基于PLC的礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承當(dāng)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或局部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文系本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)記和致謝的局部外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含本人為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同事對(duì)本研究所做的任何奉獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。本人如違反上述聲明，愿意承當(dāng)由此引發(fā)的一切責(zé)任和后果。研究生簽名：日期：年月日學(xué)位論文使用授權(quán)聲明本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的學(xué)位論文，學(xué)校有權(quán)保存其電子和紙制文檔，可以借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或局部?jī)?nèi)容，可以向有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或局部?jī)?nèi)容。對(duì)于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。本學(xué)位論文屬于：1.保密，在年解密后適用于本聲明；2.不保密。研究生簽名：導(dǎo)師簽名：日期：年月日畢業(yè)論文根本要求1．畢業(yè)論文的撰寫(xiě)應(yīng)結(jié)合專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，選取具有創(chuàng)新價(jià)值和實(shí)踐意義的論題。2．論文篇幅一般為8000字以上，最多不超過(guò)15000字。3．論文應(yīng)觀點(diǎn)明確，中心突出，論據(jù)充分，數(shù)據(jù)可靠，層次清楚，邏輯清楚，文字流暢，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。4．論文字體標(biāo)準(zhǔn)按《廣東金融學(xué)院本科生畢業(yè)論文寫(xiě)作標(biāo)準(zhǔn)》和“論文樣板〞執(zhí)行。5．論文應(yīng)書(shū)寫(xiě)工整，標(biāo)點(diǎn)正確，用微機(jī)打印后，裝訂成冊(cè)。指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫(xiě)〔設(shè)計(jì)〕過(guò)程1、學(xué)生在論文〔設(shè)計(jì)〕過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、學(xué)生掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力□優(yōu)□良□中□及格□不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性□優(yōu)□良□中□及格□不及格5、完成畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕期間的出勤情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文〔設(shè)計(jì)〕質(zhì)量1、論文〔設(shè)計(jì)〕的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文〔設(shè)計(jì)〕任務(wù)〔包括裝訂及附件〕？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文〔設(shè)計(jì)〕水平1、論文〔設(shè)計(jì)〕的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文〔設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)〕所表達(dá)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格〔在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√〞〕指導(dǎo)教師：〔簽名〕單位：〔蓋章〕年月日評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文〔設(shè)計(jì)〕質(zhì)量1、論文〔設(shè)計(jì)〕的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文〔設(shè)計(jì)〕任務(wù)〔包括裝訂及附件〕？□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文〔設(shè)計(jì)〕水平1、論文〔設(shè)計(jì)〕的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文〔設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)〕所表達(dá)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格〔在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√〞〕評(píng)閱教師：〔簽名〕單位：〔蓋章〕年月日教研室〔或辯論小組〕及教學(xué)系意見(jiàn)教研室〔或辯論小組〕評(píng)價(jià)：一、辯論過(guò)程1、畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕的根本要點(diǎn)和見(jiàn)解的表達(dá)情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、對(duì)辯論問(wèn)題的反響、理解、表達(dá)情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生辯論過(guò)程中的精神狀態(tài)□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文〔設(shè)計(jì)〕質(zhì)量1、論文〔設(shè)計(jì)〕的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文〔設(shè)計(jì)〕任務(wù)〔包括裝訂及附件〕？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文〔設(shè)計(jì)〕水平1、論文〔設(shè)計(jì)〕的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文〔設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)〕所表達(dá)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格評(píng)定成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格〔在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√〞〕教研室主任〔或辯論小組組長(zhǎng)〕：〔簽名〕年月日教學(xué)系意見(jiàn)：系主任：〔簽名〕年月日摘要煤礦的平安生產(chǎn)中，礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用，它是煤礦平安生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而礦井通風(fēng)機(jī)又是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，因此對(duì)其進(jìn)行PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。煤礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括風(fēng)機(jī)性能檢測(cè)和風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)控制兩局部。本文以一臺(tái)礦用對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)為控制對(duì)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(duì)礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了PLC控制的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)和研究。監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機(jī)加下位機(jī)的設(shè)計(jì)模式。下位機(jī)采用可靠性高的可編程邏輯控制器，通過(guò)各種傳感器和電量采集單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)、電機(jī)的電氣參數(shù)并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。上位機(jī)應(yīng)用北京亞控科技公司開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件編寫(xiě)人機(jī)界面，將風(fēng)機(jī)工作流程以直觀的畫(huà)面顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和顯示、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄和報(bào)警、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和報(bào)表輸出、為操作員提供良好的操作界面，完成了風(fēng)機(jī)房的無(wú)人值守自動(dòng)化監(jiān)控和管理的設(shè)計(jì)和改造。在變風(fēng)量系統(tǒng)中，主要比擬了風(fēng)門(mén)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(jī)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(jī)調(diào)節(jié)控制由PLC+變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制。同時(shí)本文還研究了風(fēng)量調(diào)節(jié)的算法。關(guān)鍵詞：PLC控制；變頻調(diào)速技術(shù)；礦井通風(fēng)機(jī)；組態(tài)王軟件；ABSTRACTAsthekeycomponentofcoalminesafety，mineventilationsystemplaysanimportantroleincoalminesafety.Itisoneofthemainequipmentsinthesystem.SoresearchanddesignofitsvariablefrequencyspeedregulationsystemwithPLCcontrolhavegoodeconomicbenefits.Itnotonlyimprovesthemechanicalandautomaticlevelofcoalproduction,butalsosaveslargeelectricalenergy.Minemainventilatormonitoringsystemincludestestingandadjustingairvolumefancontrolintwoparts.Inthispaper,arotatingaxialflowfanofmineasacontrolobject，combinedwithPLCcontrol，frequencyconversiontechnologyandconfigurationmonitoringtechnology，PLCcontroloftheminefanwasthestateofmonitoringandfrequencycontroldesignandresearch.Monitoringsystemusesthehostcomputerpluslowermachinedesignpatterns.Highreliabilityandlowermachineusingprogrammablelogiccontroller，throughavarietyofsensorsandreal-timemonitoringofpoweracquisitionunitfanperformanceparametersandstateparameters，themotorelectricalparametersandtoachievelong-distancecommunication.WeusedKINGVIEW6.52writtenman-machineinterfaceconfigurationsoftwaredevelopedbyBeijingAsiaPCapplicationcontroltechnologycompany，thefanstoanintuitiveworkflowscreendisplay，dataacquisitionanddisplay,recordandalarmofcriticaldata，productiondatastorageandReportoutputfortheoperatortoprovideagooduserinterface，completedthefanroomunattendedautomatedmonitoringandmanagementofthedesignandreconstruction.InVAVsystems，themaindamperadjustmentcomparedwiththefrequencyadjustment，frequencyregulationsystemshowsnotonlymakethefansworkinhighareas，anditsenergyismoreeffectivethanotheradjustmentmethods，averyimportantapplication.RegulationandcontrolbythePLC+fandrivemotorspeedtoachievecontrolofairvolumecontrol.Atthesametimewestudytheairvolumecontrolalgorithm.Keywords：PLCcontrol；Variablefrequencyspeedregulationtechnology；Mineventilator；Kingviewsoftware；目錄1緒論1選題的背景和意義1風(fēng)機(jī)監(jiān)控在國(guó)內(nèi)外研究狀況1礦井主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控的展望1本論文的主要工作和安排22系統(tǒng)構(gòu)成及各局部功能4礦井主扇風(fēng)機(jī)42.礦井主扇風(fēng)機(jī)概述4風(fēng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)4風(fēng)機(jī)的特性曲線5風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法7可編程控制器的應(yīng)用72.2.1PLC概述72.2.2PLC的根本構(gòu)成PLC的工作原理風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測(cè)8風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測(cè)9振動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)10電氣參數(shù)的檢測(cè)10電機(jī)軸承和定子溫度檢測(cè)10開(kāi)關(guān)量檢測(cè)112.4變頻調(diào)速11變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用概述11變頻調(diào)速的根本原理11風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析12變頻器的結(jié)構(gòu)142.4.5PLC控制變頻器的方式153通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)16風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)16基于現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)16現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù)16現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)的互連17網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)方法184系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)19系統(tǒng)硬件連接19主電路19控制電路的設(shè)計(jì)194.4器件的選型22LC的選型22變頻器的選型22變頻器與PLC的連接23風(fēng)量的控制算法23變頻器輸入值計(jì)算23U-P和Q-P曲線的擬合255主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)265.1PLC軟件設(shè)計(jì)26主控制程序流程26子程序0和1程序流程27子程序2和3程序流程28子程序4程序流程29中斷子程序30組態(tài)軟件設(shè)計(jì)30操作界面30煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面305.2.3PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面31結(jié)論33參考文獻(xiàn)34附錄35翻譯局部40英文原文40中文譯文46致謝521緒論選題的背景和意義通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大固定設(shè)備之一，它擔(dān)負(fù)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(jī)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(huì)對(duì)整個(gè)礦區(qū)的生產(chǎn)和平安造成重大影響。因此，有必要建立一套功能完善的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井主通風(fēng)機(jī)性能及狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便在生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)掌握主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，這也是主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)展方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(kuò)大、生產(chǎn)效率的提高，井下通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)監(jiān)控也必須提出了更高的要求。利用設(shè)備在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控等相關(guān)技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)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(chǎng)總線技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速開(kāi)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。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究狀況國(guó)外很早就對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了研究。至90年代，一般的風(fēng)機(jī)均配有在線監(jiān)控系統(tǒng)，集保護(hù)、檢測(cè)、控制于一體，不但能實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，主要能進(jìn)行故障診斷，預(yù)測(cè)使用壽命，預(yù)報(bào)維修極限，成功地對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了檢測(cè)，有效的保證了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的平安運(yùn)行。美國(guó)煤礦使用的主風(fēng)機(jī)以軸流式為主，近年來(lái)開(kāi)始采用在運(yùn)行中可以改變?nèi)~片角度的液壓式動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，節(jié)能效果好。德國(guó)以TLT公司為代表，采用液壓式動(dòng)葉調(diào)節(jié)的軸流通風(fēng)機(jī)，其運(yùn)行效率可保持在83%～88%以內(nèi)。國(guó)內(nèi)在這兩方面起步比擬晚。風(fēng)量調(diào)節(jié)方法都比擬落后，需要在停機(jī)的情況下進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)或者是隔一段時(shí)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(shí)連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且實(shí)時(shí)性差，風(fēng)量控制不準(zhǔn)確，自動(dòng)化程度不高；另外，我國(guó)煤礦主通風(fēng)機(jī)一般都在遠(yuǎn)離煤礦管理部門(mén)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(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)而成為煤礦自動(dòng)化管理的薄弱環(huán)節(jié)。目前大局部廠家只對(duì)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的點(diǎn)測(cè)，或是對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)易的診斷。近幾年來(lái)，陸續(xù)有幾家大中型企業(yè)開(kāi)始安裝了專(zhuān)用檢測(cè)診斷設(shè)備對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)期檢測(cè)。近幾年來(lái)，陸續(xù)有幾家大中型企業(yè)開(kāi)始安裝了專(zhuān)用檢測(cè)診斷設(shè)備對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)期檢測(cè)。05年南京因泰萊電器股份為銀川力城電子煤礦設(shè)計(jì)了綜合現(xiàn)代化通信、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制與檢測(cè)技術(shù)的全分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它具有顯示、打印、報(bào)警、狀態(tài)識(shí)別、趨勢(shì)分析、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡等功能，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。但與國(guó)外還是存在著一定的距離。礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控的展望隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展,科技人員的不斷努力，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控取得了一定的成績(jī),但也明顯存在一些缺乏礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控主要還處在監(jiān)測(cè)水平，其控制功能很弱，對(duì)主通風(fēng)機(jī)的控制和故障診斷根本上還處在研究階段，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控的可靠性有待進(jìn)一步提高，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控是一個(gè)較獨(dú)立的系統(tǒng),未與整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)、整個(gè)煤礦管理系統(tǒng)取得協(xié)調(diào)的聯(lián)系。針對(duì)以上缺乏，為了進(jìn)一步提高煤礦自動(dòng)化管理水平,提高生產(chǎn)的平安程度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，礦并主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控應(yīng)在如下幾個(gè)方面開(kāi)展：(1)煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向集散化結(jié)構(gòu)開(kāi)展新推出的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)根本上都采用集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控分站和控制中心主站組成。分站以脫離主站自動(dòng)實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)測(cè)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(jī)，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警、處理、分析、報(bào)表打印等。(2)煤礦平安監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)放化新推出的集散監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)均采用開(kāi)放系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)模型、通信協(xié)議或規(guī)程，支持多種互連標(biāo)準(zhǔn)。任何集散測(cè)控系統(tǒng)，只要遵循這些規(guī)程，就能夠與其它系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，方便地組成多節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的通信和數(shù)據(jù)共享。(3)煤礦平安監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)智能化主要是指?jìng)鞲衅鞯闹悄芑?，如不斷推出的具有自?dòng)校正、靈敏度自動(dòng)補(bǔ)償、非線性自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ艿闹悄軅鞲衅鳌?4)煤礦平安監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件開(kāi)展趨勢(shì)包括操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(kāi)放化、標(biāo)準(zhǔn)化。(5)煤礦平安監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)向綜合化方向開(kāi)展全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種可用于環(huán)境平安、軌道運(yùn)輸、皮帶運(yùn)輸、提升運(yùn)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(jī)電設(shè)備的運(yùn)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(shí)現(xiàn)全面綜合監(jiān)控。(6)開(kāi)展專(zhuān)家診斷、專(zhuān)家決策系統(tǒng)軟件我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件目前停留在對(duì)被監(jiān)測(cè)量的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、超限報(bào)警及斷電、以曲線、圖形和報(bào)表形式輸出的水平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的最根本處理，在此根底上，國(guó)內(nèi)正在開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)和礦井平安預(yù)警系統(tǒng)。在礦難發(fā)生前就能對(duì)各種平安隱患進(jìn)行預(yù)測(cè)，使平安隱患消滅在萌芽狀態(tài)。本論文的主要工作和安排本論文以礦井對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，以西門(mén)子S7-200可編程邏輯控制器作為監(jiān)控核心，運(yùn)用溫度，壓力，振動(dòng)等傳感器和電量采集單元對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及各種電量參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，利用PLC和上位機(jī)之間的通信實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)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(jī)的變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行。具體地說(shuō)，本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：1實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、負(fù)壓、流量、軸承振動(dòng)、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(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)手動(dòng)和自動(dòng)變頻運(yùn)行的切換，使風(fēng)機(jī)處于工頻或變頻運(yùn)行狀態(tài)。在變頻運(yùn)行時(shí)，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(yùn)算，計(jì)算出系統(tǒng)滿足平安生產(chǎn)所需的風(fēng)量大小對(duì)應(yīng)的變頻器輸入電壓值，經(jīng)擴(kuò)展模塊模擬量輸出控制變頻器自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。3本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能，如風(fēng)機(jī)定子，軸承溫度超限，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)異常報(bào)警，以及變頻器出現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警，及時(shí)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(kuò)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(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)完成對(duì)PLC通信網(wǎng)絡(luò)的組建。7模擬風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，用組態(tài)王軟件繪制煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)報(bào)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(shì)曲線、超限報(bào)警和數(shù)據(jù)報(bào)表功能。2系統(tǒng)構(gòu)成及各局部功能本論文設(shè)計(jì)的礦井主扇風(fēng)機(jī)的監(jiān)控包括風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)兩局部。本系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以工控領(lǐng)域的可編程控制器(PLC)和組態(tài)軟件為核心，以標(biāo)準(zhǔn)控制柜作為信號(hào)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)的煤礦主通風(fēng)機(jī)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及通風(fēng)機(jī)房與工業(yè)以太網(wǎng)和煤礦平安監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息共享。風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)中引入變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，據(jù)所需風(fēng)量和風(fēng)壓大小通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)和保護(hù)等要求。礦井主扇風(fēng)機(jī)礦井主扇風(fēng)機(jī)概述礦井通風(fēng)機(jī)按結(jié)構(gòu)來(lái)分，有離心通風(fēng)機(jī)和軸流通風(fēng)機(jī)，目前礦上使用最多的是軸流通風(fēng)機(jī)。軸流通風(fēng)機(jī)是氣體沿軸向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉片通道，由葉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(jī)。在兩級(jí)的軸流通風(fēng)機(jī)中，有一種性能比擬好的軸流通風(fēng)機(jī)—對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，它的一個(gè)葉輪裝在另一個(gè)葉輪的后面，同時(shí)兩個(gè)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(diǎn)。目前礦井中主扇風(fēng)機(jī)大局部采用對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)。本論文中采用某實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下：風(fēng)機(jī)根本性能參數(shù)轉(zhuǎn)速〔r/min〕風(fēng)量〔m3/h全壓〔Pa〕效率〔%〕直徑〔mm〕29005400-90001200-2400400配用電機(jī)根本參數(shù)型號(hào)轉(zhuǎn)速〔r/min〕功率〔Kw〕額定電壓〔V〕額定電流〔A〕Y112M229004×2380風(fēng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)1.風(fēng)量單位時(shí)間內(nèi)通風(fēng)機(jī)吸入的氣體的體積稱為通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，以Q表示，單位為m/s2.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(lèi)型可分為靜壓、動(dòng)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Psti2)動(dòng)壓指單位體積的流體所具有的動(dòng)能，攜帶該能量的氣體微團(tuán)被滯止后表現(xiàn)的壓力，故稱為動(dòng)壓，其大小用下式計(jì)算：Pdi=式中：Pdi——?dú)怏w中某點(diǎn)的動(dòng)壓，Paρ——?jiǎng)訅簻y(cè)量處的空氣密度，kg/m3v——?dú)怏w的流速，m/s3)全壓氣流中某一點(diǎn)的滯止壓力，亦是該點(diǎn)靜壓和動(dòng)壓的代數(shù)和，以PiPi=3功率通風(fēng)機(jī)的功率分為軸功率和有效功率。軸功率是指原動(dòng)機(jī)傳遞給通風(fēng)機(jī)軸上的功率，有功功率是指風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣體做的有用功，通風(fēng)機(jī)的全壓有效功率用下式計(jì)算:Nx=Nx——通風(fēng)機(jī)全壓有效功率，kWPi——通風(fēng)機(jī)的全壓，PaQ——通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m/s3假設(shè)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓用靜壓表示，那么通風(fēng)機(jī)靜壓有效功率可用下式計(jì)算:Nxst=式中:Nxst——通風(fēng)機(jī)靜壓有效功率，kW4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(jì)算公式如下：ηη式中η,ηstN——通風(fēng)機(jī)的軸功率，kW。5轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是指通風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為r/min。風(fēng)機(jī)的特性曲線軸流式風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況下，根本上能消除氣流的徑向流動(dòng)，但當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)值時(shí)，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(yán)重時(shí)，會(huì)發(fā)生二次回流現(xiàn)象。軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線如圖1所示。－H曲線大都屬于陡降型曲線流量偏小時(shí)，氣流將局部地發(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。－N曲線在流量為零時(shí)最大當(dāng)流量增大時(shí)，H下降很快，軸功率也有所下降，這樣往往使軸流式風(fēng)機(jī)在零流量下啟動(dòng)時(shí)的軸功率為最大。因此與離心式風(fēng)機(jī)相比，軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)在管路暢通下開(kāi)動(dòng)，盡管如此當(dāng)啟動(dòng)與停車(chē)時(shí)，總是會(huì)經(jīng)過(guò)最低流量的，所以軸流式風(fēng)機(jī)所配用電機(jī)要有足夠的裕量。－n曲線在最高效率點(diǎn)附近迅速下降流量不在設(shè)計(jì)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(jī)的最正確工作范圍較窄，一般都沒(méi)有調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量。因此，Q－H曲線和Q－N曲線都是在流量從小到大增加時(shí)先下降，再上升，然后再下降，有兩個(gè)拐點(diǎn)，正常工作工況點(diǎn)應(yīng)選在Q－H曲線的二次下降段，也就是駝峰點(diǎn)的右側(cè)，它可近似用三次方程來(lái)擬合，但在整個(gè)趨勢(shì)中它和Q-H曲線的擬合方法一樣，選用有兩個(gè)拐點(diǎn)的三次方程，能很好的反映風(fēng)機(jī)工作情況的性能。Q－n曲線在整個(gè)流量變化過(guò)程中是先增大后減少，為此可用二次方程來(lái)擬合它的形狀。一般工作的工況點(diǎn)選在效率大于60%的曲線段。至此，由Q－H曲線和Q－n曲線也就決定了軸流式風(fēng)機(jī)的正常工作范圍，即在Q－H曲線駝峰點(diǎn)右側(cè)和Q門(mén)曲線效率大于60%的公共局部。同樣是由于在風(fēng)量較小的情況下，風(fēng)機(jī)二次回流現(xiàn)象的影響，使得到某一流量時(shí)，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大和減小的回復(fù)，這也就是風(fēng)機(jī)喘振點(diǎn)，在風(fēng)機(jī)性能測(cè)試過(guò)程中，一般由此點(diǎn)開(kāi)始或到此點(diǎn)結(jié)束，所以大多數(shù)的風(fēng)機(jī)性能曲線的流量不是從零開(kāi)始。圖1軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)是為了改變通風(fēng)機(jī)的流量，以滿足實(shí)際工作的需要，故通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)又稱流量調(diào)節(jié)。反映在通風(fēng)機(jī)性能曲線圖上就是改變風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)，流量調(diào)節(jié)主要有兩個(gè)目的：第一，滿足礦井用風(fēng)量的要求，第二，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。主要的調(diào)節(jié)方法或改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況有兩大類(lèi)：改變管網(wǎng)性能曲線和改變通風(fēng)機(jī)性能曲線。改變管網(wǎng)曲線主要是在通風(fēng)機(jī)的管路上設(shè)置節(jié)流閥或風(fēng)門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量，風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)是利用風(fēng)門(mén)來(lái)增大風(fēng)道阻力，以較少風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)最不經(jīng)濟(jì)，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(dāng)然這比不進(jìn)行調(diào)節(jié)而供給過(guò)多的風(fēng)量還是有利的〔對(duì)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(jī)而言〕。改變風(fēng)機(jī)性能曲線是通過(guò)改變風(fēng)機(jī)自身運(yùn)行曲線，主要有定速和變速兩類(lèi)。定速調(diào)節(jié)包括入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)及動(dòng)葉調(diào)節(jié)。變速調(diào)節(jié)是管路特性曲線不變時(shí)，用變轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，從而改變風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。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，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于高壓變頻器開(kāi)展，煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)和保護(hù)等要求，已開(kāi)始應(yīng)用在風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中。本文所研究的風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)選用變頻調(diào)節(jié)。可編程控制器的應(yīng)用2.2.1PLC概述國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC的定義是：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是用來(lái)取代電機(jī)控制的順序繼電器電路的一種器件，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。2.2.2PLC的根本構(gòu)成圖2PLC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(yùn)算器和存放器組成，它是PLC的核心局部。它的主要任務(wù)有:控制接收和存儲(chǔ)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(cuò)誤;掃描I/O接收的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，然后刷新輸出接口，對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放PLC生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在PROM或EPROM存儲(chǔ)器中，用戶不可訪問(wèn)和修改。用戶程序存儲(chǔ)器主要包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)二個(gè)局部。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)用戶編寫(xiě)的控制程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǎng)I/O設(shè)備相連接的部件，它的作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換位PLC能夠接收和處理的信號(hào)，將CPU送來(lái)的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的強(qiáng)電信號(hào)。(4)電源單元電源單元是PLC的電源供給局部。它的作用是把外部供給的電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲(chǔ)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(kuò)展接口PLC可以通過(guò)外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機(jī)、PLC或計(jì)算機(jī)相連。擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與根本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。2.2.3PLC的工作原理PLC采用一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式即循環(huán)掃描技術(shù)，循環(huán)掃描技術(shù)是指當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段----輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期，在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，各個(gè)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)存入映像存放器，然后進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像存放器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，一直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段。(2)程序執(zhí)行階段：PLC根據(jù)讀入的輸入映像存放器中的信號(hào)狀態(tài)，按一定的掃描原那么執(zhí)行用戶編寫(xiě)的程序，然后把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像存放器中。(3)輸出刷新階段：當(dāng)所有的程序指令執(zhí)行完后，元件映像存放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(dòng)外部負(fù)載。風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測(cè)本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用的傳感器較多，如壓力、溫度、振動(dòng)及轉(zhuǎn)速等。為減少傳輸誤差，提高檢測(cè)精度，均選用帶變送器、性能可靠、壽命長(zhǎng)、輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4～20mA的傳感器，直接采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并配以二線制RVVP電纜單獨(dú)傳送，以進(jìn)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(kuò)展模塊的連接風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測(cè)1.風(fēng)壓(這里主要測(cè)靜壓)一般都是采取鉆孔取壓法，測(cè)點(diǎn)選擇在風(fēng)機(jī)的入口，將取得的壓力信號(hào)通過(guò)壓力傳感(變送)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。壓力傳感器的選型需考慮礦井通風(fēng)機(jī)最大風(fēng)壓及測(cè)量精度的要求。本設(shè)計(jì)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(jìn)口高精度、高穩(wěn)定性微壓力敏芯片，經(jīng)嚴(yán)格精密的溫度補(bǔ)償，線性補(bǔ)償，信號(hào)放大，V/I轉(zhuǎn)換，逆極性保護(hù)，壓力過(guò)載限流等信號(hào)處理，將很微小的差壓信號(hào)可靠的轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流或0~10V電壓信號(hào)輸出，可測(cè)小于100Pa的壓力其主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍0-3Kpa零點(diǎn)漂移0.025%FS4h測(cè)量介質(zhì)非腐蝕性氣體零點(diǎn)溫度漂移0.006%/CFS輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)量程的倍非線性0.0378%FS輸出信號(hào)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(jī)入口靜壓差及入口溫度計(jì)算得來(lái)的。計(jì)算公式：Q式中P2為CP201測(cè)量到靜壓，P1為入口壓力CP202(表壓)的絕對(duì)值(正值)，T1為入口溫度，系數(shù)k3.負(fù)壓對(duì)于負(fù)壓參數(shù)的采集主要用于與設(shè)定的負(fù)壓值進(jìn)行比擬，調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率,使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在指定的工況點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制。振動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)風(fēng)機(jī)軸承的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷功能及原理：通過(guò)速度傳感器測(cè)量軸承的振動(dòng)峰值、均方根值或均值，將這些測(cè)量值與事先標(biāo)定出的允許門(mén)檻值作比擬，指示出軸承運(yùn)行情況的正常與否。具體測(cè)試方法為：通過(guò)安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動(dòng)烈度信號(hào)，經(jīng)過(guò)振動(dòng)變送器送到PLC中，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。通過(guò)風(fēng)機(jī)振動(dòng)位移和振動(dòng)周期可以反映風(fēng)機(jī)潛在的故障，防止風(fēng)機(jī)停機(jī)等嚴(yán)重故障發(fā)生。常用的振動(dòng)測(cè)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(cè)量的參數(shù)要求，一般在選用時(shí)應(yīng)考慮以下因素：假設(shè)需測(cè)量振動(dòng)位移值那么應(yīng)選用電渦流式傳感器；假設(shè)需測(cè)量振動(dòng)速度或烈度值那么應(yīng)選用速度式傳感器；假設(shè)需測(cè)量振動(dòng)加速度值那么應(yīng)選用加速度式傳感器。經(jīng)過(guò)比擬之后，本系統(tǒng)選擇南京東大測(cè)振儀器廠生產(chǎn)的MT3T型電磁式速度傳感器。其技術(shù)指標(biāo)如下：測(cè)量范圍：15～1000Hz靈敏度：30mv/mm/s精度：線性誤差：≤±0.5%測(cè)量方向：水平或垂直電源：±12VDC，<20mA容許加速度：沿工作方向：10g連續(xù)橫向：30g短時(shí)此外，在檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)參數(shù)時(shí)，還需要有變送器和檢測(cè)儀表將測(cè)量的振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA的直流電流信號(hào)或0-5V的電壓信號(hào)，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝的需要，以及增強(qiáng)報(bào)警和顯示等功能，又選擇了南京東大測(cè)振儀器廠生產(chǎn)的與MT-3系列磁電式振動(dòng)速度傳感器配套使用的30ZXP-J210型振動(dòng)速度監(jiān)控裝置。該監(jiān)控儀主要用于對(duì)轉(zhuǎn)速600～6000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)烈度進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)當(dāng)振動(dòng)值超限時(shí)，本儀器可外接聲光報(bào)警器以提示現(xiàn)場(chǎng)操作人員采取防范措施。其具體參數(shù)如下：(1)量程：0～10mm/s，0～20mm/s，0～50mm/s(均方根值)(2)頻率范圍：10～1000Hz(3)信號(hào)輸入：MT-3系列磁電式振動(dòng)速度傳感器的信號(hào)(4)靈敏度：30mV/mm/s≤3%(5)儀表顯示顯示方式：高分辨率LCD顯示，精確度±1％(6)信號(hào)輸出：電流輸出4～20mA，輸出負(fù)載≤500Ω(7)精確度：±0.5%(8)報(bào)警輸出：警告、危險(xiǎn)兩極報(bào)警；(9)繼電器節(jié)點(diǎn)容量：DC30V/1A，(10)使用電源：AC220V/50HZ±10%<20W電氣參數(shù)的檢測(cè)電氣參數(shù)指配套電機(jī)的負(fù)載和空載的電流、電壓、勵(lì)磁電流和電壓、功率、功率因數(shù)等。電量參數(shù)監(jiān)測(cè)采用EDA9033電量參數(shù)監(jiān)測(cè)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(guò)CP341模塊與EDA9033通過(guò)MODBUS-RTU協(xié)議進(jìn)行通信，所以電氣參數(shù)通過(guò)由安裝在各開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的智能儀表單元與PLC以通訊的方式得到。電機(jī)軸承和定子溫度檢測(cè)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(shí)自身阻值也隨之改變的特性來(lái)測(cè)量溫度，能夠準(zhǔn)確的測(cè)出軸承或定子的溫度并將它們傳給PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中存在溫度梯度時(shí)，所測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。這中溫度傳感器的特點(diǎn)：耐振動(dòng)，可靠性高，同時(shí)具有精確的靈敏性，穩(wěn)定性好等。其性能指標(biāo)如下：連續(xù)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)工作時(shí)的軸承溫度和電機(jī)的軸承溫度，也是風(fēng)機(jī)工況監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。溫度參數(shù)檢測(cè)時(shí)，主要由溫度檢測(cè)元件和變送器、電壓調(diào)理電路構(gòu)成的檢測(cè)電路與PLC進(jìn)行通信，將溫度參數(shù)上傳至工控機(jī)。常用的溫度檢測(cè)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(jià)格低廉，但由于它們的阻值對(duì)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溫外露條件使用時(shí)的穩(wěn)定性不如熱電阻式傳感器。對(duì)于控制條件下校驗(yàn)熱電偶性能，其可移動(dòng)性或測(cè)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(dāng)周?chē)鷾囟茸兓瘯r(shí)，所使用的儀器導(dǎo)線(鍍銅)將會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。因此，結(jié)合本系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)要求，選擇熱電阻式熱電傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)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(jì)量?jī)x器的溫標(biāo)基準(zhǔn)。按照不同測(cè)點(diǎn)對(duì)溫度測(cè)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(hào)選擇如下：測(cè)點(diǎn)型號(hào)測(cè)量范圍風(fēng)機(jī)主軸承溫度STT-S-AI-T0~150℃電機(jī)軸承溫度STT-S-AI-T3-50~200℃電機(jī)三相繞組溫度STT-S-AI-T3-50~200℃另外，在檢測(cè)溫度參數(shù)時(shí)，還需要有變送器將測(cè)量的溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號(hào)或0-5V的電壓信號(hào)，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝的需要，選擇性能/價(jià)格比擬高的日本林電的STWB系列溫度變送器模塊，其技術(shù)參數(shù)如下：輸入信號(hào)：Pt100、Pt1000、Cu50、K、E、S供電電壓：24V負(fù)載電阻：0～500Ω輸出信號(hào)：DC4～20mA電壓誤差：<0.005%／V精度：0.1%，0.2%，0.5%工作環(huán)境：溫度：-20℃～80℃；濕度：<95%RH開(kāi)關(guān)量檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的輸入開(kāi)關(guān)量主要包括一些開(kāi)關(guān)、繼電器的動(dòng)作信號(hào)，如：泵站電機(jī)運(yùn)行、主電機(jī)正反向合閘反響、制動(dòng)器限位開(kāi)關(guān)、風(fēng)門(mén)的翻開(kāi)和關(guān)閉、風(fēng)門(mén)過(guò)力矩、葉片執(zhí)行器自動(dòng)以及測(cè)振器報(bào)警等。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出開(kāi)關(guān)量主要包括：泵站電機(jī)控制、風(fēng)門(mén)翻開(kāi)和關(guān)閉控制、主電機(jī)正反向合閘、主電機(jī)正反向分閘、主電機(jī)正反向跳閘、制動(dòng)器控制以及聲光報(bào)警等。在PLC控制系統(tǒng)中，輸入輸出開(kāi)關(guān)量可通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊與PLC連接，由于本系統(tǒng)涉及的開(kāi)關(guān)量較多，在此不進(jìn)行討論。變頻調(diào)速變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用概述近幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速開(kāi)展，變頻器的價(jià)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(jī)、電梯等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。通風(fēng)機(jī)在煤礦上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(jī)運(yùn)行效率低，流失大量電能，因此變頻器在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用很有必要。一般地來(lái)講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風(fēng)機(jī)上，具有以下的功能和優(yōu)點(diǎn)：(l)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，及時(shí)滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)省大量的電能損耗。(2)限制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電流，減少啟動(dòng)時(shí)的峰值功率損耗，消除電機(jī)起動(dòng)和停止時(shí)，對(duì)機(jī)械和電氣元件的沖擊，延長(zhǎng)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(jī)的檢修和維護(hù)的工作量，節(jié)約設(shè)備的費(fèi)用。(4)變頻器自身的保護(hù)功能齊全，有欠電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、短路保護(hù)、風(fēng)機(jī)軸承過(guò)熱保護(hù)等，使風(fēng)機(jī)平安運(yùn)行的可靠性得到大大提高。變頻調(diào)速的根本原理交流異步電機(jī)以其體積小、重量輕、價(jià)格低廉、運(yùn)行性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械的電力傳動(dòng)中應(yīng)用最為普遍。但是交流電機(jī)不象直流電機(jī)那樣，可以很方便地進(jìn)行調(diào)速，它的調(diào)速問(wèn)題一直比擬困難。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和開(kāi)展，出現(xiàn)了許多交流電機(jī)的調(diào)速方式，如異步電機(jī)的變極調(diào)速、定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)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)的迅速開(kāi)展，使交流電機(jī)調(diào)速困難的問(wèn)題得以解決。由電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)原理，可知交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為:(2-1)由上式(2-1)、(2-2)和(2-3)可以看出，如果改變輸入到異步電機(jī)定子繞組的電源頻率f1，就可以改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速ns和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n由電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，交流異步電動(dòng)機(jī)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(dāng)電源頻率f1增加時(shí)，同步轉(zhuǎn)速ns增加，交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n也增加。反之，當(dāng)電源頻率f風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析閥門(mén)調(diào)節(jié)與變頻調(diào)速的節(jié)能比擬：圖4為一礦井通風(fēng)機(jī)的壓力－流量(H－Q)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(jī)在轉(zhuǎn)速為n1和n2時(shí)壓力－流量特性曲線(n1>圖4風(fēng)機(jī)及管網(wǎng)的H－Q特性曲線圖圖4中曲線1為風(fēng)機(jī)開(kāi)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(jī)設(shè)計(jì)工作在A點(diǎn)效率最高，輸出風(fēng)量Q1為100%，對(duì)應(yīng)的軸功率N1從與風(fēng)量Q1和風(fēng)壓H1如果生產(chǎn)要求風(fēng)量從Q1減少到Q2時(shí)，假設(shè)采用關(guān)小風(fēng)機(jī)管路閥門(mén)的方法調(diào)節(jié)，相當(dāng)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(diǎn)也由A點(diǎn)變到B點(diǎn)。從圖中可以看出，風(fēng)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。假設(shè)采用變頻調(diào)速控制局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，風(fēng)壓－當(dāng)通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速有以下比例關(guān)系：Q1/P1/N1/式中：n1、n2P1、P2N1、N2由以上的比例關(guān)系，可以看出風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。如果通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低為原來(lái)的50%，那么風(fēng)量也變?yōu)樵瓉?lái)的50%，功率降低為原來(lái)的12.5%，這說(shuō)明通過(guò)改變通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方式，可以改變通風(fēng)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速。的改變，可以通過(guò)改變通風(fēng)機(jī)輸入電源的頻率f1來(lái)改變，這一過(guò)程可以通過(guò)變頻器來(lái)完成。變頻器的結(jié)構(gòu)變頻器按結(jié)構(gòu)來(lái)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，其根本結(jié)構(gòu)如下列圖所示圖5變頻器根本結(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(fù)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(gè)半導(dǎo)體主少干關(guān)器件組成的橋式電路是常見(jiàn)的逆變電路，通過(guò)控制電路控制開(kāi)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(chǔ)能環(huán)節(jié)，這是因?yàn)槟孀兤鞯呢?fù)載多為感性負(fù)載，其功率因數(shù)小于1，使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間存在著無(wú)功率的交換。這種無(wú)功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來(lái)進(jìn)行緩沖(4)控制電路控制電路是變頻器的核心，它通常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路和保護(hù)電路等組成，其作用主要是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制和頻率控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等2.4.5PLC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(dòng)化水平，需要把PLC和變頻器結(jié)合起來(lái)使用，對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制?？偟膩?lái)說(shuō)，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(gè)不同的頻率輸出控制端子，我們可以通過(guò)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(guò)對(duì)變頻器控制端子邏輯輸入口的邏輯組合，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(jìn)而控制異步電機(jī)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(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。因此，這種控制方式只適合不需要電機(jī)連續(xù)調(diào)速就能滿足生產(chǎn)要求的場(chǎng)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(guò)串行電纜把PLC和變頻器的RS485通訊接口連接起來(lái)，用通訊的方式把頻率由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(gè)通訊接口，如果PLC的通訊接口為RS232接口，加一個(gè)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485接口就可以了。如PLC通過(guò)通訊的方式來(lái)監(jiān)控變頻器，可以傳送大量的信息，連續(xù)地監(jiān)控多臺(tái)變頻器，還可以通過(guò)通訊修改變頻器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器的聯(lián)動(dòng)控制和同步控制。由于變頻器的種類(lèi)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(lái)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(hào)處理的功能，模擬量信號(hào)通過(guò)A/D模塊和D/A模塊轉(zhuǎn)換后，輸出0~10V的電壓或4~20mA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(yuǎn)，且是一對(duì)一的控制場(chǎng)合，但這種控制方式使用起來(lái)比擬簡(jiǎn)單，對(duì)PLC的要求也不是很高。由于本控制系統(tǒng)中采用的是兩臺(tái)變頻器控制對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)兩臺(tái)電機(jī)的方案，是一對(duì)一控制，為說(shuō)明問(wèn)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(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)自動(dòng)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(chǎng)測(cè)量層主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變量參數(shù)的測(cè)量和風(fēng)機(jī)的控制，由各種傳感器，電量監(jiān)測(cè)設(shè)備，變頻器等組成，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)控制和監(jiān)控設(shè)備本身的運(yùn)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(yuǎn)程輸入站作為從站，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)聯(lián)網(wǎng)，向工控機(jī)傳送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)(運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等)，同時(shí)接收工控機(jī)的控制命令，采集風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工況參數(shù)(如風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)機(jī)軸承溫度、電機(jī)定子繞組溫度、電壓、電流、功率因數(shù)、功率和開(kāi)關(guān)狀態(tài)等)，其采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后遠(yuǎn)傳給上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)。遠(yuǎn)程監(jiān)控管理層直接接入礦調(diào)度室，由上位工控機(jī)、打印機(jī)、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(shí)現(xiàn)監(jiān)控風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行工況、故障報(bào)警與分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)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)基于現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)得到了迅速開(kāi)展。相對(duì)于傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線有著分散控制更徹底、開(kāi)放性好、可靠性高、總體價(jià)格也較廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始。對(duì)于礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言，為保證通風(fēng)機(jī)的平安可靠運(yùn)行，其功能必須涵蓋通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)啟?？刂?、風(fēng)門(mén)的開(kāi)合、風(fēng)量調(diào)節(jié)、各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)以及上下位機(jī)通信等多個(gè)方面。大型煤礦生產(chǎn)企業(yè)所應(yīng)用的生產(chǎn)設(shè)備往往多而分散，對(duì)于傳統(tǒng)的基于PC、PLC等產(chǎn)品的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如不采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將各生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)地連為一體，那么難以及時(shí)有效地對(duì)各設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，在很大程度上不利于生產(chǎn)效率和平安性的提升。與此同時(shí)，以太網(wǎng)作為一項(xiàng)比擬成熟的技術(shù)正向自動(dòng)化領(lǐng)域逐步滲透，從企業(yè)決策層、生產(chǎn)管理調(diào)度層向現(xiàn)場(chǎng)控制層延伸。以太網(wǎng)傳輸速度的提高、高速以太網(wǎng)的應(yīng)用以及工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)部件推出，使影響以太網(wǎng)進(jìn)入工控領(lǐng)域確實(shí)定性問(wèn)題和可靠性問(wèn)題逐漸得到解決。以太網(wǎng)將能逐步勝任那些目前由工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)承當(dāng)?shù)目刂迫蝿?wù)，基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制系統(tǒng)將會(huì)更多地出現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中，成為一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)、實(shí)用的企業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)方案。工業(yè)以太網(wǎng)是基于以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于工廠的控制級(jí)通信，以實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間，PLC與PC機(jī)之間的通信?，F(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)的互連為了解決現(xiàn)場(chǎng)總線面臨著標(biāo)準(zhǔn)繁多、難以與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)集成等諸多問(wèn)題，于是就出現(xiàn)了把自動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，集管理和控制為一體的系統(tǒng)。一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)常采用兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。底層用現(xiàn)場(chǎng)總線以便控制裝置盡可能靠近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，上層采用工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的集中管理和分散控制，這種將兩層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到自動(dòng)化系統(tǒng)的方法，實(shí)現(xiàn)信息的完全共享，極大的提高了對(duì)復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能，提高了系統(tǒng)的利用率。工業(yè)控制領(lǐng)域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以防止，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)展主流之外，從而使現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和其它網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互相促進(jìn)、共同開(kāi)展，并保證技術(shù)上的可持續(xù)開(kāi)展在技術(shù)升級(jí)方面無(wú)需單獨(dú)的研究投入。其互連模型如圖7所示：圖7現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)方法本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線采用PROFIBUS-DP總線。PROFIBUS-DP一般用于車(chē)間設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)通信，主站〔PLC或IPC等〕通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-DP專(zhuān)用電纜與分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備〔遠(yuǎn)程I/O，驅(qū)動(dòng)器，閥門(mén)，智能傳感器等〕進(jìn)行通信，對(duì)整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制。DP采用雙絞線或光纜作為傳輸介質(zhì)，傳輸速率從到12Mbit/s。S7-200PLC可以通過(guò)EM277PROFIBUS-DP通信模塊連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中。同時(shí)本系統(tǒng)中采用CP243-1以太網(wǎng)通信模塊將S7-200PLC連接到工業(yè)以太網(wǎng)中。借助于CP243-1，S7-200可以用于遠(yuǎn)程組態(tài)，編程和診斷。4系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件連接系統(tǒng)的硬件連接見(jiàn)附錄1。主電路主電路中MA1，MA2為對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)，交流接觸器QA4、QA6分別控制MA1、MA2的工頻運(yùn)行；交流接觸器QA3、QA5分別控制MA1、MA2的變頻運(yùn)行；QA1為主電路電源的隔離開(kāi)關(guān)；FA為主電路的熔斷器；BB1、BB2為電機(jī)MA1、MA2的熱繼電器。圖8主電路圖控制電路的設(shè)計(jì)在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路的控制電路局部，利用PLC進(jìn)行控制，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省大量的繼電器、實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯控制以及進(jìn)行模擬量控制等功能?？刂葡到y(tǒng)采用SiemensS7-200系列CPU226，同時(shí)外部擴(kuò)展EM235和EM231模塊。本控制系統(tǒng)接線圖如下列圖9所示。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)手開(kāi)工頻、自動(dòng)變頻和手動(dòng)變頻運(yùn)行的切換，其中手動(dòng)變頻是指使用變頻器控制面板手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行。在風(fēng)機(jī)自動(dòng)變頻運(yùn)行時(shí)，是利用采集到的風(fēng)壓信號(hào)進(jìn)行通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制。其中按鈕SF0控制風(fēng)機(jī)的自動(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕SB1控制風(fēng)機(jī)的手動(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕SF2控制風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行；按鈕SF3控制風(fēng)機(jī)的停止；按鈕SF4為報(bào)警燈鈴的調(diào)試按鈕；SF5為消鈴按鈕；PG1、PG3分別為MA1、MA2變頻運(yùn)行指示燈；PG2、PG4分別為MA1、MA2工頻運(yùn)行的指示燈；PG5為變頻器故障報(bào)警指示燈；PG6為1#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈；PG7為2#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈；PG8為井巷壓力下限指示燈；PG9為1#電機(jī)溫度上限指示燈；PG10為2#電機(jī)溫度上限指示燈；PB為報(bào)警電鈴。圖9控制電路系統(tǒng)的I/O地址分配如下表所示：名稱代碼地址編碼輸入信號(hào)自動(dòng)變頻按鈕SF0手動(dòng)變頻按鈕SF1工頻運(yùn)行切換按鈕SF2停止運(yùn)行按鈕SF3變頻器1故障輸入1RL1變頻器2故障輸入2RL1試燈鈴按鈕SF4消鈴按鈕SF5振動(dòng)變送器輸入TFAIW0負(fù)壓傳感器輸入BP1AIW2壓力傳感器輸入BP2AIW41#電機(jī)定子溫度輸入BT1AIW61#電機(jī)軸承溫度輸入BT2AIW82#電機(jī)定子溫度輸入BT3AIW102#電機(jī)軸承溫度輸入BT4AIW12名稱代碼地址編碼輸出信號(hào)1#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行接觸器指示燈QA3，PG11#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行接觸器指示燈QA4，PG22#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行接觸器指示燈QA5，PG32#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行接觸器指示燈QA6，PG4變頻器1啟動(dòng)1DIN1變頻器1故障復(fù)位1DIN3變頻器2啟動(dòng)2DIN1變頻器2故障故障復(fù)位2DIN3變頻器故障信號(hào)燈PG51#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈PG62#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈PG8井巷壓力下限指示燈PG81#電機(jī)溫度上限指示燈PG92#電機(jī)溫度上限指示燈PG10報(bào)警電鈴PB風(fēng)壓模擬量輸出---AQW0表1I/O地址分配4.4器件的選型LC的選型在進(jìn)行PLC型號(hào)的選擇時(shí)，要考慮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，選擇低檔機(jī)、中檔機(jī)還是高檔機(jī)。另外，還要考慮IO點(diǎn)數(shù)的要求，一般在確定控制系統(tǒng)的IO點(diǎn)數(shù)后，還要留有15%一20%備選IO點(diǎn)數(shù)。同時(shí)，還要考慮PLC的存儲(chǔ)容量，還要留有30%一50%的裕量。最后還要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，考慮是否要選擇模擬量輸入/輸出模塊和特殊功能模塊。CPU226具有24輸入/16輸出，共40個(gè)數(shù)字量IO點(diǎn)；有2個(gè)RS485通信/編程接口；有PID控制器，具有PID自整定的功能；也有PPI/MPI和自由方式通信的能力。更大的存儲(chǔ)空間，更強(qiáng)的擴(kuò)展能力及更快的運(yùn)行速度和強(qiáng)大的內(nèi)部集成特殊功能，使其可以滿足復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)的要求。在本設(shè)計(jì)中共有8輸入/11輸出，7點(diǎn)模擬量輸入和1點(diǎn)模擬量輸出。綜合上述條件，本系統(tǒng)選用Siemen公司S7-200系列CPU226的PLC。另外選用EM235模塊和EM231模塊。EM235模塊有4點(diǎn)模擬量輸入，1點(diǎn)模擬量輸出。EM231有4點(diǎn)模擬量輸入。同時(shí)由于本系統(tǒng)要求100～230VAC電源，DC24V輸入，繼電器輸出，選擇CPU226中ES7216-2BD23-0XB0型號(hào)。CPU系統(tǒng)配置具體如下：功能型號(hào)數(shù)量主控單元CPU226AC/DC/RELAY1模擬量擴(kuò)展EM2354AI/1DOEM2314AI11通訊模塊擴(kuò)展以太網(wǎng)CP243-1EM22711表2CPU單元選型變頻器的選型1.變頻器的容量選擇風(fēng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí),其阻轉(zhuǎn)矩一般不會(huì)發(fā)生變化,只要轉(zhuǎn)速不超過(guò)額定值,電動(dòng)機(jī)也不會(huì)過(guò)載,一般變頻器在出廠標(biāo)注的額定容量都具有一定的余量平安系數(shù),所以選擇變頻器容量與所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量相同即可。假設(shè)考慮更大的余量,也可以選擇比電動(dòng)機(jī)容量大一個(gè)級(jí)別的變頻器,但價(jià)格要高出不少2.變頻器的運(yùn)行控制方式選擇風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制后,操作人員可以通過(guò)調(diào)節(jié)安裝在工作臺(tái)上的按鈕或電位器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,操作十分簡(jiǎn)易方便。變頻器的運(yùn)行控制方式選擇，可依據(jù)風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，阻轉(zhuǎn)矩很小，不存在低頻時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載的問(wèn)題，故采用V/F〔恒壓頻比〕控制方式即可。并且，從節(jié)能的角度考慮，V/F控制方式是最低的。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載在一定的速度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣或液體所產(chǎn)生的阻力大致與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方的變化而變化，這類(lèi)負(fù)載稱為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。根據(jù)變頻器的選擇原那么，該系統(tǒng)中選用的是兩臺(tái)型號(hào)為SiemensMM430風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專(zhuān)用變頻器。使用V/F控制方式的變頻器來(lái)控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。MicroMaster430是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專(zhuān)家，功率范圍至250kW。它按照專(zhuān)用要求設(shè)計(jì)，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)〔BiCo〕技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性?？刂栖浖梢詫?shí)現(xiàn)專(zhuān)用功能：多泵切換、手動(dòng)/自動(dòng)切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測(cè)、節(jié)能運(yùn)行方式等。本系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的功率為2×4Kw，因此可以選擇同樣功率的變頻器。變頻器與PLC的連接圖10變頻器與PLC的連接圖10中變頻器的故障信號(hào)輸出接PLC的端口，PLC的輸出端口與接變頻器的數(shù)字輸入端DIN1和DIN3，用于變頻器啟動(dòng)和停止控制。壓力傳感器采集的信號(hào)經(jīng)PLC處理后，由EM235模塊的3口和5口輸出，連接MM430變頻器的AIN+和AIN-端口，進(jìn)而控制兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行。風(fēng)量的控制算法變頻器輸入值計(jì)算上面提到：當(dāng)通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速有以下比例關(guān)系：Q1/P1/N1/式中：n1、n2—通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，P1、P2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，N1、N2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，在穩(wěn)定工作區(qū)的出氣靜壓為一，風(fēng)機(jī)管道的出氣風(fēng)量為m3/s假設(shè)某煤礦一井下掘進(jìn)工作面需要19人工作，根據(jù)《煤炭平安規(guī)程》規(guī)定每人每分鐘需要的風(fēng)量應(yīng)不少于m3/s，如設(shè)定為5m3/s，可計(jì)算出要求風(fēng)機(jī)管道的出氣風(fēng)量為m3/s。令n1=2900r/min，Q1m3/s，f1=50Hz，Q2m3/s，根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，可求出掘進(jìn)巷道開(kāi)始掘進(jìn)時(shí)，風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的起始速度n2=(Q2/Q1)×n1當(dāng)巷道中的管網(wǎng)阻力增加時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量隨之減小，為了滿足所需風(fēng)量的要求，要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本系統(tǒng)采用根據(jù)風(fēng)機(jī)出氣風(fēng)壓的變化進(jìn)行風(fēng)量的控制。首先，用壓力傳感器采集風(fēng)機(jī)的出氣風(fēng)壓。然后，根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，把風(fēng)壓轉(zhuǎn)換到風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速卞的壓力。接著，根據(jù)風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的壓力一流量特性曲線方程，求出此風(fēng)壓下對(duì)應(yīng)的風(fēng)量大小。最后，再根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，求出風(fēng)量到達(dá)設(shè)定的m3/s時(shí)，風(fēng)機(jī)需要調(diào)整的轉(zhuǎn)速大小。由于變頻器0-10V的模擬輸入電壓對(duì)應(yīng)0-50Hz的輸出電壓頻率，而0~50Hz的電壓頻率又對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)0-2900r/min的轉(zhuǎn)速。根據(jù)此線性關(guān)系，可以求出風(fēng)機(jī)到達(dá)需要調(diào)整的轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻器需要的模擬輸入電壓值。其具體的理論算法如下列圖11圖11風(fēng)機(jī)及管網(wǎng)風(fēng)量-風(fēng)壓特性曲線風(fēng)機(jī)在剛開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力最小為R0，輸入電源電壓頻率為30Hz(變頻器設(shè)定)，其工作的工況點(diǎn)為0。由以上表4中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知此工況點(diǎn)的風(fēng)量Q0m3/s，風(fēng)壓P0，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n0=1744r/min。根據(jù)變頻器的輸出頻率與其輸入模擬電壓的線性關(guān)系，可知f0=30HZ時(shí)，對(duì)應(yīng)變頻器的模擬輸入電壓u0=30/50×。當(dāng)風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力由R0增加到R1，時(shí)，工況點(diǎn)由0到1(4-1)式中：P1，P3—工況點(diǎn)1、3時(shí)出氣風(fēng)壓，n1，n3—工況點(diǎn)1、3時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，f1，f3—工況點(diǎn)1、3時(shí)變頻器輸出電壓頻率，u1，u3—工況點(diǎn)1、3時(shí)變頻器輸入模擬電壓，(4-2)其中，工況點(diǎn)3為風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行是的工況點(diǎn)，n3=2900r/min，f3=50HZ，u3=10V，并且n1=n0，f1=f0根據(jù)風(fēng)機(jī)工頻的P-Q特性曲線方程把由式(4-2)求得的P3代入，可求得此壓力對(duì)應(yīng)的風(fēng)量Q3到設(shè)定的m3/sQ式中：Q2，Q3－工況點(diǎn)2、3時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，n2，n3－工況點(diǎn)2、3f2，f3－工況點(diǎn)2、3u2，u3－工況點(diǎn)2、3u(4-3)最后，把由(4-3)式求得的模擬輸入電壓值輸出給變頻器的模擬量控制端，便可使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到n2，使風(fēng)機(jī)的風(fēng)量到達(dá)設(shè)定的m3U-P和Q-P曲線的擬合在PLC程序中，變頻器模擬輸入電壓值是根據(jù)其與采集出氣風(fēng)壓(U一P)的擬合函數(shù)方程求得的。該擬合方程是根據(jù)以上所述算法，理論計(jì)算出不同出氣風(fēng)壓對(duì)應(yīng)的變頻器模擬輸入電壓值，然后對(duì)這些理論數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合求得的。工頻風(fēng)量的求解那么是由工頻風(fēng)量與采集壓力(Q一P)的擬合方程求得的。其擬合方程是把采集的不同出氣風(fēng)壓轉(zhuǎn)換到工頻風(fēng)壓，然后根據(jù)風(fēng)機(jī)工頻的壓力流量特性曲線方程求出所對(duì)應(yīng)的風(fēng)量值，對(duì)理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合求得的。5主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括PLC軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)兩局部。PLC軟件設(shè)計(jì)PLC軟件局部用STEP7-Micro/WIN編程。程序包括主控制程序、參數(shù)初始化子程序0、模擬量模塊檢查子程序1、電機(jī)軸承，定子溫度采樣求平均值子程序2、振動(dòng)傳感器采樣求平均值子程序3、風(fēng)壓采樣及模擬輸入電壓和風(fēng)量計(jì)算子程序4、變頻器模擬輸入電壓中斷程序0以及報(bào)警中斷程序。主控制程序流程圖12主程序流程圖主控制程序用來(lái)控制風(fēng)機(jī)的自動(dòng)變頻、手動(dòng)變頻和工頻運(yùn)行、子程序的調(diào)用和中斷時(shí)間的設(shè)置，以及實(shí)現(xiàn)電機(jī)溫度超限報(bào)警、變頻器和風(fēng)機(jī)故障報(bào)警、變頻器故障復(fù)位等功能。主控制程序的程序流程如圖12所示。PLC主控制程序在執(zhí)行時(shí)，先判斷風(fēng)機(jī)是否自動(dòng)變頻運(yùn)行。假設(shè)是，那么調(diào)用參數(shù)初始化子程序0和模塊連接檢查子程序1，如果EM235和EM231模塊連接有錯(cuò)誤，那么程序結(jié)束；如果檢查EM235和EM231模塊連接無(wú)錯(cuò)誤，那么調(diào)用子程序2、3、4采集電機(jī)定子軸承溫度，振動(dòng)參數(shù)和風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)壓力大小。然后根據(jù)設(shè)置的定時(shí)中斷時(shí)間，定時(shí)連接變頻器的模擬輸入電壓中斷程序0，再判斷變頻器是否有故障，電機(jī)溫度是否超限以及電機(jī)是否振動(dòng)異常。假設(shè)都不，那么把根據(jù)采集風(fēng)壓計(jì)算的模擬電壓值輸出給變頻器，進(jìn)行風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制；當(dāng)風(fēng)機(jī)不進(jìn)行自動(dòng)變頻運(yùn)行時(shí)，判斷其是否手動(dòng)變頻運(yùn)行。假設(shè)是，那么程序開(kāi)始執(zhí)行判斷頻器是否有故障；假設(shè)不是，那么風(fēng)機(jī)進(jìn)行工頻運(yùn)行。子程序0和1程序流程子程序0的作用是存放器中有關(guān)參數(shù)的初始化，包括溫度采樣平均值初始化、風(fēng)壓采樣平均值初始化、模擬電壓及風(fēng)量計(jì)算系數(shù)初始化、振動(dòng)參數(shù)采樣初始化等。當(dāng)主控制程序在開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，假設(shè)風(fēng)機(jī)處于自動(dòng)變頻運(yùn)行狀態(tài)，該程序即被調(diào)用一次。在調(diào)用子程序進(jìn)行信號(hào)采集前，要調(diào)用子程序1檢查該擴(kuò)展模塊EM235和EM231模塊是否存在，用戶電源是否有錯(cuò)。假設(shè)有錯(cuò)，那么控制系統(tǒng)的主程序立即結(jié)束；假設(shè)無(wú)錯(cuò)，那么進(jìn)行子程序2、3和4的調(diào)用。子程序0和子程序1的程序流程如圖13所示。圖13子程序0與子程序1流程圖子程序2和3程序流程子程序2和3的程序流程如圖14所示。子程序2用于采集電機(jī)定子和軸承溫度，然后把采集的數(shù)值進(jìn)行累加求平均值，作為一次采集值。本流程圖中以1#電機(jī)定子溫度采集為例，其它溫度采集與之類(lèi)似。而子程序3那么是用來(lái)采集軸承的振動(dòng)參數(shù)，然后把采集的數(shù)值累加求平均值，作為一次采集值。最后由PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括定子和軸承的溫度是否超標(biāo)，軸承振動(dòng)是否異常，進(jìn)而判斷是否報(bào)警或進(jìn)行斷電處理。圖14子程序2與子程序3流程圖子程序4程序流程子程序4用來(lái)從壓力傳感器中采集風(fēng)壓信號(hào)，并把每次采集的數(shù)值進(jìn)行累加，次數(shù)到達(dá)1000次時(shí)，求其平均數(shù)值，作為一次采集的出氣壓力值。由于PLC采集的電壓值為0-32000之間的數(shù)字量，需要根據(jù)傳感器采集的壓力值與輸出電壓的線性關(guān)系，把PLC采集的數(shù)值轉(zhuǎn)換成實(shí)際的風(fēng)壓值。然后，根據(jù)風(fēng)量到達(dá)m3/s時(shí)變頻器需要的模擬輸入電壓值與出氣風(fēng)壓的擬合方程，求出此風(fēng)壓對(duì)應(yīng)的模擬輸入電壓值。同時(shí)，根據(jù)采集風(fēng)壓轉(zhuǎn)換到工頻風(fēng)壓所對(duì)應(yīng)的風(fēng)量與采集風(fēng)壓的擬合方程，求出此風(fēng)壓對(duì)應(yīng)的風(fēng)量。其程序的流程如圖15圖15子程序4流程圖中斷子程序滿足風(fēng)量要求的模擬輸入電壓值為子程序4中計(jì)算的模擬電壓值，把計(jì)算所得的模擬電壓值轉(zhuǎn)換成0-32000之間的數(shù)字量，送給PLC模擬量模塊的輸出端AIWO，輸出給變頻器的模擬量控制端子，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。中斷子程序流程圖略。組態(tài)軟件設(shè)計(jì)組態(tài)軟件選用北京亞控公司的。組態(tài)王是一個(gè)具有豐富功能HMI/SCADA軟件，可用于工業(yè)自動(dòng)化的過(guò)程控制和管理監(jiān)控。組態(tài)王為系統(tǒng)工程師提供了集成、靈活、易用的開(kāi)發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，能夠快速建立、測(cè)試和部署自動(dòng)化應(yīng)用，來(lái)連接、傳遞和記錄實(shí)時(shí)信息。用戶可以實(shí)時(shí)查看和控制工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。組態(tài)王還提供了一套全新的、集成的報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，用戶可以根據(jù)工程的需要任意改變報(bào)表的外觀。組態(tài)王的WEB畫(huà)面采用分組式發(fā)布、網(wǎng)站式瀏覽的形式，設(shè)計(jì)者和操作人員無(wú)需做更多的事情。WEB發(fā)布的平安管理分為兩級(jí)：普通用戶只能瀏覽畫(huà)面，不能修改數(shù)據(jù)；高級(jí)用戶(調(diào)度中心、廠長(zhǎng)辦公室)那么可以看到所有發(fā)布的畫(huà)面，而且可以讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)和操作原畫(huà)面中的有權(quán)限設(shè)置的圖素等。組態(tài)軟件在系統(tǒng)中的主要功能是：模擬運(yùn)行畫(huà)面，提供良好的人機(jī)界面，接收從PLC傳送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在畫(huà)面上顯示，按需求記錄實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，記錄報(bào)警事件，包括報(bào)警量、報(bào)警值、報(bào)警時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間和操作人員等。操作人員可以在此人機(jī)界面上直接發(fā)出風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)、啟停風(fēng)機(jī)和正反轉(zhuǎn)的命令，PLC接收到從組態(tài)軟件傳出的命令后，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行命令。PLC接收操作完成的信號(hào)并傳送給組態(tài)軟件顯示。操作界面組態(tài)王軟件開(kāi)始需要新建工程，然后建立“礦井主風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)〞和“PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)〞兩個(gè)界面。運(yùn)用組態(tài)王自帶的圖庫(kù)搭建界面圖形。煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面如圖16所示。主界面實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)控功能，通過(guò)PLC與上位工控機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的無(wú)人值守。主界面中包含風(fēng)機(jī)各種參數(shù)如風(fēng)量，風(fēng)壓，負(fù)壓，電機(jī)定子溫度，軸承溫度，振動(dòng)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，以及電機(jī)的三相電壓，電流，功率等。同時(shí)含有趨勢(shì)曲線，報(bào)警窗口，報(bào)表查詢等選項(xiàng)。圖16煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面5.2.3PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面圖17PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面變頻調(diào)速主界面中包含電機(jī)的啟動(dòng)，停止按鈕，以及電機(jī)的變頻/工頻運(yùn)行按鈕，故障復(fù)位，報(bào)警解除按鈕以及對(duì)應(yīng)的指示燈。用以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程變頻調(diào)控和故障報(bào)警等功能。結(jié)論本論文通過(guò)下位機(jī)與上位機(jī)的組合，完成了礦井通風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房的無(wú)人值守。同時(shí)，本文引入變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速，不僅節(jié)省電能，提