【正文】 ................................25 PLC 控制 系統程序設計 ..................................................................................................26 各功能模塊的程序設計 ...................................................................................................26 風量檢測與控制算法 .......................................................................................................29 程序中部分梯形圖與參數設置說明 ...............................................................................29 本章小結 ...............................................................................................................31 5 全文總結 及 展望 ......................................................................................................32 參 考 文 獻 ..................................................................................................................33附錄 ................................................................................................................................................34 附錄Ⅰ PLC程序 STL語言 .....................................................................................................34 附錄Ⅱ PLC 程序梯形圖 .........................................................................................................36 附錄Ⅲ 礦井主通風機變頻節(jié)能系統 PLC 電氣控制柜原理圖 ....................................40 翻譯部分 ......................................................................................................................41 英文原文 ..................................................................................................................41 中文譯文 ..................................................................................................................45 致謝 ............................................................................................................................................... .53 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計 第 1 頁 1 緒論 課題研究的背景及其發(fā)展意義 煤炭是中國主要的工業(yè)生產原料和化工能源，對中國的經濟發(fā)展起著極其重要的作用，在當今的工業(yè)發(fā)展中越來越離不開煤炭的支持。在中國煤炭的發(fā)展歷史上巨大的人員傷亡是其發(fā)展的代價，因此現在越來越重視煤炭的安全生產。據統計大多數煤炭安全事故大多數誘因為礦井通風系統的不完善和不合理。在整個煤礦的運作中以通風系統為核心，通風系統中最為重要的當屬主通風機，因此使礦井 主 通風機合理并且安全高效的運行顯得很必要。 礦井通風機按照氣體的流動方向的不同可以分為離 心式通風機和軸流式通風機，現在煤礦上使用較多的是軸流式通風機。軸流式通風機具有結構簡單，穩(wěn)固可靠，噪聲低，運行效率高的特點。 目前很多煤礦的礦井主通風機仍然采用傳統繼電器控制的方法，風機的啟動和停止不能脫離工作人員的操作，自動化水平較為落后。通風機采取直接啟動會對電網有很大的沖擊，而采取軟啟動的方法來對電機進行啟動可以減小電網沖擊而且減少電能的浪費，通過變頻器可以實現對電機的軟啟動控制。對于風量的控制，傳統的方式是通過改變通風管網風阻力來進行通風量的調節(jié)。例如要減少通風量需要增加管網風阻力，因此需要縮短通風 橡膠管的直徑，調節(jié)風門大小，以及通風機葉片的安裝角度來增加管網風阻力，這樣的做法雖然在一定程度上可以達到效果，但是風機恒速恒功率運行，會造成不必要的電能浪費，相關原理會在下面的內容解釋說明，同時也不能夠實時對風量進行調節(jié)，不具有實效性。然而隨著 PLC 在工業(yè)技術上的發(fā)展，以及變頻控制技術的進一步成熟，為通風機風量的實時調節(jié)，節(jié)能方法提供了一定的技術支持。通過壓力傳感器來實時傳輸通風管網的壓力信號給 PLC，通過一定的程序設計可以實現 PLC 控制變頻器改變電源頻率從而改變風機轉速進而改變通風量是本論文設計的理念，從 而達到通風機高效穩(wěn)定的節(jié)能運行。實現節(jié)能的運行，自動化運行，符合當今工業(yè) 的提議，有利于進一步發(fā)展我國的工業(yè)水平，因此對通風機的變頻節(jié)能控制很有前景以及發(fā)展意義。 可編程控制器控制技術在礦井通風機上的應用 可編程控制器（ Programmable Logical Controller）即簡稱 PLC，是一種數字運算操作的電子系統，專為工業(yè)環(huán)境設計，它綜合了計算機技術，計算機控制技術，半導體技術，數字和計算機網絡通信技術。 PLC 的定位本身就是應該直接應用于工業(yè)環(huán)境，因為它具有其它控制器所步具有的特點，主 要包括： ⑴ 減少外部干擾 ， 可靠穩(wěn)定 微電子技術 被應用到 PLC 中 ，無觸點的電子存儲器件完成 了 大量的開關動作，因此 PLC 為核心的 控制系統可靠 穩(wěn)定 ，在幾萬小時以上 的工作時間內 PLC一般無故障運行 ，這是其他的控制系統不 具有的特性 。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計 第 2 頁 ⑵ 結構簡單的控制系統 ， 較強的通用性 絕大多數情況下 ，一個控制系統 可以通過 一個 PLC 主機就能組成。 擴展模塊可以實現擴展， 同一個 PLC 裝置用于不同的控制對象是輸入 /輸出 組件和編程環(huán)境和組態(tài)軟件有區(qū)別 。所以說 PLC 具有很強的通用性。 ⑶ 編程方便，易于實用 其編程語言采用與傳統控制系統中電氣原理圖類似的梯形圖語言，這種語言形象直觀，容易 被工作人員接受 ， 不需要專業(yè)的編程語言知識，短時間內可以掌握并應用到工作中。 ⑷ 功能強大，成本低 現在所有工業(yè)控制 功能需求基本能被 PLC 所 滿足。 PLC 控制系統可以完成單機控制系統，批量控制系統，復雜的邏輯控制，模擬量控制，以及組成通信網絡，進行數據處理和管理等任務。如今的現場總線控制同樣有 PLC 的身影。同時 PLC 本身具有 抗干擾設 計，因此和其它系統相比，其成本較低。 ⑸ 設計、施工、調試的周期短 PLC 的硬軟件產品齊全，設計控制系統時僅需按性能、容量等選用組裝，因此可大大縮短了設計周期，使得設計和施工可同時進行。因為 PLC 是通過程序來 工作 的， 在編程環(huán)境調試較為方便。 ⑹ 維護方便 PLC 的輸入 /輸出端子，可直接反映信號在工作現場的狀態(tài)，工作人員可以在編程工具中觀察控制系統的狀態(tài)，很大程度上方便了維修人員查找故障，從而縮短系統維護時間。 PLC 的以上特點使其在國內外廣泛應用在各種 鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、制藥、電力、機械制造等領域。一般來說 PLC 實現的控制功能包括以下幾個方面： ⑴ 順序控制 ⑵ 過程控制 ⑶ 模擬量控制 ⑷ 數據處理 ⑸ 通信和網絡連接 PLC 在礦井通風系統上的應用也主要是以上的控制功能。使用可編程控制器的順序控制可以實現多臺通風機的切換啟動，以及風機切換工頻運行和變頻運行模式；使用 PID 控制可以對通風機的風壓風量進行閉 環(huán)調節(jié)使井下的空氣符合安全生產的要求；使用模擬量控制可以實現通過傳感器采集的風壓信號經過相應 A/D 轉換模塊轉換成數字量，在 PLC 中可以通過編程來對數字量進行邏輯運算，也可以采用相應的算法運算，對于運算出的數字量結果可以通過 D/A 轉換模塊轉換成模擬量，通過輸出的模擬量來控制外部設備，如變頻器。對于 PLC的通信和網絡連接功能，可以通過計算機網絡技術實現工業(yè)以太網的通信，通過不同的協議，例如 PPI 協議、 Profibus 協議 ...可以實現 PLC 與計算機， PLC 與變中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計 第 3 頁 頻器等智能設備的通訊，因此可以建立一個監(jiān)測系統來試實 監(jiān)測通風機的運行狀態(tài)。目前可編程控制器控制技術在礦井通風機上已得到大力的發(fā)展和重視，隨著工業(yè) 時代的到來，這方面的技術會更加成熟和完善。 變頻調速技術的應用 隨著計算機控制技術和電力電子技術的發(fā)展，變頻調速技術逐步應用到工業(yè)生產制造中，并且這項技術也顯示出了它的節(jié)能優(yōu)勢。變頻器的誕生使得這項技術的應用更加成熟，變頻器是基于上述的變頻原理，采用交直交電源變換技術，電力電子，計算機控制等技術實現的電氣設備。變頻器現今主要用于水泵，風機，空調，電梯等設備，它可以根據電機的不同負載實現節(jié)能，提高生產效率和 產品質量實現自動化，增加設備的使用壽命。通風機是煤礦電氣設備中耗電量最大的設備之一，利用變頻器使得通風機節(jié)能運行就顯得十分重要，根據生產要求實時調節(jié)轉速進而調節(jié)通風量，降低能源的損耗。變頻器之所以被廣泛應用在煤礦通風系統中是因為其具有以下特點： ⑴ 可以實現風機的無極平滑調速，實時滿足礦井的通風量要求，提高通風機運行效率，變頻節(jié)能效果明顯。 ⑵ 可以控制通風機的啟動電流，采用 V/F 或者矢量控制方式，使風機的啟動電流充分降低，因此電機的使用壽命就得到延長 。 ⑶ 降低電力線路的電壓波動，防止同一電路網絡中的其他電氣備受到影響 ⑷ 變頻器自身的保護設施齊全，其使用壽命較長 ⑸ 受控的停止方式，減少電機沖擊，整個系統更加可靠。 基于以上方面，變頻器在煤礦通風系統上的應用逐步完善。隨著各項技術的發(fā)展，變頻器的空間前景大為樂觀。 本論文研究的主要內容 通過熟悉礦井 主 通風機的工作原理及其管理要求，本論文以對旋軸流式通風機為研究對象，由可編程控制器控制變頻器進而驅動通風機實現變頻運 行，對風量進行調節(jié)，滿足安全生產的空氣要求。具體來說本設計分為以下幾個過程： ⑴ 礦井主通風機變頻節(jié)能調速系統的設計：通過礦井通風機的原理來進行合理的設計，系統所能實現的功能包括手動切換風機工頻運行與風機變頻運行，手動切換主風機和備用備用風機運行，風機自動變頻節(jié)能運行，變頻器故障報警，變頻器故障復位。通過壓力傳感器采集來的風壓信號，經過一定的算法編程使PLC 控制變頻器變頻從而驅動通風機變頻運行在其特性曲線的高效運行點實現節(jié)能工作。 ⑵ 控制系統部分的硬 件設計：首先由完成所需電氣器件 PLC，變頻器，傳感器的選型，接著根據系統需要實現的功能來進行 PLC 和變頻器 輸入輸出點的分配，完成輸入輸出的地址分配之后便是對電氣原理圖的設計與繪制，以實現實際應用中電氣接線的工作。 ⑶ 控制系統軟件部分的設計：由已經分配好的 PLC 輸入輸出點地址，根據中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計 第 4 頁 所要實現的功能。通過 西門子 STEP7Micro/ 編程軟來分模塊進行 編 程，包括采集風壓子程序，初始化子程序，中斷子程序，風機運行子程序。在變頻運行部分的程序需要進行一定的曲線擬合出 UP 方程 ，這其中需要一定的算法 原理 ，來實現實時變頻。 本章小結 本章首先闡述了本畢業(yè)設計課題的研究背景及其發(fā)展意義，之后通過闡述PLC 的功能特點和其主要控制功能來簡單說明了其在礦井通風機系統上的應用；接著闡述了變頻調速技術的發(fā)展以及變頻器的特點；最后簡單闡述了本設計論文的內容和方法。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計