【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于 plc的礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院 系： 電子工程系 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 摘 要 煤礦的安全生產(chǎn)中，礦井通 風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用，它是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而礦井通風(fēng)機(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)控制兩部分。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發(fā)的 組態(tài)軟件編寫人機(jī)界面，將風(fēng)機(jī)工作流程以直觀的畫面顯示出來(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，主要比較了風(fēng)門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)，顯示出了變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅能使風(fēng)機(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。 目錄 I 目錄 1 緒論 .................................................................... 1 選題的背景和意義 .................................................... 1 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究狀況 .......................................... 1 礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控的展望 ...................................... 2 本論文的主要工作和安排 .............................................. 3 2 系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能 ................................................... 4 礦井主扇風(fēng)機(jī) ........................................................ 4 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 .................................................. 6 風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法 .................................................. 7 可編程控制器的應(yīng)用 .................................................. 7 PLC 概述 ........................................................ 7 PLC 的基本構(gòu)成 .................................................. 8 PLC 的工作原理 .................................................. 9 風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測(cè) ...................................................... 9 風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測(cè) ........................................... 10 振動(dòng)參數(shù)的檢測(cè) ................................................. 10 電氣參數(shù)的檢測(cè) ................................................. 12 電機(jī)軸承和定子溫度檢測(cè) ......................................... 12 開關(guān)量檢測(cè) ..................................................... 13 變頻調(diào)速 ........................................................... 13 變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用概述 ........................... 13 變頻調(diào)速的基本原理 ............................................. 14 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析 ........................................... 15 變頻器的結(jié)構(gòu) ................................................... 16 PLC 控制變頻器的方式 ........................................... 17 3 通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) ........................................................ 19 風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) ....................................... 19 基于現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng) ................................. 19 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù) ................................... 19 目錄 II 現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)的互連 ......................................... 20 網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)方法 ............................................. 21 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................................................ 22 系統(tǒng)硬件連接 ....................................................... 22 主電路 ............................................................. 22 控制電路的設(shè)計(jì) ..................................................... 22 器件的選型 ......................................................... 25 的選型 ...................................................... 25 變頻器的選型 ................................................... 25 變頻器與 PLC的連接 ................................................. 26 風(fēng)量的控制算法 ..................................................... 27 變頻器輸入值計(jì)算 ............................................... 27 UP和 QP 曲線的擬合 ........................................... 29 5主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................. 30 PLC 軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 30 子程序 0和 1程序流程 ........................................... 31 子程序 2和 3程序流程 ........................................... 32 子程序 4程序流程 ............................................... 33 中斷子程序 ..................................................... 34 組態(tài)軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 35 KINGVIEW 操作界面 ......................................... 35 煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面 ................................. 35 PLC 控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面 ................................... 36 結(jié)論 ..................................................................... 37 致謝 ..................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ................................................................. 39 附錄 ..................................................................... 40 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 1 緒論 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)和安全造成重大影響。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)的發(fā)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)的迅速發(fā)展，為滿足煤礦生產(chǎn)的上述要求提供了可能。本監(jiān)控系統(tǒng)就是在此背景下提出的。 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)的安全運(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)在這兩方面起步比較晚。風(fēng)量調(diào)節(jié)方法都比較落后，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)。目前大部分廠家只對(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)開始安裝了專用檢測(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)開始安裝了專用檢測(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有限公司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