【正文】 國內(nèi)在風(fēng)機(jī)的風(fēng)速調(diào)節(jié)和運(yùn)行效率方面起步比較晚，風(fēng)量調(diào)節(jié)方法比較落后，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。 4 2．基本內(nèi)容和技術(shù)方案： 圖 1 控制結(jié)構(gòu)圖 基本內(nèi)容： 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。 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。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 煤礦主通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備，通風(fēng)機(jī)能否正常工作，直接影響煤礦的生產(chǎn)活動(dòng)。 關(guān)鍵詞 ： 煤礦通風(fēng)機(jī)； PLC； 在線監(jiān)控 10 ABSTRACT Programmable Logic Controller is a kind of universal industrial control apparatus,which taking microprocessor as its core, integrating information technology,automation control technology,working munication technology. It is applied in more and more industry control fields with the characteristics such as easy application, easy maintenance, well reliability, high performanceprice ratio. Primary ventilators are the most important instruments of the working state can directly influence the coal producing processs. Therefore, online monitoring of the main fan there is of much significance. this paper introduced the application of Programmable Logic Controller (PLC) in the coal mine ventilation system 。 And briefly introduced the consisting of monitoring system , the system including PLC and other intelligent installments and the personal puter working, This system raised the automatic management level of the main fanner equipments， guaranteeing the economy of the main fanner equipments circulate credibility. For the management of the equipments and maintained, this system can provide dependable scientific warranty. Keywords: Coal mine ventilator。根據(jù)相關(guān)因素把礦井通風(fēng)系統(tǒng)劃分為不同類型。 礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。自然風(fēng)壓一般都比較小，且不穩(wěn)定，所以《 煤礦安全規(guī)程 》規(guī)定：每一礦井都必須采用機(jī)械通風(fēng)。 2．進(jìn)風(fēng)井口要有利于防洪，不受粉塵，有害氣體污染。 6．裝有皮帶機(jī)的井筒不得兼作回風(fēng)井。使生產(chǎn)不受大面積的受阻。但是現(xiàn)在仍有大量開 采多年的老礦系統(tǒng)極為復(fù)雜大量新井產(chǎn)能的高度集中造成了系統(tǒng)新的隱患礦井在日常生產(chǎn)中所遵從的分區(qū)通風(fēng)格局抗災(zāi)能力不足在強(qiáng)烈的擾動(dòng)面前有可能形成嚴(yán)重的風(fēng)流紊亂因而需要有預(yù)先的判斷和分析礦井主扇和通風(fēng)構(gòu)筑物作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分其參數(shù)選取、布局、可靠性等均對(duì)系統(tǒng)的合理運(yùn)行起著重要的作用 [1]。 煤礦安全規(guī)程對(duì)煤礦通風(fēng)有嚴(yán)格的要求和限制特別在高突礦井明確禁止使用串聯(lián)通風(fēng)。礦井通風(fēng)是一個(gè)古老的技術(shù)領(lǐng)域但對(duì)災(zāi)變條件下維持分區(qū)通風(fēng)的相關(guān)技術(shù)、特別對(duì)于瓦斯爆炸與通風(fēng)系統(tǒng)的相互作用缺乏必要的理論與實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí)也研究了瓦斯爆炸過程中壓力波、火焰與障礙物的相互作用。 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(shì)在必行。 本系統(tǒng)將 PLC 與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來，采用以礦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 中用 的離心 通風(fēng)機(jī)通風(fēng)高效、安全，達(dá)到了明顯的節(jié)能效果。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。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)滿足安全生產(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。 6 用 PROFIBUSDP 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。 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)壓大小通過變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無與倫比的優(yōu)點(diǎn)。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。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。 下圖是通風(fēng)系統(tǒng)原理框圖。其中還包括接觸器、中間繼電器、熱繼電器 、礦用防爆型磁力啟動(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 。 在手動(dòng)方式下 ， 通風(fēng)機(jī)通過開關(guān)進(jìn)行控制 ， 不受礦井內(nèi)氣壓的影響 。報(bào)警信號(hào)均為聲光形式 ， 聲報(bào)警 (電笛 )可用按鈕解除 ,報(bào)警指示在故障排除后自動(dòng)消失。 礦井主扇風(fēng)機(jī)的控制方案 礦井主扇風(fēng)機(jī)概述 地面主扇風(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。使電機(jī)始終處于無瓦斯空氣之中運(yùn)行，起到 17 了雙重隔爆效果。 葉輪的葉片安裝角度可以調(diào)整，其范圍為： 30 度、 33 度、 36 度、 39 度、 42 度五個(gè)角度級(jí)。 礦井主扇風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng)采用了室外箱式一體化結(jié)構(gòu)。 （ 2）變壓器：為了保證附屬設(shè)備的 可靠工作，安裝了兩臺(tái) 50kva，為低壓柜供電。 （ 5）換向柜：兩臺(tái)換向柜，由接觸器組成。 在 1987 年國際電工委員會(huì)（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義： PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller， 中文全稱為可編程邏輯控制器 ， 定義是 ： 一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體 ， 易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì) 。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， I/O 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 I/O 分為開關(guān)量輸入（ DI），開關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少。 電源輸入類型有 ： 交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 [4] （ 2） 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)生， PC 的功能越來越強(qiáng)大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴(kuò)展。在這時(shí)期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng) 。 [5] （ 2）國內(nèi) PLC 生產(chǎn)廠約 30 家，但沒有形成頗具 規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。煤礦礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涉及 10 個(gè)數(shù)字量輸入和 2 個(gè)模擬量輸入， 15 個(gè)數(shù)字量輸出。 表 PLC I/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 A風(fēng)機(jī) 1電機(jī)狀態(tài) 1 故障顯示 2 A風(fēng)機(jī) 2電機(jī)狀態(tài) 2 中高氣壓顯示 3 B風(fēng)機(jī) 1電機(jī)狀態(tài) 3 低氣壓顯 示 4 B風(fēng)機(jī) 2電機(jī)狀態(tài) 4 報(bào)警 5 A風(fēng)機(jī)控制開關(guān) 5 繼電器 KM1 6 B風(fēng)機(jī)控制開關(guān) 6 繼電器 KM2 7 消音開關(guān) 7 繼電器 KM3 8 自動(dòng)開關(guān) 8 繼電器 KM4 9 手動(dòng)開關(guān) 9 A風(fēng)機(jī) 1電機(jī)運(yùn)行顯示 10 停止按鈕 10 A風(fēng)機(jī) 2電機(jī)運(yùn)行顯示 11 氣壓信號(hào) 11 B風(fēng)機(jī) 1電機(jī)顯示 12 瓦斯信號(hào) 12 B風(fēng)機(jī) 2電機(jī)顯示 13 手動(dòng)狀態(tài)顯示 21 14 自動(dòng)狀態(tài)顯示 15 瓦斯?jié)舛戎? I/O 接線圖 圖 I/O 接線圖 變頻器 異步電動(dòng)機(jī)是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動(dòng)力設(shè)備。 由式 (1)可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在 0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。 確定變頻器容量的主要依據(jù)是輸出電流，其原則為：變頻器的輸出額定電流應(yīng)大于或等于電機(jī)的額定電流?；蛘?，也可從電機(jī)的輸出功率由下式計(jì)算 ??cos3UIP ? (2) 式中 ， P 為額定輸出功率（ KW）； U 為額定電壓（ KV）； I 為額定電流（ A）； η為電機(jī)效率； ?cos 為功率因數(shù)。由用戶程序?qū)崿F(xiàn) USS 協(xié)議與兩臺(tái) MM430 變頻器通信。啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)門 (也叫前導(dǎo)器 )，具 24 有啟動(dòng)功率較小，啟動(dòng)容易的特點(diǎn)。 G4 —73 系列通風(fēng)機(jī)的特性曲線較平緩，運(yùn)行噪聲較小，效率高，適用于通風(fēng)阻力不是太大的中小型礦井。 離心風(fēng)機(jī)廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風(fēng)、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風(fēng)和引風(fēng)；空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的冷卻和通風(fēng)；谷物的烘干和選送；風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進(jìn)等。 一般的高壓離心風(fēng)機(jī)，其主要的動(dòng)力設(shè)備是電動(dòng)機(jī)，此外還包括用來控制風(fēng)機(jī)風(fēng)閥位置的電動(dòng)或手動(dòng)執(zhí)行器、風(fēng)機(jī)閥門限位開關(guān)等部件。因氣體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)主要是在徑向平面內(nèi) [1]。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。 MICROMASTER 440 是泵和風(fēng)機(jī)類專用變頻器，擴(kuò)展功能強(qiáng) ． CPU224 集成了 14 點(diǎn)輸入 10 點(diǎn)輸出，共有 24 點(diǎn)數(shù)字量 I/0，其模擬量擴(kuò)展模塊具有較大的適應(yīng)性和靈活性，且安裝方便，滿足設(shè)計(jì)需要 [2]。 圖 系統(tǒng)主電路 26 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) （ 1）系統(tǒng)控制電路 如圖 所示， ～ 為 PLC 輸出軟繼電器觸點(diǎn)，其中 , , , 控制變頻運(yùn)行電路； 、 、 、 控制工頻運(yùn)行電路。 5 軟件設(shè)計(jì) 27 圖 系統(tǒng) 控制 總流 程圖 通風(fēng)系統(tǒng)的主要