基于PSAT的電力系統(tǒng)低頻振蕩分析論文定稿

1、基于PLC的礦井通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計摘 要煤礦的安全生產(chǎn)中，礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用，它是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而礦井通風(fēng)機又是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，因此對其進行PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和研究，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機械化、自動化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟效益。煤礦主通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)主要包括風(fēng)機性能檢測和風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)控制兩部分。本文以一臺礦用對旋軸流風(fēng)機為控制對象，結(jié)合PLC控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和組態(tài)監(jiān)控技術(shù)，對礦井通風(fēng)機進行了PLC控制的狀態(tài)監(jiān)測和變頻調(diào)速的設(shè)計和研究。監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機加下位機的設(shè)計模式。下位機采用可靠性高的可編程邏輯控制器，通過各種傳感

2、器和電量采集單元實時監(jiān)測通風(fēng)機的性能參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)、電機的電氣參數(shù)并能實現(xiàn)遠程通訊。上位機應(yīng)用北京亞控科技公司開發(fā)的KINGVIEW6.52組態(tài)軟件編寫人機界面，將風(fēng)機工作流程以直觀的畫面顯示出來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和顯示、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄和報警、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲和報表輸出、為操作員提供良好的操作界面，完成了風(fēng)機房的無人值守自動化監(jiān)控和管理的設(shè)計和改造。在變風(fēng)量系統(tǒng)中，主要比較了風(fēng)門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)，顯示出了變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅能使風(fēng)機工作在高效區(qū)，并且其節(jié)能效果要優(yōu)于其它調(diào)節(jié)方法，具有很重要的應(yīng)用前景。風(fēng)機調(diào)節(jié)控制由PLC+變頻器控制電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)風(fēng)量控制。同時本文還研究了風(fēng)量調(diào)節(jié)的算法。關(guān)鍵詞：PLC控制；

3、變頻調(diào)速技術(shù)； 礦井通風(fēng)機； 組態(tài)王軟件； ABSTRACTAs the key component of coal mine safety，mine ventilation system plays an important role in coal mine safety. It is one of the main equipments in the system. So research and design of its variable frequency speed regulation system with PLC control have good economic ben

4、efits. It not only improves the mechanical and automatic level of coal production, but also saves large electrical energy.Mine main ventilator monitoring system includes testing and adjusting air volume fan control in two parts. In this paper, a rotating axial flow fan of mine as a control object，co

5、mbined with PLC control， frequency conversion technology and configuration monitoring technology，PLC control of the mine fan was the state of monitoring and frequency control design and research.Monitoring system uses the host computer plus lower machine design patterns. High reliability and lower m

6、achine using programmable logic controller，through a variety of sensors and real-time monitoring of power acquisition unit fan performance parameters and state parameters，the motor electrical parameters and to achieve long-distance communication. We used KINGVIEW6.52 written man-machine interface co

7、nfiguration software developed by Beijing Asia PC application control technology company，the fans to an intuitive work flow screen display， data acquisition and display, record and alarm of critical data，production data storage and Report output for the operator to provide a good user interface，comp

8、leted the fan room unattended automated monitoring and management of the design and reconstruction.In VAV systems，the main damper adjustment compared with the frequency adjustment，frequency regulation system shows not only make the fans work in high areas，and its energy is more effective than other

9、adjustment methods，a very important application. Regulation and control by the PLC + fan drive motor speed to achieve control of air volume control. At the same time we study the air volume control algorithm.朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音 字典Keywords： PLC control； Variable frequency speed regulation technology；

10、 Mine ventilator； Kingview software；目 錄1 緒論11.1選題的背景和意義11.2風(fēng)機監(jiān)控在國內(nèi)外研究狀況 11.3礦井主風(fēng)機在線監(jiān)控的展望 11.4本論文的主要工作和安排22系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能42.1礦井主扇風(fēng)機42.1.1礦井主扇風(fēng)機概述42.1.2風(fēng)機主要技術(shù)指標42.1.3風(fēng)機的特性曲線52.1.4風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法72.2可編程控制器的應(yīng)用72.2.1 PLC概述72.2.2 PLC的基本構(gòu)成72.2.3 PLC的工作原理82.3風(fēng)機參數(shù)的檢測82.3.1風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測92.3.2振動參數(shù)的檢測102.3.3電氣參數(shù)的檢測102.3.4電機軸承

11、和定子溫度檢測102.3.5開關(guān)量檢測112.4 變頻調(diào)速112.4.1變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機上的應(yīng)用概述112.4.2變頻調(diào)速的基本原理112.4.3風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能分析122.4.4變頻器的結(jié)構(gòu)142.4.5 PLC控制變頻器的方式153通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)163.1風(fēng)機自動化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)163.2基于現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)163.2.1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù)163.2.2現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的互連173.2.3網(wǎng)絡(luò)的具體實現(xiàn)方法184系統(tǒng)的硬件設(shè)計194.1系統(tǒng)硬件連接194.2主電路194.3控制電路的設(shè)計194.4 器件的選型224.4.1PLC的選型224.4.2變頻器

12、的選型224.5變頻器與PLC的連接234.6風(fēng)量的控制算法234.6.1變頻器輸入值計算234.6.2 U-P和Q-P曲線的擬合255主通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計265.1 PLC軟件設(shè)計265.1.1主控制程序流程265.1.2子程序0和1程序流程275.1.3子程序2和3程序流程285.1.4子程序4程序流程295.1.5中斷子程序305.2組態(tài)軟件設(shè)計305.2.1KINGVIEW 6.52操作界面305.2.2煤礦主通風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)主界面305.2.3 PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面31結(jié)論33參考文獻34附錄35翻譯部分40英文原文40中文譯文46致謝52第41頁1 緒論1.1選題

13、的背景和意義通風(fēng)機是煤礦的四大固定設(shè)備之一，它擔(dān)負著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任，具有“礦井肺腑”之稱。由于井下工作環(huán)境惡劣，主通風(fēng)機工作電壓較高，電流較大，出現(xiàn)故障的概率也較大。一旦發(fā)生故障，將會對整個礦區(qū)的生產(chǎn)和安全造成重大影響。因此，有必要建立一套功能完善的自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井主通風(fēng)機性能及狀態(tài)的在線實時監(jiān)測，以便在生產(chǎn)過程中及時掌握主通風(fēng)機的運行參數(shù)和狀態(tài)，這也是主通風(fēng)機控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。據(jù)統(tǒng)計，煤礦事故70%以上是由于通風(fēng)設(shè)備故障、通風(fēng)管理不善等所造成。隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴大、生產(chǎn)效率的提高，井下通風(fēng)系統(tǒng)對通風(fēng)設(shè)備的監(jiān)測監(jiān)控也必須提出了更高的要求。利用設(shè)備在線監(jiān)測

14、監(jiān)控等相關(guān)技術(shù)，實時調(diào)節(jié)風(fēng)機運行狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)故障隱患十分必要。高壓變頻技術(shù)、智能控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，為滿足煤礦生產(chǎn)的上述要求提供了可能。本監(jiān)控系統(tǒng)就是在此背景下提出的。1.2 風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況國外很早就對風(fēng)機進行了研究。至90年代，一般的風(fēng)機均配有在線監(jiān)控系統(tǒng)，集保護、檢測、控制于一體，不但能實現(xiàn)風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)，主要能進行故障診斷，預(yù)測使用壽命，預(yù)報維修極限，成功地對風(fēng)機進行了檢測，有效的保證了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全運行。美國煤礦使用的主風(fēng)機以軸流式為主，近年來開始采用在運行中可以改變?nèi)~片角度的液壓式動葉可調(diào)風(fēng)機，節(jié)能效果好。德國以TLT公司

15、為代表，采用液壓式動葉調(diào)節(jié)的軸流通風(fēng)機，其運行效率可保持在83%88%以內(nèi)。國內(nèi)在這兩方面起步比較晚。風(fēng)量調(diào)節(jié)方法都比較落后，需要在停機的情況下進行手動調(diào)節(jié)或者是隔一段時間才能調(diào)節(jié)一次。其一這種人工操作方法只能做到階段性調(diào)節(jié)而不能做到及時連續(xù)自動調(diào)節(jié)，而且實時性差，風(fēng)量控制不準確，自動化程度不高；另外，我國煤礦主通風(fēng)機一般都在遠離煤礦管理部門的井田邊緣，通風(fēng)設(shè)備的管理由于風(fēng)量參數(shù)不能實現(xiàn)在線監(jiān)測而成為煤礦自動化管理的薄弱環(huán)節(jié)。目前大部分廠家只對設(shè)備進行簡單的點測，或是對風(fēng)機進行簡易的診斷。近幾年來，陸續(xù)有幾家大中型企業(yè)開始安裝了專用檢測診斷設(shè)備對風(fēng)機進行了長期檢測。近幾年來，陸續(xù)有幾家大中型企

16、業(yè)開始安裝了專用檢測診斷設(shè)備對風(fēng)機進行了長期檢測。05年南京因泰萊電器股份有限公司為銀川力城電子煤礦設(shè)計了綜合現(xiàn)代化通信、計算機和自動控制與檢測技術(shù)的全分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，它具有顯示、打印、報警、狀態(tài)識別、趨勢分析、現(xiàn)場動平衡等功能，在實際應(yīng)用中取得了很好的效果。但與國外還是存在著一定的距離。1.3礦井主通風(fēng)機在線監(jiān)測監(jiān)控的展望隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,科技人員的不斷努力，礦井主通風(fēng)機在線監(jiān)測監(jiān)控取得了一定的成績,但也明顯存在一些不足礦井主通風(fēng)機在線監(jiān)測監(jiān)控主要還處在監(jiān)測水平，其控制功能很弱，對主通風(fēng)機的控制和故障診斷基本上還處在研究階段，礦井主通風(fēng)機在線監(jiān)測監(jiān)控的可靠性有待進一步提高，礦井主通風(fēng)

17、機在線監(jiān)測監(jiān)控是一個較獨立的系統(tǒng),未與整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)、整個煤礦管理系統(tǒng)取得協(xié)調(diào)的聯(lián)系。針對以上不足，為了進一步提高煤礦自動化管理水平,提高生產(chǎn)的安全程度，降低工人勞動強度，礦并主通風(fēng)機在線監(jiān)測監(jiān)控應(yīng)在如下幾個方面發(fā)展：(1)煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向集散化結(jié)構(gòu)發(fā)展新推出的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)基本上都采用集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般由現(xiàn)場測控分站和控制中心主站組成。分站以脫離主站自動實現(xiàn)就地監(jiān)測和控制功能，一般由中小型可編程控制器組成。主站一般采用PC機，主要負責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、存儲、顯示、報警、處理、分析、報表打印等。(2)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)開放化新推出的集散監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)均采用開放系統(tǒng)互連的標準模型、通信協(xié)議或

18、規(guī)程，支持多種互連標準。任何集散測控系統(tǒng)，只要遵循這些規(guī)程，就能夠與其它系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)相連，方便地組成多節(jié)點的計算機局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)系統(tǒng)間的通信和數(shù)據(jù)共享。(3)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)智能化主要是指傳感器的智能化，如不斷推出的具有自動校正、靈敏度自動補償、非線性自動補償?shù)裙δ艿闹悄軅鞲衅鳌?4)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件發(fā)展趨勢包括操作系統(tǒng)的實時多任務(wù)化，控制軟件的組態(tài)化、智能化和圖形化，軟件系統(tǒng)的開放化、標準化。(5)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)向綜合化方向發(fā)展全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種可用于環(huán)境安全、軌道運輸、皮帶運輸、提升運輸、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、礦山壓力、煤與瓦斯突出、自燃發(fā)火、大型機電設(shè)備的運

19、行狀況等多方面綜合監(jiān)控的系統(tǒng)，既可用于某一單方面的監(jiān)控，又可實現(xiàn)全面綜合監(jiān)控。(6)發(fā)展專家診斷、專家決策系統(tǒng)軟件我國監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)軟件目前停留在對被監(jiān)測量的實時采集、存儲、超限報警及斷電、以曲線、圖形和報表形式輸出的水平，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的最基本處理，在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)正在開發(fā)專家系統(tǒng)和礦井安全預(yù)警系統(tǒng)。在礦難發(fā)生前就能對各種安全隱患進行預(yù)測，使安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。1.4本論文的主要工作和安排本論文以礦井對旋軸流風(fēng)機為研究對象，以西門子 S7-200 可編程邏輯控制器作為監(jiān)控核心，運用溫度，壓力，振動等傳感器和電量采集單元對風(fēng)機運行狀態(tài)以及各種電量參數(shù)進行檢測。同時，利用PLC和上位機之間的通信

20、實現(xiàn)通風(fēng)機運行的在線監(jiān)控。本論文還討論了利用變頻器控制通風(fēng)機的變頻運行，實現(xiàn)風(fēng)機的高效節(jié)能運行。具體地說，本論文的主要研究內(nèi)容如下：1實現(xiàn)信號采集與實時監(jiān)測，包括風(fēng)機的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、負壓、流量、軸承振動、軸承溫度、定子溫度、電壓、電流、功率、效率等。2控制系統(tǒng)能實現(xiàn)風(fēng)機手動和自動變頻運行的切換，使風(fēng)機處于工頻或變頻運行狀態(tài)。在變頻運行時，該系統(tǒng)能根據(jù)壓力傳感器的模擬量輸入，經(jīng)PLC內(nèi)部運算，計算出系統(tǒng)滿足安全生產(chǎn)所需的風(fēng)量大小對應(yīng)的變頻器輸入電壓值，經(jīng)擴展模塊模擬量輸出控制變頻器自動調(diào)整風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。3本系統(tǒng)能實現(xiàn)多種報警功能，如風(fēng)機定子，軸承溫度超限，電動機振動異常報警，以及變頻器出現(xiàn)故

21、障及時報警，及時處理的功能。4 用工程制圖軟件繪制系統(tǒng)主電路圖和PLC及擴展模塊接線圖。5 用STEP7-Micro/WIN編程軟件編出PLC梯形圖。6 用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)完成對PLC通信網(wǎng)絡(luò)的組建。7模擬風(fēng)機運行情況，用組態(tài)王軟件繪制煤礦主通風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)主界面和PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面。并生成性能參數(shù)實時曲線和歷史趨勢曲線，監(jiān)測數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)報表查詢及打印，以及瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量、風(fēng)壓等監(jiān)控量的趨勢曲線、超限報警和數(shù)據(jù)報表功能。2 系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能本論文設(shè)計的礦井主扇風(fēng)機的監(jiān)控包括風(fēng)機運行狀態(tài)的監(jiān)測和風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié)兩部分。本系統(tǒng)中風(fēng)機運行狀態(tài)的監(jiān)測以工控領(lǐng)

22、域的可編程控制器(PLC)和組態(tài)軟件為核心，以標準控制柜作為信號采集和控制輸出裝置,輔以傳感器、中間繼電器和其它輔助設(shè)備構(gòu)建整個監(jiān)控系統(tǒng)。通過的煤礦主通風(fēng)機的計算機監(jiān)控管理系統(tǒng),實現(xiàn)了通風(fēng)機的計算機實時監(jiān)控以及通風(fēng)機房與工業(yè)以太網(wǎng)和煤礦安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息共享。風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié)中引入變頻器對風(fēng)機風(fēng)速的調(diào)節(jié)，據(jù)所需風(fēng)量和風(fēng)壓大小通過變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速在節(jié)能和提高風(fēng)機效率方面具有無與倫比的優(yōu)點，還能實現(xiàn)風(fēng)機的軟啟動和保護等要求。2.1礦井主扇風(fēng)機2.1.1礦井主扇風(fēng)機概述礦井通風(fēng)機按結(jié)構(gòu)來分，有離心通風(fēng)機和軸流通風(fēng)機，目前礦上使用最多的是軸流通風(fēng)機。軸流通風(fēng)機是氣體沿軸向進入旋轉(zhuǎn)葉片通道，由葉

23、片與氣體的相互作用，使氣體被壓縮并沿軸向排出的通風(fēng)機。在兩級的軸流通風(fēng)機中，有一種性能比較好的軸流通風(fēng)機對旋式軸流通風(fēng)機，它的一個葉輪裝在另一個葉輪的后面，同時兩個葉輪的旋轉(zhuǎn)方向彼此相反。它具有結(jié)構(gòu)尺寸短，效率高，反風(fēng)性能好的特點。目前礦井中主扇風(fēng)機大部分采用對旋式軸流風(fēng)機。本論文中采用某實驗風(fēng)機，其技術(shù)參數(shù)如下：風(fēng)機基本性能參數(shù)轉(zhuǎn)速（r/min）風(fēng)量（/h）全壓（Pa）效率（%）直徑（mm）29005400-90001200-240085.5400配用電機基本參數(shù)型號轉(zhuǎn)速（r/min）功率（Kw）額定電壓（V）額定電流（A）Y112M229004×23808.52.1.2風(fēng)機主要技

24、術(shù)指標1.風(fēng)量單位時間內(nèi)通風(fēng)機吸入的氣體的體積稱為通風(fēng)機的風(fēng)量，以Q表示，單位為m/s32.風(fēng)壓在通風(fēng)中所稱的風(fēng)壓是指單位體積的空氣所具有的能量，按其類型可分為靜壓、動壓和全壓，其單位為Pa。1)靜壓通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中單位體積流體所具有的壓力能量，即為氣體的靜壓力，以Psti表示，在實際的通風(fēng)網(wǎng)路中，通風(fēng)截面一般不是很大，可以忽略同一截面上任意兩地之間氣體的位能之差，因此在緩變流條件下，同一過流截面上個點的靜壓值可以認為相等。2)全壓氣流中某一點的滯止壓力，亦是該點靜壓和動壓的代數(shù)和，以Pi表示：Pi=Pdi+Psti3功率通風(fēng)機的功率分為軸功率和有效功率。軸功率是指原動機傳遞給通風(fēng)機軸上的功率，有功

25、功率是指風(fēng)機在單位時間內(nèi)對氣體做的有用功，通風(fēng)機的全壓有效功率用下式計算:Nx=PiQ1000Nx通風(fēng)機全壓有效功率，kW；Pi通風(fēng)機的全壓，Pa；Q通風(fēng)機的風(fēng)量，m/s3。若通風(fēng)機的風(fēng)壓用靜壓表示，則通風(fēng)機靜壓有效功率可用下式計算:Nxst=PstQ1000式中:Nxst通風(fēng)機靜壓有效功率，kW。4效率效率是全壓有效功率或靜壓有效功率與軸功率的比值，前者稱為全壓效率，后者稱為靜壓效率，計算公式如下：式中,通風(fēng)機的全壓效率和靜壓效率；N通風(fēng)機的軸功率，kW。5轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是指通風(fēng)機在單位時間內(nèi)的實際轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為r/min。2.1.3風(fēng)機的特性曲線軸流式風(fēng)機在設(shè)計工況下，基本上能消除氣流的

26、徑向流動，但當流量大于設(shè)計值時，葉輪下游側(cè)氣流將由內(nèi)向外朝直徑較大處偏斜；反之，氣流將朝較小處偏轉(zhuǎn)，情況嚴重時，會發(fā)生二次回流現(xiàn)象。軸流式風(fēng)機的性能曲線如圖1所示。1.QH曲線大都屬于陡降型曲線流量偏小時，氣流將部分地發(fā)生二次回流現(xiàn)象，回流的液體被葉輪二次加壓，是流量較小的情況下，壓頭上升的緣故。2.QN曲線在流量為零時最大當流量增大時，H下降很快，軸功率也有所下降，這樣往往使軸流式風(fēng)機在零流量下啟動時的軸功率為最大。因此與離心式風(fēng)機相比，軸流式風(fēng)機應(yīng)當在管路暢通下開動，盡管如此當啟動與停車時，總是會經(jīng)過最低流量的，所以軸流式風(fēng)機所配用電機要有足夠的裕量。3.Qn曲線在最高效率點附近迅速下降流

27、量不在設(shè)計工況下的氣流情況迅速變壞，以至效率下降很快，所以軸流式風(fēng)機的最佳工作范圍較窄，一般都沒有調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)流量。因此，QH曲線和QN曲線都是在流量從小到大增加時先下降，再上升，然后再下降，有兩個拐點，正常工作工況點應(yīng)選在QH曲線的二次下降段，也就是駝峰點的右側(cè)，它可近似用三次方程來擬合，但在整個趨勢中它和Q-H曲線的擬合方法一樣，選用有兩個拐點的三次方程，能很好的反映風(fēng)機工作情況的性能。Qn曲線在整個流量變化過程中是先增大后減少，為此可用二次方程來擬合它的形狀。一般工作的工況點選在效率大于60%的曲線段。至此，由QH曲線和Qn曲線也就決定了軸流式風(fēng)機的正常工作范圍，即在QH曲線駝峰點右側(cè)

28、和Q門曲線效率大于60%的公共部分。同樣是由于在風(fēng)量較小的情況下，風(fēng)機二次回流現(xiàn)象的影響，使得到某一流量時，在風(fēng)機轉(zhuǎn)速的增大和減小的回復(fù)，這也就是風(fēng)機喘振點，在風(fēng)機性能測試過程中，一般由此點開始或到此點結(jié)束，所以大多數(shù)的風(fēng)機性能曲線的流量不是從零開始。圖1 軸流式風(fēng)機的性能曲線2.1.4風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法通風(fēng)機的調(diào)節(jié)是為了改變通風(fēng)機的流量，以滿足實際工作的需要，故通風(fēng)機的調(diào)節(jié)又稱流量調(diào)節(jié)。反映在通風(fēng)機性能曲線圖上就是改變風(fēng)機工況點，流量調(diào)節(jié)主要有兩個目的：第一，滿足礦井用風(fēng)量的要求，第二，提高風(fēng)機的運行效率。主要的調(diào)節(jié)方法或改變風(fēng)機運行工況有兩大類：改變管網(wǎng)性能曲線和改變通風(fēng)機性能曲線。改變管網(wǎng)曲

29、線主要是在通風(fēng)機的管路上設(shè)置節(jié)流閥或風(fēng)門來調(diào)節(jié)流量，風(fēng)門調(diào)節(jié)是利用風(fēng)門來增大風(fēng)道阻力，以較少風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)最不經(jīng)濟，人為的增加網(wǎng)絡(luò)的阻力也就是增大了每立方米空氣所消耗的電能。當然這比不進行調(diào)節(jié)而供給過多的風(fēng)量還是有利的（對功率曲線在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)隨風(fēng)量增加而上升的風(fēng)機而言）。改變風(fēng)機性能曲線是通過改變風(fēng)機自身運行曲線，主要有定速和變速兩類。定速調(diào)節(jié)包括入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)及動葉調(diào)節(jié)。變速調(diào)節(jié)是管路特性曲線不變時，用變轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機的性能曲線，從而改變風(fēng)機的工況點。變速調(diào)節(jié)大大減少附加的節(jié)流損失，在很大變工況范圍內(nèi)保持較高的效率，與傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)相比，不產(chǎn)生其他調(diào)節(jié)方式附加損失，降低了功率消耗，節(jié)約了電能，

30、具有良好的經(jīng)濟效益。由于高壓變頻器發(fā)展，煤礦主通風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于在節(jié)能和提高風(fēng)機效率方面具有無與倫比的優(yōu)點，還能實現(xiàn)風(fēng)機的軟啟動和保護等要求，已開始應(yīng)用在風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)當中。本文所研究的風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)當中，風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)選用變頻調(diào)節(jié)。2.2可編程控制器的應(yīng)用2.2.1 PLC概述國際電工委員會(IEC)對PLC的定義是：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是用來取代電機控制的順序繼電器電路的一種器件，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用一種可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出來控制各種類型的機械或生

31、產(chǎn)過程。2.2.2 PLC的基本構(gòu)成圖2 PLC的一般構(gòu)成(l)中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)一般由控制器，運算器和寄存器組成，它是PLC的核心部分。它的主要任務(wù)有:控制接收和存儲編程設(shè)備輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的錯誤;掃描I/O接收的現(xiàn)場狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M行處理，然后刷新輸出接口，對執(zhí)行部件進行控制。(2)存儲器存儲器是PLC存放程序和數(shù)據(jù)的地方，它包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)存儲器用來存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在PROM或EPROM存儲器中，用戶不可訪問和修改。用戶程序存儲器主要包括用戶程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲

32、區(qū)二個部分。用戶程序存儲區(qū)用于存儲用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲區(qū)用于存放用戶程序中使用器件的ON/OFF狀態(tài)和各種數(shù)值數(shù)據(jù)等。(3)I/O接口輸入，輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備相連接的部件，它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換位PLC 能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的強電信號。(4)電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲器等電路工作所需要的直流電，及向外部器件提供24V直流電源。(5)外設(shè)接口與擴展接口PLC可以通過外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機、PLC或計算機相連。擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的

33、配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。2.2.3 PLC的工作原理PLC采用一種不同于一般微型計算機的運行方式即循環(huán)掃描技術(shù)，循環(huán)掃描技術(shù)是指當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段-輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個階段稱作一個掃描周期，在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，各個階段的功能如下：(l)輸入采樣階段：PLC將掃描的輸入端子的狀態(tài)存入映像寄存器，然后進入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，一直到下一個掃描周期的輸入采樣階段。(2)程序執(zhí)行階段：PLC根據(jù)讀入的輸入映像寄存器中的信號狀態(tài)，

34、按一定的掃描原則執(zhí)行用戶編寫的程序，然后把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像寄存器中。(3)輸出刷新階段：當所有的程序指令執(zhí)行完后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段被轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后一次性的由輸出端子輸出，驅(qū)動外部負載。2.3風(fēng)機參數(shù)的檢測本系統(tǒng)現(xiàn)場使用的傳感器較多，如壓力、溫度、振動及轉(zhuǎn)速等。為減少傳輸誤差，提高檢測精度，均選用帶變送器、性能可靠、壽命長、輸出標準電流信號420 mA的傳感器，直接采集現(xiàn)場信號，并配以二線制RVVP電纜單獨傳送，以進一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。其結(jié)構(gòu)如圖3所示：圖3 傳感器與PLC擴展模塊的連接2.3.1風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測1.風(fēng)壓(這里主要測靜壓)

35、一般都是采取鉆孔取壓法，測點選擇在風(fēng)機的入口，將取得的壓力信號通過壓力傳感(變送)器轉(zhuǎn)換成電信號。壓力傳感器的選型需考慮礦井通風(fēng)機最大風(fēng)壓及測量精度的要求。本設(shè)計中選用CYBZI系列中量程為0-3KPa的壓力傳感器。CYBZI系列微差壓變送器采用進口高精度、高穩(wěn)定性微壓力敏芯片，經(jīng)嚴格精密的溫度補償，線性補償，信號放大，V/I轉(zhuǎn)換，逆極性保護，壓力過載限流等信號處理，將很微小的差壓信號可靠的轉(zhuǎn)換成工業(yè)標準的4-20mA電流或 010V電壓信號輸出，可測小于100Pa的壓力其主要技術(shù)指標：測量范圍0-3Kpa零點漂移0.025%FS4h測量介質(zhì)非腐蝕性氣體零點溫度漂移0.006%/CFS輸出信號

36、標準量程的1.5倍非線性0.0378%FS輸出信號4-20mA遲滯0.0500%FS供電24VDC重復(fù)性0.0320%FS精度0.3%溫度范圍-20-+852風(fēng)量風(fēng)量參數(shù)是利用風(fēng)機入口靜壓差及入口溫度計算得來的。計算公式：式中P2為CP201測量到靜壓，P1為入口壓力CP202(表壓)的絕對值(正值)，T1為入口溫度，系數(shù)k因風(fēng)機參數(shù)的不同而異。風(fēng)量監(jiān)測采用KGF-2型礦用智能風(fēng)量傳感器。3. 負壓對于負壓參數(shù)的采集主要用于與設(shè)定的負壓值進行比較，調(diào)整風(fēng)機的運行頻率,使風(fēng)機運行在指定的工況點，實現(xiàn)通風(fēng)機的閉環(huán)控制。2.3.2振動參數(shù)的檢測風(fēng)機軸承的振動監(jiān)測與故障診斷功能及原理：通過速度傳感器測

37、量軸承的振動峰值、均方根值或均值，將這些測量值與事先標定出的允許門檻值作比較，指示出軸承運行情況的正常與否。具體測試方法為：通過安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動烈度信號，經(jīng)過振動變送器送到PLC中，以便實時監(jiān)控電動機的運行情況。通過風(fēng)機振動位移和振動周期可以反映風(fēng)機潛在的故障，避免風(fēng)機停機等嚴重故障發(fā)生。常用的振動測量傳感器有電渦流式傳感器、速度式傳感器、加速度式傳感器。根據(jù)所需測量的參數(shù)要求，一般在選用時應(yīng)考慮以下因素：若需測量振動位移值則應(yīng)選用電渦流式傳感器；若需測量振動速度或烈度值則應(yīng)選用速度式傳感器；若需測量振動加速度值則應(yīng)選用加速度式傳感器。經(jīng)過比較之后，本系統(tǒng)選擇南京東大測振儀器

38、廠生產(chǎn)的MT3T型電磁式速度傳感器。其技術(shù)指標如下：測量范圍：151000Hz靈敏度：30mv/mm/s精度：線性誤差：±0.5%測量方向：水平或垂直電源：±12V DC，<20mA容許加速度：沿工作方向：10g連續(xù)橫向：30g短時此外，在檢測機械振動參數(shù)時，還需要有變送器和檢測儀表將測量的振動參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA的直流電流信號或0-5V的電壓信號，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場安裝的需要，以及增強報警和顯示等功能，又選擇了南京東大測振儀器廠生產(chǎn)的與MT-3系列磁電式振動速度傳感器配套使用的30ZXP-J210型振動速度監(jiān)控裝置。該監(jiān)控儀主要用于對

39、轉(zhuǎn)速6006000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)機械的振動烈度進行長期監(jiān)測當振動值超限時，本儀器可外接聲光報警器以提示現(xiàn)場操作人員采取防范措施。其具體參數(shù)如下：(1)量程：010mm/s，020mm/s，050mm/s(均方根值)(2)頻率范圍：101000Hz(3)信號輸入：MT-3系列磁電式振動速度傳感器的信號(4)靈敏度：30mV/mm/s3%(5)儀表顯示顯示方式：高分辨率LCD顯示，精確度±1(6)信號輸出：電流輸出420mA，輸出負載500(7)精確度：±0.5%(8)報警輸出：警告、危險兩極報警；(9)繼電器節(jié)點容量：DC30V/1A，AC125V/0.3A(10)使用電源：AC

40、220V/50HZ±10%<20W2.3.3電氣參數(shù)的檢測電氣參數(shù)指配套電機的負載和空載的電流、電壓、勵磁電流和電壓、功率、功率因數(shù)等。電量參數(shù)監(jiān)測采用EDA9033電量參數(shù)監(jiān)測模塊。該模塊采用電磁隔離和光電隔離技術(shù)，電壓輸入、電流輸入及輸出三方完全隔離。在該系統(tǒng)中，PLC通過CP341模塊與EDA9033通過MODBUS-RTU協(xié)議進行通信，所以電氣參數(shù)通過由安裝在各開關(guān)柜內(nèi)的智能儀表單元與PLC以通訊的方式得到。2.3.4電機軸承和定子溫度檢測溫度傳感器選用Pt100鉑電阻傳感器。該傳感器利用金屬鉑在溫度變化時自身阻值也隨之改變的特性來測量溫度，能夠準確的測出軸承或定子的溫

41、度并將它們傳給PLC 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，當被測介質(zhì)中存在溫度梯度時，所測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。這中溫度傳感器的特點：耐振動，可靠性高，同時具有精確的靈敏性，穩(wěn)定性好等。其性能指標如下：連續(xù)監(jiān)測風(fēng)機工作時的軸承溫度和電機的軸承溫度，也是風(fēng)機工況監(jiān)測的一項重要任務(wù)。溫度參數(shù)檢測時，主要由溫度檢測元件和變送器、電壓調(diào)理電路構(gòu)成的檢測電路與PLC進行通信，將溫度參數(shù)上傳至工控機。常用的溫度檢測傳感器有熱電阻式熱電傳感器、熱電偶式傳感器和熱敏電阻傳感器等。熱敏電阻傳感器雖然價格低廉，但由于它們的阻值對溫度的變化是非線性的，故熱敏電阻通常所用的溫度范圍較狹窄。熱電偶式傳感器在中溫或高

42、溫外露條件使用時的穩(wěn)定性不如熱電阻式傳感器。對于控制條件下校驗熱電偶性能，其可移動性或測試行較差。熱電偶外露線必須使用溝環(huán)才能與熱電偶儀器或控制設(shè)備相連。當周圍溫度變化時，所使用的儀器導(dǎo)線(鍍銅)將會帶來測量誤差。因此，結(jié)合本系統(tǒng)的監(jiān)測要求，選擇熱電阻式熱電傳感器檢測風(fēng)機溫度。在目前廣泛使用的熱電阻中，鉑電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐溫高，易提純，因而通常采用鉑電阻作為一般溫度計量儀器的溫標基準。按照不同測點對溫度測量范圍的要求，本系統(tǒng)選擇日本林電的PT100鉑電阻，具體型號選擇如下：測點型號測量范圍風(fēng)機主軸承溫度STT-S-AI-T0150電機軸承溫度STT-S-AI-T3-50200電機三相繞組溫

43、度STT-S-AI-T3-50200另外，在檢測溫度參數(shù)時，還需要有變送器將測量的溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號或0-5V的電壓信號，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場安裝的需要，選擇性能/價格比較高的日本林電的STWB系列溫度變送器模塊，其技術(shù)參數(shù)如下：輸入信號：Pt100、Pt1000、Cu50、K、E、S供電電壓：24V負載電阻：0500輸出信號：DC420mA電壓誤差：<0.005%V精度：0.1%，0.2%，0.5%工作環(huán)境：溫度：-2080；濕度：<95%RH2.3.5開關(guān)量檢測監(jiān)控系統(tǒng)的輸入開關(guān)量主要包括一些開關(guān)、繼電器的動作信號，如：泵站電機運行

44、、主電機正反向合閘反饋、制動器限位開關(guān)、風(fēng)門的打開和關(guān)閉、風(fēng)門過力矩、葉片執(zhí)行器自動以及測振器報警等。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出開關(guān)量主要包括：泵站電機控制、風(fēng)門打開和關(guān)閉控制、主電機正反向合閘、主電機正反向分閘、主電機正反向跳閘、制動器控制以及聲光報警等。在PLC控制系統(tǒng)中，輸入輸出開關(guān)量可通過開關(guān)量輸入輸出模塊與PLC連接，由于本系統(tǒng)涉及的開關(guān)量較多，在此不進行討論。2.4 變頻調(diào)速2.4.1變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機上的應(yīng)用概述近幾年來，隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的價格不斷下降，其可靠性和功能性得到了不斷提高和完善，使其在水泵、風(fēng)機、電梯等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。通風(fēng)機在煤礦上

45、的使用占有很大的份量，是煤礦生產(chǎn)中最大的耗電設(shè)備，采用傳統(tǒng)的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機運行效率低，流失大量電能，因此變頻器在礦井通風(fēng)機上的應(yīng)用很有必要。一般地來講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風(fēng)機上，具有以下的功能和優(yōu)點：(l)可以實現(xiàn)風(fēng)機的無級平滑調(diào)速，及時滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，提高風(fēng)機的運行效率，節(jié)省大量的電能損耗。(2)限制風(fēng)機的啟動電流，減少啟動時的峰值功率損耗，消除電機起動和停止時，對機械和電氣元件的沖擊，延長其使用壽命。(3)PLC控制技術(shù)和變頻器結(jié)合使用，可以使通風(fēng)系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能和高可靠性，減少通風(fēng)機的檢修和維護的工作量，節(jié)約設(shè)備的費用。(4)變頻器自身的保護功能齊全，有欠電壓保護、過

46、電壓保護、過電流保護、短路保護、風(fēng)機軸承過熱保護等，使風(fēng)機安全運行的可靠性得到大大提高。2.4.2變頻調(diào)速的基本原理交流異步電機以其體積小、重量輕、價格低廉、運行性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在機械的電力傳動中應(yīng)用最為普遍。但是交流電機不象直流電機那樣，可以很方便地進行調(diào)速，它的調(diào)速問題一直比較困難。經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，出現(xiàn)了許多交流電機的調(diào)速方式，如異步電機的變極調(diào)速、定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。目前，使用最廣泛，效果最好的還是變頻調(diào)速，變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機調(diào)速困難的問題得以解決。由電動機的拖動原理，可知交流異步電機的轉(zhuǎn)速表達式為: (2-1)由上式(2-1)、(

47、2-2)和(2-3)可以看出，如果改變輸入到異步電機定子繞組的電源頻率f1，就可以改變異步電動機的同步轉(zhuǎn)速ns和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n由電機學(xué)知識可知，交流異步電動機的轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速ns，而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。當電源頻率f1增加時，同步轉(zhuǎn)速增加，交流異步電機的實際轉(zhuǎn)速n也增加。反之，當電源頻率f1降低，同步轉(zhuǎn)速ns降低，交流異步電機的實際轉(zhuǎn)速n也降低。這種通過改變電源頻率來改變交流電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式稱為變頻調(diào)速。在變頻調(diào)速技術(shù)中，使用變頻器向電動機提供頻率可變的電源，去改變電動機的轉(zhuǎn)速。2.4.3風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能分析閥門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)速的節(jié)能比較：圖4為一礦井通風(fēng)機的壓力流量(HQ)

48、特性曲線圖，其中曲線a、b為管網(wǎng)阻力的特性曲線(Ra<Rb)，曲線1、2為風(fēng)機在轉(zhuǎn)速為n1和n2時壓力流量特性曲線(n1>n2)，交點A、B、C為礦井通風(fēng)機的工況點。圖4 風(fēng)機及管網(wǎng)的HQ特性曲線圖圖4中曲線1為風(fēng)機開始調(diào)節(jié)前的風(fēng)壓一風(fēng)量(H一Q)特性曲線，曲線a為管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線(管網(wǎng)阻力最小)。假設(shè)風(fēng)機設(shè)計工作在A點效率最高，輸出風(fēng)量Q1為100%，對應(yīng)的軸功率N1從與風(fēng)量Q1和風(fēng)壓H1的乘積面積AH1OQ1成正比。如果生產(chǎn)要求風(fēng)量從Q1減少到Q2時，若采用關(guān)小風(fēng)機管路閥門的方法調(diào)節(jié)，相當于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性曲線變化到b，系統(tǒng)工況點也由A點變到B點。從圖中可以看出，風(fēng)

49、量雖然減小了，風(fēng)壓反而增加了，代表軸功率的面積BH2OQ2比調(diào)節(jié)前減少不多。 若采用變頻調(diào)速控制局部通風(fēng)機的運行，隨著風(fēng)機轉(zhuǎn)速的下降，風(fēng)壓風(fēng)量特性變?yōu)榍€2，系統(tǒng)工況也由A點變到C點，代表軸功率的面積CH3OQ2比采用前一種方法調(diào)節(jié)顯著減少，兩者之差即是節(jié)省的氣體功率。當通風(fēng)機穩(wěn)定運行時，風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速有以下比例關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2P1/P2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3式中： 、通風(fēng)機調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min； 、通風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa； 、通風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，W。由以上的比例關(guān)系，可以看出風(fēng)機的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，

50、功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。如果通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速降低為原來的50%，則風(fēng)量也變?yōu)樵瓉淼?0%，功率降低為原來的12.5%，這說明通過改變通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速的方式，可以改變通風(fēng)機的功率輸入，可以節(jié)省大量的電能。根據(jù)上述變頻調(diào)速的原理，礦井通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。的改變，可以通過改變通風(fēng)機輸入電源的頻率f1來改變，這一過程可以通過變頻器來完成。2.4.4變頻器的結(jié)構(gòu)變頻器按結(jié)構(gòu)來分，分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩種。交一交變頻器可將工頻交流電直接轉(zhuǎn)變成頻率和電壓均可控制的交流電，又稱為直接變頻器。交一直一交變頻器是把工頻交流電經(jīng)整流器先轉(zhuǎn)換成直流電，然后經(jīng)濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可控制的交流電，又稱

51、為間接變頻器。目前，使用最多的通用變頻器多是交一直一交變頻器，它由主電路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示圖5 變頻器基本結(jié)構(gòu)圖(1)整流器整流器即是網(wǎng)側(cè)變流器，它的作用是把三相或單相交流電整流成直流電。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種(2)逆變器逆變器即是負載側(cè)的變流器，它的主要作用在控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)變成頻率、電壓調(diào)節(jié)后的交流電，輸出給外部設(shè)備。六個半導(dǎo)體主少干關(guān)器件組成的橋式電路是常見的逆變電路，通過控制電路控制開關(guān)器件的通、斷，可以得到所需頻率的交流電輸出。(3)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)又稱為中間儲能環(huán)節(jié)，這是因為逆變器的負載多為感

52、性負載，其功率因數(shù)小于1，使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間存在著無功率的交換。這種無功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來進行緩沖(4)控制電路控制電路是變頻器的核心，它通常由運算電路、檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路和保護電路等組成，其作用主要是完成對逆變器的開關(guān)控制和頻率控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等2.4.5 PLC控制變頻器的方式在許多工程應(yīng)用中，為了提高控制系統(tǒng)的自動化水平，需要把PLC和變頻器結(jié)合起來使用，對異步電機進行變頻調(diào)速控制。總的來說，PLC控制變頻器的方式主要有以下三種方式：(1)頻率輸出控制端子的邏輯組合方式大多數(shù)變頻器都有幾個不同的頻率輸出控制端

53、子，我們可以通過變頻器參數(shù)的設(shè)定，設(shè)置控制端子不同的頻率輸出。通過對變頻器控制端子邏輯輸入口的邏輯組合，可以實現(xiàn)電機的啟?？刂坪洼敵鲱l率的改變網(wǎng)。其邏輯組合控制是用PLC的輸出去控制變頻器控制端子的ON/OFF狀態(tài)，使變頻器輸出不同頻率的電源，進而控制異步電機的轉(zhuǎn)速。由于變頻器控制端子的輸出頻率是預(yù)先設(shè)定的，它的輸出頻率也只是一些固定的數(shù)值，不能實現(xiàn)異步電機的無級平滑調(diào)速。因此，這種控制方式只適合不需要電機連續(xù)調(diào)速就能滿足生產(chǎn)要求的場合。(2)通訊的方式目前一般的變頻器都帶有RS485接口，大多數(shù)的PLC也都支持RS485的通訊。通過串行電纜把PLC和變頻器的RS485通訊接口連接起來，用通訊

54、的方式把頻率由PLC傳給變頻器，這就是PLC控制變頻器的通訊方式。在這種控制方式中，要占用PLC的一個通訊接口，如果PLC的通訊接口為RS232接口，加一個轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485接口就可以了。如PLC通過通訊的方式來監(jiān)控變頻器，可以傳送大量的信息，連續(xù)地監(jiān)控多臺變頻器，還可以通過通訊修改變頻器的參數(shù)，實現(xiàn)多臺變頻器的聯(lián)動控制和同步控制。由于變頻器的種類很多，不同廠家生產(chǎn)的變頻器使用不同的通信協(xié)議，有Modbus從站協(xié)議、USS協(xié)議和用戶自定義協(xié)議等，必須用變頻器支持的協(xié)議來完成PLC和變頻器的通訊。(3)模擬量控制的方式現(xiàn)在生產(chǎn)的PLC一般都具有模擬量信號處理的功能，模擬量信號通過A/D模塊和

55、D/A模塊轉(zhuǎn)換后，輸出010V的電壓或420mA的電流，把輸出的信輸入到變頻器相應(yīng)的模擬量輸入端子，可以控制變頻器輸出電源的頻率，這種PLC控制變頻器的方式，稱為模擬量的控制方式。它要求PLC和變頻器的控制距離不是很遠，且是一對一的控制場合，但這種控制方式使用起來比較簡單，對PLC的要求也不是很高。由于本控制系統(tǒng)中采用的是兩臺變頻器控制對旋軸流風(fēng)機兩臺電機的方案，是一對一控制，為說明問題，本系統(tǒng)采用PLC控制變頻器的模擬量控制方式。3通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)3.1風(fēng)機自動化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共分三層：設(shè)備層，控制層，監(jiān)控層設(shè)備層即現(xiàn)場測量層主要實現(xiàn)風(fēng)機變量參數(shù)的測量和風(fēng)機的控制，由各種傳感器，電量監(jiān)

56、測設(shè)備，變頻器等組成，完成對設(shè)備運行的自動控制和監(jiān)控設(shè)備本身的運行工況參數(shù)的采集。中央控制層由帶有以太網(wǎng)接口的PLC組成，PLC作為總站，就地站以及遠程輸入站作為從站，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的互連，節(jié)省了大量的A/D等傳輸和轉(zhuǎn)換模塊。通過以太網(wǎng)交換機與上層監(jiān)控管理層的工控機聯(lián)網(wǎng)，向工控機傳送風(fēng)機系統(tǒng)的運行狀態(tài)(運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等)，同時接收工控機的控制命令，采集風(fēng)機系統(tǒng)的工況參數(shù)(如風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)機軸承溫度、電機定子繞組溫度、電壓、電流、功率因數(shù)、功率和開關(guān)狀態(tài)等)，其采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后遠傳給上層監(jiān)控管理層的工控機。遠程監(jiān)控管理層直接接入礦調(diào)度室，由上位工控機、打印機、不間斷電源等設(shè)備組成，提供集中監(jiān)控管理功能，可以實現(xiàn)監(jiān)控風(fēng)機系統(tǒng)運行工況、故障報警與分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報表生成打印、歷史數(shù)據(jù)記錄管理等操作。圖6 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.2基于現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)3.2.1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù)隨著計算機、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進步，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。相對于傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)，