基于PLC的煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)

基于PLC的煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)摘要煤礦礦井通風(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，平安生產(chǎn)密切相關(guān)。隨著我國政府對(duì)各行各業(yè)平安生產(chǎn)監(jiān)管力度的不斷加大，尤其對(duì)煤礦生產(chǎn)的平安要求越來越高，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)能性等勢在必行。本系統(tǒng)將三菱PLC與變頻器結(jié)合起來，采用瓦斯?jié)舛群途聣毫橹饕獏?shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的工作過程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制，從而到達(dá)礦井下通風(fēng)平安、穩(wěn)定，同時(shí)使得資源最大的利用。并且PLC對(duì)通風(fēng)機(jī)有過熱保護(hù)、故障報(bào)警、機(jī)械故障和瓦斯高濃度報(bào)警等功能。為了礦井通風(fēng)的平安節(jié)能技術(shù)改造提供新的技術(shù)。關(guān)鍵詞：PLC,瓦斯?jié)舛?傳感器，通風(fēng)機(jī)Coal-mineGasConcentrationMonitoringSystembasedonPLCABSTRACTTheworkingconditions,thenormalworkofmineventilationsystemandwhetherthecoalmineproductionefficiency,safetyproductioniscloselyrelatedto.AlongwiththeChinesegovernmentonallkindsofproductionsafetysupervisionincreased,especiallyforcoalmineproductionsafetyrequirementsmoreandmorehigh,thetechnicalreformationofcoalmineventilationsystem,improvetheoperationstability,reliability,energysavingandsobeimperative.ThissystemwillcombinewithMitsubishiPLCinverter,theconcentrationofgasanddownholepressureasthemajorparameter,achieveeffectivecontrolofworkingprocessandtherunningspeedofthemineventilator,soastoachievethemineventilationandsafety,stability,andmakesuseofthemostresources.AndPLCoverheatingprotection,faultalarm,faultandhighgasconcentrationalarmfunctionoffan.ProvideanewtechnologyfortechnologicaltransformationofmineventilationandsafetyandenergysavingKEYWORDS:PLC，Gas，Transducer，ventilate目錄前言1第1章瓦斯相關(guān)介紹21.1瓦斯氣體2瓦斯氣體性質(zhì)2瓦斯氣體的爆炸2本課題研究的意義3第2章監(jiān)控系統(tǒng)控制方案4第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1控制核心PLC概述5三菱PLCFX2N—16MR簡介53.1.2A/D轉(zhuǎn)換模塊FX2N—4AD63.2礦井主扇風(fēng)機(jī)概述73.3觸摸屏概述83.4傳感器局部概述9瓦斯?jié)舛葌鞲衅?03.4.2溫度傳感器103.4.3空氣壓力傳感器11第4章PLC軟件設(shè)計(jì)124.1系統(tǒng)啟動(dòng)及停止124.2模擬量編程及應(yīng)用134.3瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測144.4壓力的監(jiān)測15風(fēng)壓給定及依據(jù)15風(fēng)壓測定及控制164.5溫度的監(jiān)測16第5章運(yùn)行結(jié)果與調(diào)試18結(jié)論20謝辭21參考文獻(xiàn)22附錄23前言隨著煤礦開采規(guī)模的擴(kuò)大和數(shù)量的增加,瓦斯災(zāi)害問題日益突出。在煤礦平安生產(chǎn)過程中,礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用,它是煤礦平安生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。礦井通風(fēng)機(jī)承當(dāng)著礦井瓦斯排放的重任,為了到達(dá)節(jié)能效果,通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)與瓦斯?jié)舛鹊脑鰷p成比例地升降,即隨瓦斯?jié)舛鹊淖兓詣?dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速。因此,對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)及瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)控非常必要。以PLC為控制核心結(jié)合變頻器組成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著社會(huì)的開展，能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻的變化，各種清潔能源技術(shù)不斷取得新的應(yīng)用。但是，對(duì)于我國這樣一個(gè)開展中的大國，煤炭在很長時(shí)間內(nèi)仍然是我國的主要能源，占我國能源消費(fèi)的67%。從2001年到2006年，我國的煤炭產(chǎn)量每年增長2億噸以上，這在煤炭工業(yè)史上是前所未有的，但仍然滿足不了國內(nèi)更快的需求增長。煤炭供給緊張、價(jià)格直線上升，煤礦超能力生產(chǎn)問題非常嚴(yán)重，煤礦平安成為社會(huì)廣泛關(guān)注的重點(diǎn)，國家平安生產(chǎn)監(jiān)督管理局的統(tǒng)計(jì)數(shù)字令人觸目驚心：在去年19.5億噸的產(chǎn)量中，只有12億噸是有平安保證的，而全國煤礦平安欠帳已經(jīng)到達(dá)500億元左右。煤礦發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故23起，死亡人數(shù)682人，分別上升67%和162%，其中瓦斯事故18起，死亡599人，同比增加8起，382人。瓦斯事故仍然是煤礦平安生產(chǎn)中發(fā)生最多和最嚴(yán)重的。這些事故的發(fā)生有其客觀的原因，但也跟管理和技術(shù)手段的應(yīng)用有著緊密的聯(lián)系。據(jù)資料顯示美國的煤礦死亡人數(shù)一年大約在30人左右，澳大利亞2003年的死亡為零。山西省晉城市自2002年實(shí)現(xiàn)數(shù)字化遠(yuǎn)程瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)以來，瓦斯事故也得到了很好的治理。由此可見，煤礦瓦斯事故并非不可治理，只要加強(qiáng)管理再配合先進(jìn)的技術(shù)手段〔煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)字化遠(yuǎn)程瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)〕的應(yīng)用，瓦斯事故是可以得到治理的。從而大大減少平安事故的發(fā)生，保護(hù)廣闊煤礦工人的生命財(cái)產(chǎn)平安，為建立一個(gè)和諧、平等的社會(huì)，為國家的開展做出奉獻(xiàn)。第1章瓦斯相關(guān)介紹1.1瓦斯氣體瓦斯氣體性質(zhì)了解瓦斯的特點(diǎn)和性質(zhì)是搞好瓦斯管理的先決條件。瓦斯是煤礦開采過程中的一種有害氣體的總稱，它有自己的性質(zhì)和特點(diǎn)，是可以被認(rèn)識(shí)的，也是可以被控制和利用的。所以說要搞好瓦斯管理工作，必須首先學(xué)習(xí)有關(guān)瓦斯的知識(shí)，了解瓦斯的性質(zhì)和特點(diǎn)。礦井瓦斯是指從煤體和圍巖中逸出的以及在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的多成分的混合氣體，包括CH4、COZ、CO、NZ、CZH6、502、HZS等。主要成分是甲烷〔CH4〕、一氧化碳〔CO〕和二氧化碳〔COZ〕、硫化氫〔HZS〕等。沼氣是礦井瓦斯的主要成分，是一種無色無味的氣體。不助燃，但當(dāng)與空氣混合到一定濃度時(shí)，遇火能燃燒或爆炸，爆炸界限為5一16.5%；空氣中沼氣濃度超過40%時(shí)，空氣中的氧含量將下降到12%以下，此時(shí)空氣與沼氣的混合氣體不再發(fā)生爆炸，但將使人窒息。瓦斯氣體的爆炸瓦斯爆炸須具備3個(gè)條件：C氏濃度、02濃度及引爆溫度。瓦斯在煤體和圍巖中以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在，一般情況下處于動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)外界溫度、壓力變化時(shí)，幾種狀態(tài)會(huì)互相轉(zhuǎn)化，煤層在開采過程中，瓦斯被逸散出來，在井下積聚，造成瓦斯?jié)舛仍黾?，?dāng)CH4濃度達(dá)5%~16%時(shí)具有爆炸性，CH4濃度為9.5%時(shí)，爆炸威力最大，當(dāng)CH4濃度小于5%或大于16%時(shí)，一般不會(huì)爆炸，遇明火只會(huì)燃燒，瓦斯爆炸的上下限是可變的，當(dāng)CH4混合氣體的溫度和壓力發(fā)生變化或混入煤塵及其它可燃?xì)怏w時(shí)，可影響瓦斯爆炸的上下限，如空氣中的煤塵含量為10-12mg/m3，cH4濃度到達(dá)4%時(shí)，遇火就會(huì)爆炸。要消除引爆火源，必須嚴(yán)禁明電、明火下井，禁止明電、明火放炮，并要求井下電器設(shè)備必須防爆。所以控制瓦斯?jié)舛仁欠乐雇咚贡ǖ母?，?shí)時(shí)掌握瓦斯?jié)舛葼顩r是煤礦平安的頭等大事。本課題研究的意義該工程的實(shí)施，可以提高煤炭平安生產(chǎn)作業(yè)率，加大平安生產(chǎn)管理力度，降低事故率，保障國家及人民生命財(cái)產(chǎn)平安。保障煤礦瓦斯監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障煤礦的每一次報(bào)警都能得到相應(yīng)解決，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決煤礦所存在的平安隱患，保障煤礦平安生產(chǎn)信息上下達(dá)的通暢，提高煤礦平安生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用水平，及煤炭從業(yè)人員的整體素質(zhì)，力爭使煤礦平安生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)量化、標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化。因?yàn)樾畔⒒芾硎且粋€(gè)量化、標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理的實(shí)現(xiàn)，其中系統(tǒng)的運(yùn)行提供了一個(gè)量化井下工作作業(yè)環(huán)境的工具，計(jì)算機(jī)的處理過程那么要求將整個(gè)管理過程展開成一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的單元，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行是一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)單元所組成的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的執(zhí)行過程。瓦斯聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的建立將使平安生產(chǎn)的整個(gè)管理工作向量化、標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化的工作管理模式轉(zhuǎn)變。該工程的建設(shè)將為我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)中小煤礦行業(yè)信息化建設(shè)做出積極奉獻(xiàn)。該工程的建設(shè)是以煤礦瓦斯聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)為龍頭，建成提供數(shù)據(jù)、語音、視頻傳輸?shù)慕y(tǒng)一系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息資源的充分共享和廣泛使用。實(shí)現(xiàn)煤炭信息化管理，實(shí)施“煤電強(qiáng)縣〞的戰(zhàn)略，建設(shè)中國煤炭大縣，抓“滇東電廠〞和曲靖煤化工基地建設(shè)的機(jī)遇，建設(shè)富源煤炭瓦斯聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)非常必要。以信息化帶開工業(yè)化，為推進(jìn)富源經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速開展和全面進(jìn)步做出奉獻(xiàn)。第2章監(jiān)控系統(tǒng)控制方案本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用了PLC所以與使用常規(guī)繼電器實(shí)施的通風(fēng)系統(tǒng)相比，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的自動(dòng)控制功能和程序化工作方式使通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，降低了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。PLC與空氣壓力變送器，以及瓦斯?jié)舛葯z測器的配合使用，使系統(tǒng)控制的可靠性和平安性以及穩(wěn)定性大大提高，降低了通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的本錢，不僅節(jié)約了電能，而且還提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。通風(fēng)機(jī)主要工作局部由兩臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)組成，每臺(tái)通風(fēng)機(jī)有一臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一組扇葉片，兩組扇葉片是對(duì)旋的，一組的作用吸風(fēng)，一組的作用增加風(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)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用風(fēng)機(jī)的功率為45kW?？刂凭植窟x用一臺(tái)三菱公司的FX2N系列的PLC，并需要增加模擬量轉(zhuǎn)換模塊。輸入局部包括：啟動(dòng)，停止按鈕，空氣斷路器、空氣壓力傳感器，瓦斯?jié)舛葯z測器等組成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中還包括電機(jī)用接觸器、中間繼電器、熱繼電器、礦用防爆型斷路器等系統(tǒng)保護(hù)電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)電機(jī)和PLC的有效保護(hù)，以及對(duì)電機(jī)的切換控制。共計(jì)8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)。因此本論文以三菱FX2N系列可編程邏輯控制器作為監(jiān)控核心，運(yùn)用溫度、壓力、瓦斯?jié)舛鹊葌鞲衅骱碗娏坎杉瘑卧獙?duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)以及對(duì)各種電量參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的檢測。同時(shí)利用PLC和上位機(jī)之間的通信實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本論文還利用變頻器來控制通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制核心PLC概述三菱PLCFX2N—16MR簡介本設(shè)計(jì)采用的PLC是日本三菱公司的FX2N系列的繼電器輸出型PLC。它帶有16個(gè)I/O點(diǎn)，分別為8個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)。輸出形式為繼電器形式，輸出端最大電流可以到達(dá)5A工作電流。輸入側(cè)為NPN漏型輸入。其特點(diǎn)是：1.內(nèi)置8K容量的RAM存儲(chǔ)器，最大可以擴(kuò)展到16K。2.CPU運(yùn)算處理速度0.08μS/根本指令。3.在PLC右側(cè)可連接各種輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊。4.根本單元中內(nèi)置2軸獨(dú)立最高的20kHz定位功能(晶體管,繼電器輸出型〕。5.快速斷開端子塊，其采用優(yōu)良的可維護(hù)性快速斷開端子塊，〔類似于熱插型，接上電纜的時(shí)候也可以更換但元。〕6.時(shí)鐘功能及小時(shí)表功能，所有的FX2N系列PLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。7.持續(xù)掃描功能，為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義操作周期。8.輸入濾波器調(diào)節(jié)功能，通過用輸入濾波器來平整輸入信號(hào)〔在根本單元中x0到x17〕。9.注解記錄功能，元件注釋可以在程序存放器當(dāng)中記錄。PLC在本設(shè)計(jì)電氣原理圖中的接線以及I/O分布點(diǎn)如圖3-1圖3-1PLCI/O接線圖表3-1所示為I/O接口分配表表3-1PLCI/O接口分配表輸入輸出序號(hào)名稱地址序號(hào)名稱地址1啟動(dòng)按鈕X01主接觸器Y02停止按鈕X121#風(fēng)機(jī)工作指示Y13主斷路器輸入X232#風(fēng)機(jī)工作指示Y241#風(fēng)機(jī)電源輸入X34報(bào)警Y352#風(fēng)機(jī)電源輸入X451#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)Y461#變頻報(bào)警輸入X562#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)Y572#變頻報(bào)警輸入X68主接觸器吸合指示X7A/D轉(zhuǎn)換模塊FX2N—4AD三菱FX2n-4AD是三菱電機(jī)公司推出的一款FX2n系列PLC模擬量輸入模塊，有CH1~CH4四個(gè)通道，每個(gè)通道都可進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，分辯率為12位，采集信號(hào)電壓為-10V~+10V，分辯率5mV。電流輸入時(shí)，為4~20mA或-20~20mA，分辯率20uA。FX2n-4AD內(nèi)部有32個(gè)16位的緩沖存放器(BMF)，用于與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。FX2n-4AD占用FX2n擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)，耗電為5V，30mA。FX2N-4AD將空氣壓力傳感器TP802以及低濃度甲烷傳感器輸入的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制語言送給PLC進(jìn)行比擬運(yùn)算，從而到達(dá)控制的要求。同時(shí)還將變頻器輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行裝換，送給PLC以及觸摸屏進(jìn)行顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。其電氣原理圖接線如圖3-2所示:圖3-2電氣控制圖3.2礦井主扇風(fēng)機(jī)概述為了簡化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，改變了當(dāng)前煤礦抽出式軸流風(fēng)機(jī)全部采用皮帶輪傳動(dòng)或長軸傳動(dòng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使維修和操作方便。主扇風(fēng)機(jī)其整體性好，并且采用內(nèi)置防爆電機(jī)拖動(dòng),不受外界干擾。本設(shè)計(jì)配套電機(jī)為YB系列的YBFe派生系列，隔爆型三相異步電機(jī)。電機(jī)如圖3.1所示YB2系列電機(jī)是全封閉自扇冷式鼠籠型隔爆三相異步電動(dòng)機(jī)，是YB系列電動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。各項(xiàng)性能指標(biāo)到達(dá)國際90年代的先進(jìn)水平，具有節(jié)能、平安、美觀等特點(diǎn)。適用于有爆炸性氣體混合物存在的場所。在YB2根本系列系列電動(dòng)機(jī)的根底上，可派生生產(chǎn)YB2-W戶外型、YB2-WTH戶外濕熱帶型等多種防爆產(chǎn)品。電機(jī)置于全封閉型，并具有一定耐壓強(qiáng)度的密閉散熱罩中并于外界非瓦斯氣相通。使電機(jī)始終處于無瓦斯空氣之中運(yùn)行，起到了雙重隔爆效果3.3觸摸屏概述為直觀顯示系統(tǒng)各局部的工作狀態(tài)以及報(bào)警顯示，電機(jī)參數(shù)等數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)采用觸摸屏作為顯示部件。觸摸屏又稱為“觸控屏〞、“觸控面板〞，是一種可接收觸頭或者觸摸等輸入的訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸或者觸摸屏幕上的圖形按鈕，以及狀態(tài)按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反響系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的指向軟件地址和各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動(dòng)的影音效果。觸摸屏在自動(dòng)化行業(yè)中也叫人機(jī)界面〔又稱用戶界面或使用者界面〕是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。步科觸摸屏產(chǎn)品是中國最早最專業(yè)的工業(yè)級(jí)人機(jī)界面品牌之一，自2002年進(jìn)入中國大陸市場以來，以其專業(yè)的品質(zhì)、卓越的性能、合理的價(jià)格得到了市場的最大認(rèn)可，銷量及市場占有率居同行業(yè)之首。本設(shè)計(jì)采用步科EV5000系列觸摸屏做為顯示媒體。通過RS485接口與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。如圖3-3所示：圖3-3觸摸屏接線圖3.4傳感器局部概述該控制系統(tǒng)中采用了大量的模擬量信號(hào)，這些信號(hào)的輸入都需要傳感器來進(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〔大局部為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，存入到PLC內(nèi)存里；輸出是由模擬量輸出模塊將要輸出的存儲(chǔ)在PLC內(nèi)存中的數(shù)字離散信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)或者電流信號(hào)。本系統(tǒng)模擬量傳感器選用KGJ16B型瓦斯傳感器用于檢測煤礦井下空氣中的瓦斯含量，PTP802型壓力傳感器用于檢測礦井下的井巷氣壓，Pt100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。對(duì)于傳感器正確的選型以及應(yīng)用它們，首先要對(duì)各傳感器的性能指標(biāo)進(jìn)行了解。斯傳感器用于檢測煤礦井下空氣中的瓦斯含量，具有多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制式輸出，聯(lián)檢后能與煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置及瓦斯斷電儀配套使用。該傳感器是一種智能型檢測儀表，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)。3.4.1瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱇GJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯膮?shù)如表3-2所示：表3-2傳感器參數(shù)3.4.2溫度傳感器溫度傳感器是一種能感受溫度而且能把溫度轉(zhuǎn)變成一種可被識(shí)別的輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器主要是對(duì)溫度測量的部件構(gòu)成。溫度傳感器分為接觸式和非接觸式兩種。本設(shè)計(jì)選擇PT100鉑熱電阻溫度傳感器，它的阻值是可以隨著溫度的變化而成正相關(guān)。測量范圍為60℃—175℃，主要用于軸承溫度測量。3.4.3空氣壓力傳感器本設(shè)計(jì)選擇一款廣泛應(yīng)用于鍋爐送風(fēng)、井下通風(fēng)等電力、煤炭行業(yè)壓力過程等控制領(lǐng)域的壓力傳感器，即為PTP802。主要技術(shù)參數(shù)如表3-3。表3-3技術(shù)參數(shù)第4章PLC軟件設(shè)計(jì)礦井主要通風(fēng)機(jī)裝置性能測試工作是復(fù)雜多變的，涉及主要通風(fēng)機(jī)裝置進(jìn)、出口空氣的溫度和濕度、大氣壓等氣象參數(shù)，風(fēng)壓參數(shù)、流經(jīng)主要通風(fēng)機(jī)前后的風(fēng)量，電氣參數(shù)，還有電動(dòng)機(jī)和主要通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)效率等參數(shù)。在距風(fēng)壓測試點(diǎn)20m內(nèi)的巷道內(nèi)，用氣壓計(jì)測量絕對(duì)靜壓，用干、濕溫度計(jì)測量干、濕溫度。每調(diào)節(jié)工況一次測量三次，取其算術(shù)平均值來計(jì)算本設(shè)計(jì)采用了PLC作為控制核心，所以必須為PLC編寫相應(yīng)的程序以實(shí)現(xiàn)各種控制動(dòng)作。軟件程序控制流程如圖4-1所示：圖4-1程序流程圖4.1系統(tǒng)啟動(dòng)及停止按下啟動(dòng)按鈕，程Y0〔中間繼電器〕得電，輸出Y0使中間繼電器K0閉合，同時(shí)硬件電路中通過K0的觸點(diǎn)給主接觸器KM0送入電源，接通主回路電源。同時(shí)給變頻器信號(hào)，啟動(dòng)變頻器，風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行。如圖4-2。圖4-2啟?？刂瓢聪峦Ｖ拱粹o時(shí)，斷掉中間繼電器M1,關(guān)斷控制繼電器，斷掉繼電器K0的電源，KO掉電的同時(shí)主回路接觸器KM0掉電，系統(tǒng)主回路斷掉，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。4.2模擬量編程及應(yīng)用FX2N-4AD的32個(gè)緩沖存放器〔BFM〕的編號(hào)分配及含義都要按照使用手冊來使用。根據(jù)使用手冊BFM的設(shè)定值可以改變FX2N-4AD模塊的運(yùn)行參數(shù)，可調(diào)整其輸入模式、輸入增益和偏移量等。同時(shí)也可以根據(jù)使用手冊BFM的數(shù)據(jù)使用PLC的FROM指令讀出。圖4-3模擬量模塊識(shí)別在“0〞位置的特殊功能模塊的ID號(hào)有BFM#30中讀出，并保存在主單元的D0中。比擬該值以檢查模塊是否是FX2N-4AD，如是那么M31變?yōu)镺N。如圖4-3所示。圖4-4溫度模塊識(shí)別同理，在“1〞位置的特殊功能模塊的ID號(hào)有BFM#30中讀出，并保存在主單元D10中。比擬該值以檢查模塊是否是FX2N-4AD-PT模塊，如是那么M41為ON。如圖4-4所示。圖4-5錯(cuò)誤狀態(tài)識(shí)別模擬量輸出模塊那么是通過PLC的TO指令來讀出，H0選擇BFM#0初始化通道，運(yùn)行PC，K4——BFM#1選擇4個(gè)通道。BFM#29通道那么為錯(cuò)誤狀態(tài)，如出現(xiàn)錯(cuò)誤M210、M220為ON。無法再讀取程序。如圖4-54.3瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測礦井瓦斯導(dǎo)致的爆炸是一種熱的鏈?zhǔn)椒错憽惨步墟滄i反響〕。當(dāng)可爆炸的易燃混合物吸收到一定的能量〔一般是燃燒火源給定的熱能，或者其它途徑獲得的熱效應(yīng)〕后，反響分子的分子鏈即斷裂，離解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基〔也叫自由基〕。這類游離的基具有非常大的化學(xué)活性，它的持續(xù)活性成為了反響連續(xù)進(jìn)行的催化劑。當(dāng)有適合的條件下，一個(gè)游離基又非常迅速的進(jìn)行下一步的分解，再產(chǎn)生兩個(gè)或N個(gè)的游離基。如此這樣循環(huán)往復(fù)不已，游離基越來越增多，化學(xué)反響速度也變得越來越快，最后就可以形成為燃燒或者叫做可以爆炸式的氧化反響。故而，瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是空氣中可作用的各種物質(zhì)和一定濃度的甲烷氣體產(chǎn)生的強(qiáng)烈的氧化反響。瓦斯?jié)舛冉o定范圍及依據(jù)：一般意義上瓦斯的爆炸的爆炸是在一定的濃度范圍，通常是把在大氣中瓦斯氣體遇火后引起爆炸時(shí)候的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。一般來講瓦斯爆炸界限是5%～16%。當(dāng)瓦斯?jié)舛戎档陀?%時(shí)，遇火不爆炸，卻會(huì)形成一種燃火層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?.5%時(shí)，洋河反響為完全反響，爆炸到達(dá)最大；瓦斯?jié)舛仍?6%以上時(shí)，卻因?yàn)橥咚沟臐舛冗^高導(dǎo)致爆炸性消失，但是在空氣中遇明火后仍會(huì)燃燒。瓦斯爆炸界限是可以改變的，溫度、壓力以及粉塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混合等這幾項(xiàng)因素會(huì)對(duì)瓦斯爆炸界限有影響。本設(shè)計(jì)采用的是KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎ㄟ^瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑦B續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)采集并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)4～20毫安的電流，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4AD，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PLC存儲(chǔ)器中的D120數(shù)據(jù)模塊中，程序中將D120與預(yù)設(shè)值D20的數(shù)值進(jìn)行比擬，大于那么輸出端有輸出，否那么沒有。在離心風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中假設(shè)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)，Y3閉合，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報(bào)警。并通過觸摸屏顯示出來。以警示工作人員工作面瓦斯涌出量已有平安隱患，做好排放瓦斯的平安準(zhǔn)備。假設(shè)井巷工作面瓦斯?jié)舛壤^續(xù)增大，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。抽放瓦斯后，當(dāng)瓦斯?jié)舛菵120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)釪120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。如圖4-6。圖4-6瓦斯?jié)舛葓?bào)警4.4壓力的監(jiān)測風(fēng)壓給定及依據(jù)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(dòng)壓和全壓，其單位為Pa。礦井自然風(fēng)壓的計(jì)算但是礦井進(jìn)、回風(fēng)井的空氣柱的的容重差〔容重差又主要由溫度差造成〕以及高差和其它自然因素所形成的壓力差稱為自然風(fēng)壓.它對(duì)礦井主扇的工況點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮自然風(fēng)壓對(duì)主扇的影響。風(fēng)壓測定及控制為求得主要通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓，應(yīng)測出主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)端空氣的相對(duì)靜壓，其測定位置應(yīng)布置在工況調(diào)節(jié)裝置與主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口之間直線段上，盡量選擇在接近主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口而又風(fēng)流穩(wěn)定處。通常軸流式主要通風(fēng)機(jī)可在距離進(jìn)風(fēng)口一倍葉輪直徑處測量。對(duì)單吸風(fēng)口的離心式風(fēng)機(jī)那么應(yīng)布置在控制閘門后兩倍葉輪直徑以外處測量。對(duì)雙吸風(fēng)口的離心式風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)道分支一倍葉輪直徑處的穩(wěn)定處的穩(wěn)定風(fēng)流中測量。空氣壓力值通過FX2N-4AD送入PLC中，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，其壓力值存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)塊D130中，同樣應(yīng)用比擬指令，將D130與預(yù)設(shè)值D30中的值進(jìn)行比擬，小于那么輸出，輸出為中間值M21，M21置1時(shí)為氣壓過低，設(shè)置啟動(dòng)緊急排風(fēng)，同時(shí)給變頻器輸出端Y4及Y5置1，使兩臺(tái)變頻器同時(shí)工作，知道輸入的空氣壓力值大于設(shè)定報(bào)警值。如圖4-7。圖4-7氣壓報(bào)警4.5溫度的監(jiān)測本設(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)警溫度和跳閘溫度。軸承溫度保護(hù)設(shè)置85℃為報(bào)警溫度，90℃為跳閘溫度。定子溫度保護(hù)設(shè)置120℃為報(bào)警溫度，125℃為跳閘溫度。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。假設(shè)輸入電壓范圍為0～10V的模擬量信號(hào)，那么對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為0～4000或需要的數(shù)字。假設(shè)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0～10V，那么根據(jù)公式4-2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。FX2N-4AD模塊將送入的溫度值存儲(chǔ)在PLC中的數(shù)據(jù)塊D100，D101中，將兩個(gè)溫度值與預(yù)設(shè)值D110進(jìn)行比擬，大于那么輸出切換命令，執(zhí)行變頻器的切換。如圖4-8。圖4-8變頻器運(yùn)行切換第5章運(yùn)行結(jié)果與調(diào)試將在三菱PLC編輯軟件上編輯的程序下載進(jìn)PLC中，按照電氣原理圖將線路連接好，緊接著就在觸摸屏上面監(jiān)視運(yùn)行結(jié)果。觸摸屏的顯示內(nèi)容分為幾個(gè)畫面，分別是監(jiān)視畫面，參數(shù)顯示畫面，參數(shù)設(shè)定畫面等。監(jiān)視畫面為主畫面，可以監(jiān)視風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和主要數(shù)據(jù)的參數(shù)，并設(shè)有控制按鈕，可以控制系統(tǒng)的啟動(dòng)及停止，通過監(jiān)視畫面可以直觀的反映風(fēng)機(jī)的工作。如圖5-1即為參數(shù)設(shè)定畫面。在此界面當(dāng)中將瓦斯?jié)舛取鈮?、電機(jī)最高轉(zhuǎn)速及電機(jī)的最高溫度值都可以設(shè)定。圖5-1參數(shù)設(shè)定畫面通過啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)系統(tǒng)后，空氣和瓦斯傳感器開始監(jiān)測井下工作環(huán)境，同時(shí)控制變頻器1開始運(yùn)行，1#風(fēng)機(jī)開始工作，同時(shí)定子溫度傳感器監(jiān)測1#風(fēng)機(jī)電機(jī)定子溫度，并通過溫度變送器將定子溫度的模擬值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)4-20mA，并且送至PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4AD中，F(xiàn)X2N-4AD將送達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC可以讀取的二進(jìn)制形式的數(shù)字量，并且通過程序設(shè)定，將此溫度值與預(yù)先設(shè)置的溫度值進(jìn)行比擬，并且送至觸摸屏一個(gè)信號(hào)進(jìn)行顯示使用。假設(shè)該溫度值大于預(yù)先設(shè)置的溫度值，說明風(fēng)機(jī)溫度過高，系統(tǒng)通過程序的運(yùn)行，自動(dòng)切換2#風(fēng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)1#風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)2#風(fēng)機(jī)電機(jī)定子溫度到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)再次切換1#風(fēng)機(jī)，如此循環(huán)往復(fù)，使兩個(gè)風(fēng)機(jī)輪流投入