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)這一系列問題，本系統(tǒng)將PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來，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、接線簡單、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，也使

3、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。（2）模擬量壓力輸入經(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)用溫度傳感器測定風(fēng)機(jī)組定子溫度或軸承溫度，當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過設(shè)定報(bào)警上線時(shí)，發(fā)出

4、指示和報(bào)警信號(hào)。當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過設(shè)定風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度界線時(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)及方案通風(fēng)控制系統(tǒng)主要由2臺(tái)通風(fēng)機(jī)組成，每臺(tái)

5、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2x30kW為例，選用1臺(tái)西門子S7200可編程控制器（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_關(guān)信號(hào)W可編程控制器變頻器聲光報(bào)警控制回路圖1硬件系統(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)

6、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)，其結(jié)構(gòu)與一般的計(jì)算機(jī)相類似，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)模或超大規(guī)模的集成電路微處理芯片構(gòu)成，主要完成運(yùn)算和控制任務(wù)，可以接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，用掃

7、描的方式接收輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，從內(nèi)存逐條讀取用戶程序，通過解釋后按指令的規(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程，完成用戶程序所設(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，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)，在剛開始工作時(shí)，它的狀態(tài)是隨機(jī)的，只有經(jīng)過置“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、寫操作，主要用來存儲(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)

8、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只能寫入一次，不能改寫。另一種是可擦除ROM，這種ROM經(jīng)過擦除以抂這可以重寫。其中EPROM只能用紫外線探險(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通過輸入模塊把工業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)過程的狀態(tài)或信息讀入中央處理單元，通過用戶程序的運(yùn)算與操作，把結(jié)果通過輸出模塊輸出給執(zhí)行單元。輸出模塊用于把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC

9、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。這種接口為總線形式，可以配置開關(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1CPU226技術(shù)指標(biāo)程序存儲(chǔ)器4096字用戶存儲(chǔ)器2560字存儲(chǔ)器類型EEPROM存儲(chǔ)卡EEPROM數(shù)據(jù)后備（超級(jí)電容）190h編程語言LAD、FBD和STL程序

10、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路畭32路輸出模擬量I/O物理區(qū)35路（28路畭7路輸出）或14路輸出布爾指令執(zhí)行速度0.37ps/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)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/

11、2接收器定時(shí)中斷2個(gè)(1255ms)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上專門設(shè)置有編程器接口。通過這個(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)展用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和用戶數(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)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

12、西門子公司的產(chǎn)品S7-200系列，CPU的型號(hào)是CPU2261。表2I/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)子測速器輸入SB7I0.6風(fēng)機(jī)組1溫度上限指示燈L4Q0.7風(fēng)機(jī)組2轉(zhuǎn)子測速器輸入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

13、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集成了24點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B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。CPU226有13KB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。CPU22

14、6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/0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)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)

15、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VD19

16、2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CPU226接線規(guī)則如下：（1）DC輸入端中1M、10.011.4為第1組，2M、11.512.7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。輸入開關(guān)的一端接天DC24V的正極，輸入開關(guān)的另一端連接到CPU226各個(gè)輸入端。DC輸出端中1M、1L+、Q0.0Q0.7為第1組，2M、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組的接線與第1

17、組相似。SB1I0.01LI0.1Qo.°KM1SB2I0.2SB3Q0.1Q0.2KM2KM3SB5SB6SB7SB8SB934567a血Ioro.ro.IO.口QoSB10M11CLP-711O4r6111QQQ3LKM3EM235模擬量輸入輸出模塊AIN1+QWO+AIN-LIL2L3L4L5SpeakerL6L7L8L9L10L11QF220V圖2PLC輸入/輸出和變頻器接線圖2)DC輸入繼電器輸出端與CPU226的DC輸入DC輸出的相同。繼電器輸出端由3組構(gòu)成，其中N()IL、QO.OQO.3為第1組，N()2L、QO.4Q1.0為第2組，N()、3L、Q1.1Q1.7為第

18、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(+、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組的接線與第1組相似。根據(jù)接線規(guī)則，PLC輸入/輸出接線和變頻器接線圖如圖2所示。3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊模數(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模擬量輸入輸出模塊及用戶程序來完成。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，通過用戶程序?qū)D(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行處理并將處理結(jié)果通過模擬量輸出模塊轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)

19、去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。表3EM231性能指標(biāo)型號(hào)6ES7231-7PD22-0XA0模塊更新時(shí)間405ms模塊名稱及描述EM231模擬輸入熱電偶4輸入數(shù)據(jù)字格式-32767到+32767尺寸（mm）WxHxD71.2x80x62基本誤差0.1%FS（電壓）重量210g丄1丄1、口AA冷端誤差±1.5C功耗1.8W重復(fù)性0.05%FS+5VDC87mA導(dǎo)線長度到傳感器最長100m+24VDC60mA輸入阻抗>1MQ輸入類型懸浮型熱電偶最大輸入電壓30VDC輸入范圍TC類型(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.rC/

20、0.1°F15位加符號(hào)位24VDC電壓范圍20.428.8VDC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，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。熱電偶類型選擇：表4熱電偶類型選擇熱電偶類型SW1SW2SW3J000K001T010E011R100S101N110+/-80mV111EM231熱電偶模塊是專門用于對(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種類型的熱電偶（J、K、

21、E、N、S、T和R）,還可以用于測量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)，需要通過模塊右下側(cè)的設(shè)置開關(guān)進(jìn)行心要的設(shè)置。對(duì)熱電偶模塊，其熱電偶的類型通過設(shè)置開關(guān)SW1、SW2、SW3選擇，如表4所示。3.3傳感器部分該控制系統(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0-10V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)

22、模擬量傳感器選用有KGJ16B型瓦斯傳感器用于檢測煤礦井下空氣中的瓦斯含量，HM23Y礦井專用型壓力變送器用于檢測礦井的井巷氣壓，Pt100鉑熱電阻作為測量溫度用的傳感器用于檢測風(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)。KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅魇且环N智能型檢測儀表，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)置等均可通過遙控器實(shí)現(xiàn)2。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0.34.00%CH可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.0%CH）0

23、.34.00%CH可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.5%CH）0.34.00%CH4可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.0%CH4）斷電點(diǎn)復(fù)電點(diǎn)輸出信號(hào)報(bào)警方式適用于井田測井、制藥、紡織等粘稠宜堵、強(qiáng)振動(dòng)的工業(yè)現(xiàn)場。并在國內(nèi)油田得到很好的應(yīng)用效果。防爆型式礦用隔爆兼本質(zhì)安全型工作電壓DC924V測量范圍04%CH4工作電流DC18V不大于65mA測量誤差0.00T.00±0.10標(biāo)定流量1.003.00±0.10%真值3.004.00±0.30響應(yīng)時(shí)間小于20外形尺寸266X120x45(mm)遙控范圍距離不大于5m，角度不大于120"重量1kg表5KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲?/p>

24、器性能指標(biāo)報(bào)警點(diǎn)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，反之則無輸出KGJ16B-2型：15mA恒流，負(fù)載電阻0500QKGJ16B-3型：RS485接口，通信波特率1200bps蜂鳴器斷續(xù)鳴叫，響度大于80dB（18V供電，距離1m）該壓力變送器有高溫、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、重量輕直接過程安裝等特點(diǎn)。其性能參數(shù)如表6所示。Pt100鉑熱電阻作為測量溫度用的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表及控制裝置配套使用，測量范圍-50°C1

25、80°C?？梢杂迷陔姍C(jī)的軸承和定子測溫，也可以用在紡織、機(jī)械、鐵路機(jī)車等有需要測量溫度的場合。該溫度傳感器采用德國進(jìn)口薄膜鉑熱電阻元件，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到IEC751國際標(biāo)準(zhǔn)。鉑電阻的電阻值隨著溫度的變化而變化。溫度和電阻的關(guān)系接近于線性關(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)品壽命長和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。Pt100鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性來測量溫度的，能夠準(zhǔn)確的測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)被測介質(zhì)中存在溫度梯度時(shí)，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3。其性能參數(shù)如表7所示

26、。表6HM23Y型壓力變送器性能參數(shù)測量范圍00.5MPa220MPa過載能力2倍滿量程壓力（其中100Mpa以上過壓為1.1倍）壓力類型表壓或絕壓測量介質(zhì)與316不銹鋼兼容的氣體或液體供電電源1236VDC(般為24V)信號(hào)輸出420mA/15VDC/05VDC/0.54.5VDC綜合精度±0.1%FS±0.25%FS±0.5%FS長期穩(wěn)定性±0.1%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)：±0.02%FS/C靈敏度溫度系數(shù)：±0.02%FS/C接液材料膜片:17

27、-4PN連接件:1Cr18Ni9Ti響應(yīng)時(shí)間2毫秒負(fù)載電阻V(U-10)/0.02Q絕緣電阻100MQ;50VDC外殼防護(hù)插頭型（IP65）;電纜型（IP67）安全防爆Exiall;CT5重量約0.25公斤3.4 變頻器部分本系統(tǒng)選用的是西門子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器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)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合。變頻器的選用：變頻器的選用應(yīng)滿足以下規(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2x30kW為例，因此可選用

28、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)定性及性價(jià)比，我們采用西門子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)的過載能力，可以控制電機(jī)從靜止到平滑起動(dòng)期間提供3S，有200的過載能力。表7PtlOO鉑熱電阻溫度傳感器性能指標(biāo)型號(hào)WZPM-201測溫范圍-50C-180C分度號(hào)PT100精度等級(jí)A0°C阻值100Q0.06Q熱響應(yīng)時(shí)間6秒絕緣電阻>200MQ測溫端6X18螺紋M8X0.75引線長度引線長度用戶規(guī)格3X0.2mm材料F46導(dǎo)線耐溫200C用途軸

29、承測溫傳感器工作電流<1mA變頻器參數(shù)的設(shè)置：負(fù)載為一大慣性負(fù)載，在停車時(shí)，為防止因慣性而產(chǎn)生的回饋制動(dòng)使泵升電壓過高的現(xiàn)象，加入制動(dòng)電阻，斜坡下降時(shí)間設(shè)定長一些。外接制動(dòng)電阻的阻值和功率可按公式R>2Ud/1P>(0.30.5)選取。式中：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

30、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2x30kW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、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，是中小型煤礦專用作11表8變頻器性能參數(shù)設(shè)置參數(shù)號(hào)設(shè)定值說明P0100歐洲/北美設(shè)定選擇P0300電機(jī)類型選擇（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P0700基本操作

31、板（BOP）設(shè)置P1000變頻器頻率設(shè)定值通過外部模擬量給定P1080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斜坡下降時(shí)間P1060點(diǎn)動(dòng)斜坡上升時(shí)間P1061點(diǎn)動(dòng)斜坡下降時(shí)間P130020變頻器頻率的運(yùn)行方式為無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P0705Din5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)

32、機(jī)所用的材料，已通過了中國煤炭科學(xué)院重慶分院檢測中心的13摩擦火花試驗(yàn)，并達(dá)到了防爆要求，整機(jī)防爆性能已通過了國家防爆電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心的防爆檢驗(yàn)5。主要特點(diǎn)：（1）采用電動(dòng)機(jī)與葉輪直聯(lián)的風(fēng)機(jī)最簡結(jié)構(gòu)，改變了當(dāng)前煤礦抽出式軸流通風(fēng)及全部采用皮帶傳動(dòng)或長軸傳動(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，

33、可根據(jù)生產(chǎn)的要求來調(diào)整葉片角度。該風(fēng)機(jī)采用特殊設(shè)計(jì)，性能曲線無駝峰，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2x30kW為例。所選風(fēng)機(jī)的性能指標(biāo)如表9所示。表9FBCZ系列性能指標(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-Noll14506.419.23271193304 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ID控制部分。本文中所采用的PLC是西門子公司的產(chǎn)品S7-200系列，CPU的型號(hào)是CPU226。西門子PLC編程工

34、具的使用可以參照西門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?、壓力PID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熱保護(hù)。綜合所選用的風(fēng)機(jī)組自身特性和國家規(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

35、度（本系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)組切換溫度）。圖3系統(tǒng)總流程圖軸承溫度保護(hù)設(shè)置85°C為報(bào)警溫度，90°C為跳閘溫度。定子溫度保護(hù)設(shè)置120°C為報(bào)警溫度，125°C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）12023652.27.3912524347.87.618518782.65.879019478.36.09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）/（A

36、H-AL）=（X-0）/（32000-0）（1）y:轉(zhuǎn)換過后的工程值（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)的類型為電壓信號(hào)，滿量程為010V，那么根據(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)的類型及范圍是通過模擬量模塊右下側(cè)的DIP設(shè)定開關(guān)進(jìn)行輸入和輸出信號(hào)選擇的6。圖4溫度控制子程序本系統(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

37、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ACO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)警溫度上線進(jìn)行比較，當(dāng)軸承溫度VD180或定子溫度VD184的值過高超出設(shè)定置

38、上線時(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)其溫度超過風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度上線時(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)，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

39、110V的電壓，然后送入EM231模擬量輸入模塊，通過內(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)其溫度超過一切風(fēng)機(jī)組的溫度時(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。其控制程序見附圖1的網(wǎng)絡(luò)6和網(wǎng)絡(luò)7。4.2

40、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?。本設(shè)計(jì)用到的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛镵GJ16B型。其性能參數(shù)見硬件設(shè)計(jì)部分。其原理分析參見附圖1。瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑦B續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)轉(zhuǎn)換為420毫安的電流，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊EM235,通過其內(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)機(jī)運(yùn)行過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€時(shí)，MO.1閉VD18019478.3VD184VD184M20.2<:VD180>=R23652.2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

41、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€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的存儲(chǔ)值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€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6PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖7PID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)處理過程中運(yùn)用到PID算法。所謂的PID就是比例、積分

42、、微分的總稱。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、位置等快過程擴(kuò)溫度、化工合成等慢過程，PID控制都具有良好的實(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調(diào)節(jié)其輸出使偏差為零。偏差由定量（SP，希望值）與過程變量（PV，實(shí)際值）之差來確定。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礦井內(nèi)的氣壓信號(hào)，用變送器將現(xiàn)場的模擬壓力信號(hào)變換成統(tǒng)一的110V直流電壓信號(hào)，送人A/D轉(zhuǎn)

43、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

44、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PLC運(yùn)算去控制變頻器來達(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)，VD128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)

45、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ACO中進(jìn)行PID運(yùn)算，因參與PID運(yùn)算的過程量要求均為實(shí)數(shù)格式，且要求轉(zhuǎn)換為無量綱的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。處理過的標(biāo)準(zhǔn)化值經(jīng)PID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10PID運(yùn)算處理程序4.4 機(jī)械故障處理部分風(fēng)機(jī)組長期運(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。10.6和10.7分別為轉(zhuǎn)子測速器的輸出。所選的測速器輸出為數(shù)字信

46、號(hào)。即轉(zhuǎn)子速度為零時(shí)測速器輸出為“0”,轉(zhuǎn)子速度大于零時(shí)測速器輸出為“1。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)，10.6或10.7閉合，Q1.4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。圖11機(jī)械故障處理程序5 結(jié)束語西門子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)，通過調(diào)速來驅(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)

47、荷啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，有利于延長設(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)過程中，對(duì)論文的技術(shù)問題，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)有許多紕漏或錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位

48、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采礦技術(shù)，2004,4(1):45463彭桂力，劉知貴集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)的PLC控制J電力自動(dòng)化設(shè)備，2006(9):75774馬寧，孔紅.S7-300PLC和MM440變頻器的原理與應(yīng)用M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20065許明，言自行，劉堅(jiān)大型泵機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測及工況調(diào)控系統(tǒng)的研制J機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2002,(7):1451476徐國林.PLC應(yīng)用技術(shù)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20077陳建明，等.電氣控制與PLC應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，20068李國厚，楊青

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50、，1999,(12):394116李月紅，吳永祥變電所監(jiān)控及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J工礦自動(dòng)化，2005,：272817廖常初.PLC編程及應(yīng)用M.北京，機(jī)械工業(yè)出版社,2002,918馬國華監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用M北京，清華大學(xué)出版社,2001,319姚福來，等水泵變頻調(diào)速的節(jié)電量計(jì)算及系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京，科學(xué)出版社,199820SiemensAG,SIMATICSTEP7編程手冊(cè)Z,2004附錄程序總圖屈絡(luò)1初始化貶金停揑制鳳機(jī)停止急停T5區(qū)機(jī)組啟動(dòng)位R)16瓦斯?jié)鈳鞌嚯娢圾P1軸帰報(bào)雪位<H)16風(fēng)機(jī)廻1輸出YC16.5M0.1鳳機(jī)啟動(dòng)斑機(jī)停止瓦斯沐度斷電位急停鳳機(jī)組啟動(dòng)位卜1?IC)符號(hào)地址

51、注釋鳳機(jī)啟動(dòng)10.0鳳機(jī)停止10.1風(fēng)機(jī)組啟動(dòng)位M0.0急停11.0瓦斯?jié)舛葦嚯娢籑0.227網(wǎng)絡(luò)411#鳳機(jī)組目動(dòng)啟動(dòng)及切換鳳機(jī)組選擇手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換鳳機(jī)組啟動(dòng)位壓力下限位M10.0TH-pHI1I，C)斑潮爲(wèi)切換位斑機(jī)組1輸出符號(hào)地址拄釋鳳況溫?cái)鄵Q隹M20.7風(fēng)潮溫切換位M205鳳機(jī)組1輸出Q0.0鳳機(jī)組啟動(dòng)位M0.0風(fēng)機(jī)組選揮10.5-手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換10.2壓力下限位M2.0M10.0鳳1軸溫切換位鳳1定溫切換位鳳機(jī)組鋪出自動(dòng)鳳1啟動(dòng)位II1，I1，I1IC)符號(hào)地址注釋風(fēng)1定溫切換位M20.-3鳳1軸溫切換位M20.1鳳機(jī)組漸出Q0.1自動(dòng)鳳1啟動(dòng)位M1.0網(wǎng)絡(luò)G2廿鳳機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)涇切攜鳳機(jī)組選擇手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換鳳機(jī)組啟動(dòng)位壓力下限位M10.1-PIpHI1I、C)斑1軸爲(wèi)切換位鳳1定謚切換位鳳機(jī)組渤出#注釋10.310.2M10.1鳳潮謚切換位鳳起溫?cái)鄵Q位鳳機(jī)組1輸出目動(dòng)鳳垢動(dòng)位II/'/C)風(fēng)機(jī)組選揮手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換鳳機(jī)組啟動(dòng)位風(fēng)1軸溫切換位M10.2TI1，i1I1，IC)M10.2鳳1定爲(wèi)切換位鳳機(jī)組鬲出手動(dòng)鳳1啟動(dòng)位II1'I1，I()風(fēng)機(jī)組選揮手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換鳳機(jī)組啟動(dòng)位風(fēng)潮溫切換應(yīng)M10.3T/11/i1I1/1C)符號(hào)地