(gè)不同的程序在一個(gè)屏幕上同時(shí)顯示，可以通過(guò)快捷鍵在各個(gè)窗口之間進(jìn)行移動(dòng)和切換，這給調(diào)試程序和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控帶來(lái)了便利。各種功能切換和指令的輸入既可用軟件上的鍵盤快捷操作鍵操作，也可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)操作。菜單采用點(diǎn)擊下拉形式，操作起來(lái)很方便，特別是它在軟件的“幫助”菜單中增加了軟件操作方法和指令、特殊內(nèi)部繼電器、特殊數(shù)據(jù)寄存器等一覽表。這樣在沒(méi)有手冊(cè)的情況下也能方便的使用。計(jì)算機(jī)與外設(shè)通信通常采用RS-485串行口，常用RS-485一端為與計(jì)算機(jī)相連的9針凸式梯形插頭，另一端為與適配器相連的25針凹式梯形插頭。若PLC的編程電纜引出口采用的是RS-422串行口，就要使用RS-422/RS-485適配器。

40、將所連FP0的波特率設(shè)置為9600bps。9600bps是各編程軟件的初始化設(shè)置。為方便調(diào)試和編程，系統(tǒng)控制器采用模塊化編程，系統(tǒng)由若干個(gè)子程序構(gòu)成，包括數(shù)據(jù)采集子程序、控制量運(yùn)算子程序、電機(jī)控制子程序、報(bào)警子程序、風(fēng)力調(diào)節(jié)子程序、壓力檢測(cè)子程序、停機(jī)“睡眠”子程序等等組成。6.1 PLC的I/O分配在這個(gè)控制系統(tǒng)中，共用到8個(gè)輸入和8個(gè)輸出。輸入口從X0X7，輸出口從Y0Y7，其中X0和X1組合開(kāi)關(guān)，要求在任一時(shí)刻都有一個(gè)處于閉合狀態(tài)，即系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)或是處于手動(dòng)狀態(tài)。如表7所示。該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩套運(yùn)行模式，手動(dòng)運(yùn)行靠轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要PLC的軟件編程，這樣可以減少PLC

41、的I/O點(diǎn)數(shù)，不僅降低了成本，還提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，一旦PLC出現(xiàn)故障，還可以手動(dòng)運(yùn)行。表1 PLC的I/O口分配表輸入功能輸出接觸器功能X0自動(dòng)/手動(dòng)Y0KM1變頻器X1外部信號(hào)Y1KM2M1變頻X2M1手動(dòng)Y2KM3M1工頻X3M2手動(dòng)Y3KM4M2變頻X4M3手動(dòng)Y4KM5M2工頻X5報(bào)警信號(hào)Y5KM6M3工頻X6報(bào)警解除Y6燈光報(bào)警X7過(guò)熱保護(hù)Y7聲音報(bào)警6.2 PLC接線圖圖9 PLC接線圖6.3 程序控制流程圖根據(jù)煤礦安全規(guī)程，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到或超過(guò)1.5%CH4時(shí)，應(yīng)進(jìn)入排放瓦斯?fàn)顟B(tài)。為了達(dá)到節(jié)能效果，當(dāng)瓦斯?jié)舛仍?1.5%時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與瓦斯?jié)舛鹊脑鰷p成比例地升降，即隨

42、瓦斯?jié)舛鹊淖兓詣?dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)頻控制完成了此功能，其程序流程如圖10所示。PLC控制程序見(jiàn)附錄。流程圖如下：開(kāi) 始瓦斯?jié)舛?風(fēng)壓采樣選擇工作方式N變頻啟動(dòng)工頻運(yùn)行M1工頻M2變頻YM1變頻 M2停止?jié)舛茸兇驨Y濃度變大M1停止M2變頻NNYM1工頻M2工頻濃度變大Y聲光報(bào)警M1變頻M2工頻濃度變大NY圖10 程序流程圖6.4 程序的調(diào)試、測(cè)試和監(jiān)控實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試分為軟件和硬件兩部分，通常這兩部分是相互關(guān)聯(lián)、緊密聯(lián)系的。一般情況下是先進(jìn)行軟件部分的調(diào)試，但最重要、最費(fèi)時(shí)的調(diào)試是軟硬件聯(lián)調(diào)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。PLC控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能，因此，PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試與通用計(jì)算

43、機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)基本一樣，一些在調(diào)試通用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所用的方法也能用于PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試，如仿真模擬法、程序隔離法、跟蹤執(zhí)行法和邊界參數(shù)法等。由于PLC自身特點(diǎn)，如循環(huán)掃描的工作方式或較多的輸入/輸出操作等，因此有一些特殊的調(diào)試手段和方法，如信號(hào)時(shí)序法、信號(hào)組合法等。在信號(hào)時(shí)序法中，特別要注意脈沖觸發(fā)的信號(hào)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的工作過(guò)程及脈沖繼電器的特性等。系統(tǒng)測(cè)試一般可從以下幾點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。（1）是否具備設(shè)計(jì)所規(guī)定的全部功能；（2）是否達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)(精度、控制穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等)；（3）應(yīng)變能力(在發(fā)生意外事件時(shí)，系統(tǒng)能否作出正確的響應(yīng))；（4）抗干擾能力。在調(diào)試過(guò)程中如果能靈活有效地利用

44、系統(tǒng)寄存器和錯(cuò)誤報(bào)警繼電器，通常可以大大提高調(diào)試效率。當(dāng)然，調(diào)試過(guò)程是較多地依靠開(kāi)發(fā)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，每個(gè)設(shè)計(jì)者有各自的方法和習(xí)慣，主要靠自己不斷摸索，不斷總結(jié)。監(jiān)控：包括數(shù)據(jù)、觸點(diǎn)和動(dòng)態(tài)時(shí)序圖監(jiān)控。數(shù)據(jù)監(jiān)控可以對(duì)數(shù)據(jù)寄存器等要求以字（16bit）為單位進(jìn)行監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行“設(shè)備登錄”，以一覽表的形式進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)也可以寫入、修改這些數(shù)據(jù)。觸點(diǎn)監(jiān)控可以將需要監(jiān)控的觸點(diǎn)或線圈進(jìn)行“設(shè)備登錄”然后以一覽表的形式監(jiān)控其ON/OFF狀態(tài)。同時(shí)，也可以對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行ON/OFF操作。動(dòng)態(tài)時(shí)序圖監(jiān)控是以時(shí)序圖的形式對(duì)繼電器和寄存器進(jìn)行監(jiān)控。時(shí)序圖描述的是繼電器狀態(tài)或寄存器值隨時(shí)間變化的情況，時(shí)序圖的橫軸表示時(shí)間

45、，縱軸表示繼電器的狀態(tài)或寄存器值的大小。選擇“在線”菜單中的“時(shí)序圖監(jiān)控”功能，在彈出窗口中設(shè)置相應(yīng)的繼電器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)序圖監(jiān)控功能。6.5 上位機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試通過(guò)與上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)之間建立通信協(xié)議，使得上位機(jī)直接能夠?qū)υO(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行控制、監(jiān)控。用PLC的通信電纜RS-485將計(jì)算機(jī)的COM1口與PLC聯(lián)機(jī)，進(jìn)行PLC設(shè)備通信調(diào)試。首先驗(yàn)證上位機(jī)的各參數(shù)設(shè)置是否正確。打開(kāi)PLC編程軟件，將設(shè)計(jì)好的程序下載到PLC中，并檢驗(yàn)PLC與組態(tài)的通信參數(shù)設(shè)置是否一致。PLC通信參數(shù)設(shè)置在FPWIN編程軟件選項(xiàng)中通信設(shè)置中，將計(jì)算機(jī)中與PLC不一致的參數(shù)設(shè)置成相同。檢查完成后，將PLC編程軟件關(guān)閉，再運(yùn)

46、行組態(tài)軟件，以免發(fā)生串口通信競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致出錯(cuò)，不能正常運(yùn)行組態(tài)軟件。返回進(jìn)入計(jì)算機(jī)工程軟件中設(shè)備調(diào)試屬性欄，此時(shí)若通信異常則通信狀態(tài)標(biāo)志位為“1”，此時(shí)需要按照步驟檢查相關(guān)設(shè)置是否正確；如設(shè)置正確則通信狀態(tài)標(biāo)志位為“0”，對(duì)應(yīng)的X輸入繼電器和Y輸出繼電器的狀態(tài)將與PLC的狀態(tài)變化一致，此時(shí)計(jì)算機(jī)工程軟件即采集到PLC中數(shù)據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀、寫監(jiān)控。設(shè)備調(diào)試通信正常，在關(guān)閉設(shè)備窗口前系統(tǒng)彈出一個(gè)對(duì)話框，要求存盤。選擇是即可執(zhí)行保存操作。通信正常后，在文件菜單中選擇進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，此時(shí)在按下PLC設(shè)備的外部啟動(dòng)按鈕時(shí)，在該監(jiān)控畫(huà)面中，相應(yīng)設(shè)備中的狀態(tài)顏色有紅變成綠顏色，監(jiān)控畫(huà)面中的設(shè)備

47、處于運(yùn)行狀態(tài)，PLC輸出繼電器閉合，即對(duì)應(yīng)設(shè)備處于工作狀態(tài)。相反，若按下PLC設(shè)備的外部停止按鈕時(shí)，在該監(jiān)控畫(huà)面中，相應(yīng)設(shè)備中的狀態(tài)顏色有綠變成紅顏色，表示相應(yīng)設(shè)備停止工作。由此可知，在監(jiān)控畫(huà)面中，每個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)/停止?fàn)顟B(tài)分別用綠和紅顏色表示。系統(tǒng)若設(shè)置正確，計(jì)算機(jī)工程界面將按照控制要求正常運(yùn)行。否則，我們應(yīng)該進(jìn)一步設(shè)置相關(guān)通信參數(shù)，制定通信協(xié)議，直到符合系統(tǒng)的控制要求為止。上述系統(tǒng)各部分程序通過(guò)與上位機(jī)聯(lián)機(jī)模擬調(diào)試，符合設(shè)計(jì)要求。6.6 軟件操作應(yīng)注意事項(xiàng)（1）進(jìn)入FPWIN GR編程軟件時(shí)，PLC機(jī)型應(yīng)選擇正確，否則無(wú)法正常下載程序。（2）下載程序前，應(yīng)確認(rèn)PLC供電正常。（3）連線時(shí)，應(yīng)先連PLC電源線，再連I/O接線。 （4）在程序反顯狀態(tài)下，生成或編輯程序最多只能進(jìn)行33行的處理，若超過(guò)33行，PLC將無(wú)法實(shí)現(xiàn)PG轉(zhuǎn)換，此時(shí)可分批進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（5）若向沒(méi)有注釋寫入存儲(chǔ)區(qū)的PLC中下載帶有注釋的程序時(shí)，注釋將不被寫入PLC。如果再次執(zhí)行“程序上載”，則注釋將被取消。對(duì)于這樣的PLC，在下載程序時(shí)會(huì)出現(xiàn)詢問(wèn)對(duì)話框，選擇“確定”即可。（6）強(qiáng)制輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)最多16點(diǎn)。（7）在“線編輯方式”是指在與PLC連機(jī)狀態(tài)下，進(jìn)行程序編寫、調(diào)試的一種工作方式。使用