【正文】 he design of the system includes the hardware required electrical schematic’s design selection and the introduction of the system. The third part of the design include the use of Siemens STEP7MICRO / PLC programming software to write programs, and air flow control algorithm is introduced. Keywords: main fan。據(jù)統(tǒng)計大多數(shù)煤炭安全事故大多數(shù)誘因為礦井通風系統(tǒng)的不完善和不合理。 目前很多煤礦的礦井主通風機仍然采用傳統(tǒng)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。然而隨著 PLC 在工業(yè)技術(shù)上的發(fā)展，以及變頻控制技術(shù)的進一步成熟，為通風機風量的實時調(diào)節(jié)，節(jié)能方法提供了一定的技術(shù)支持。 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(shù) 被應用到 PLC 中 ，無觸點的電子存儲器件完成 了 大量的開關(guān)動作，因此 PLC 為核心的 控制系統(tǒng)可靠 穩(wěn)定 ，在幾萬小時以上 的工作時間內(nèi) PLC一般無故障運行 ，這是其他的控制系統(tǒng)不 具有的特性 。 ⑶ 編程方便，易于實用 其編程語言采用與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)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(nèi)可以掌握并應用到工作中。同時 PLC 本身具有 抗干擾設(shè) 計，因此和其它系統(tǒng)相比，其成本較低。 PLC 的以上特點使其在國內(nèi)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(lǐng)域。目前可編程控制器控制技術(shù)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(shù)會更加成熟和完善。通風機是煤礦電氣設(shè)備中耗電量最大的設(shè)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(jù)生產(chǎn)要求實時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速進而調(diào)節(jié)通風量，降低能源的損耗。 基于以上方面，變頻器在煤礦通風系統(tǒng)上的應用逐步完善。通過壓力傳感器采集來的風壓信號，經(jīng)過一定的算法編程使PLC 控制變頻器變頻從而驅(qū)動通風機變頻運行在其特性曲線的高效運行點實現(xiàn)節(jié)能工作。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(xiàn)實時變頻。主通風機是煤礦生產(chǎn)中耗電最大的設(shè)備，所以對其選用必須考慮到安全、經(jīng)濟方面。對旋式軸流通風機的特點是在同等條件下對旋式軸流通風機產(chǎn)生的全風壓要高于普通的軸流式風機，因此經(jīng)濟效益更加好。每一 臺主通風機在額定轉(zhuǎn)速 和 一定的風量條件下，就 會 有一定的風壓、功率和效率 與之對應 。在 “駝峰 ”左面的區(qū)域是不穩(wěn)定工作區(qū)域，風 機 在此區(qū)域工作會導致其有較強的震蕩，產(chǎn)生噪音； N， H在此區(qū)域隨著風 量 Q 的變化 程度大 ， 此條件下 運行會對風機 造成損害 。 每一臺通風機的個體特性曲線都有所不同，我們可以通過特性曲線在一定轉(zhuǎn)速條件下，已知通風量 Q，可以求得功率 N，效率 η，風壓 H 來選擇適合風機工中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 作的工況點，選擇合適的工況點要考慮到經(jīng)濟方面和安全方面。下面在通風機的穩(wěn)定工作區(qū)域內(nèi)進行 HQ 曲線二次多項式的擬合。通過實驗測得通風機在穩(wěn)定區(qū)域 的特性曲線可以利用相關(guān)的數(shù)學軟件進行數(shù)據(jù)擬合分析，借助數(shù)學分析軟件MATLAB,采用最小二乘法可以求出擬合方程，進而求得 α， β， γ。 （ ） N1/N2=（ n1/n2） 179。 變頻調(diào)速原理及變頻器簡介 交流異步電機調(diào)速原理簡介 在如今的工業(yè)生產(chǎn)中交流電機 應用 越來越廣泛，交流電機的體積小，重量輕，運行穩(wěn)定等性能特點值得人們青睞。 s——交流異步電機的轉(zhuǎn)差率； p——交流異步電機的極對數(shù)。一般情況下電壓協(xié)調(diào)變頻控制分為基頻以下和基頻以上，基頻即電機的額定工作頻率。去改變 Eg 的值需要去改變定子電壓 U1，而這種近似的處理效果的原理需要用到下面的公式來說明 jx 1) I 1+( r 1+Eg=U1 () 式中： U1——定子電壓； r1——定子電阻； x1——定子漏電抗； I1——定子電流。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 變頻 器的簡介 通過提出了改變定子電源頻率的調(diào)速方法，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器這種電氣設(shè)備便問世了。交 交變頻器是將電網(wǎng)的工頻交流電轉(zhuǎn)換成另一種頻率的交流電，不經(jīng)過中間任何儲能環(huán)節(jié)。 變頻調(diào)速節(jié)能原理分析 通過以上章節(jié)中講述的礦井通風機相 關(guān)原理，交流異步電機變頻調(diào)速的原理，我們可以進行如何通過變頻調(diào)速原理來實現(xiàn)礦井通風機節(jié)能運行的理論分析。/s。但是礦井開采過程中，由于不斷進行生產(chǎn)量的擴大，礦井通風機的負載是不斷發(fā)生改變的，恒速調(diào)節(jié)風量的方式不足以滿足風量需求。 ① 號曲線對應主風機在 n1 轉(zhuǎn)速下的 QH 特性曲線， ② 號曲線對應主風機在 n2 轉(zhuǎn)速下的 QH 特性曲線，其中 n1n2。因為運行需要同時滿足 QH 特性曲線和風阻特性曲線，所以這時候主通風機的工作點應該為 ① 號與 ④ 號曲線的交點 C，在中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 工作點 C 的功率與矩形 CH1OQ2 的面積成正比。通過變頻調(diào)速的方式減小了通風量，相比傳統(tǒng)調(diào)節(jié)工作風阻的方式，通風機功率明顯減小，具有很明顯很徹底的節(jié)能效果。 本章小結(jié) 本章首先介紹了礦井通風機的初步知識，包括礦井通風機的分類，引出主通風機有對旋式軸流通風機和離心式通風機。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 3 礦井主通風機變頻節(jié)能系統(tǒng)方案及硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)的方案設(shè)計 礦井主通風機變頻節(jié)能系統(tǒng)的要求 通過前面的章節(jié)中關(guān)于礦井通風機，變頻調(diào)速原理的介紹，我們便可以運用原理來實際應用到礦井主通風機系統(tǒng)中，但是在應用之前我們要明確所設(shè)計的系統(tǒng)的要求具體有哪些。還應該具有一定的報警功能，與報警功能對應的復位功能。 ⑶ 主通風機變頻與工頻工作的 兩種工作狀態(tài)可以實 現(xiàn)， 由 人為 切換 來完成 。 ⑹ 當系統(tǒng)的變頻器發(fā)生故障的時候，可以通過報警鈴和報警燈提示工作人員發(fā)生了故障，并且對于發(fā)生的故障可以實現(xiàn)復位，消除故障，解除報警鈴和報警燈。然而怎樣控制變頻器去驅(qū)動主通風機運轉(zhuǎn)以及實現(xiàn)按鈕功能是設(shè) 計的關(guān)鍵。圖 為礦井主通風機控制系統(tǒng)的框圖 。完成系統(tǒng)的設(shè)計方案后便是對系統(tǒng)中電氣設(shè)備使用 與選型 ，在使用之前我們需要對電氣設(shè)備進行一定的了解。 本設(shè)計中選用 FBCDZ 系列中的對旋軸流式通風機，產(chǎn)自淄博風機廠，型號為 FBCDZYBFZ280M4,其配用電機額定轉(zhuǎn)速為 1480r/min,電機額定電壓為380V。葉輪的葉片安裝角的可調(diào)整，可根據(jù)生產(chǎn)的要求來調(diào)整葉片角度，這樣可以改變風阻特性曲線。 了解 S7200 的構(gòu)成與工作原理，有助于我們更好將其使用在系統(tǒng)中。常用的存儲器主要有兩種類型：一種是隨機存儲器 RAM；另一種是只讀存儲器 ROM,PROM,EPROM,EEPROM。 S7200 通過輸入單元進行接收外部工作信號，如開關(guān)開斷的信號，通過外部輸出單元可以驅(qū)動某些電氣設(shè)備，如接觸器，電燈，電磁閥等實現(xiàn)某些現(xiàn)場工作。在掃描過程中又分為三個階段：輸入采樣，程序執(zhí)行階段，輸出刷新階段。在最后的輸出刷新階段，元件寄存器中輸出繼電器的接通或者斷開集中輸出到外部端子從而帶動負載工作。第二代產(chǎn)品 CPU 模塊為 CPU 22X,下面有 CPU 221,CPU 222,CPU 224,CPU 226。 由 于本設(shè)計中的 I/O 點數(shù)不是很 多 ，因此可選用 CPU 224，不會造成 I/O 點數(shù)的浪費，更加經(jīng)濟。 10 個數(shù)字輸出點， ~,~,這些輸出點可以接接觸器，電磁閥等。其次在礦井主通風系統(tǒng)中有兩臺通風機，與之對應應有兩臺變頻器。 下面簡單介紹一下西門子 MM430 變頻器：采用 V/f控制方式，在主電路中由單相電源或者三相恒壓恒頻的交流電，經(jīng)過整流電路轉(zhuǎn)換成恒定的直流電，供給逆變電路。 MM430 變頻器的調(diào)試： MM430 變頻器設(shè)置值一般由廠家調(diào)好，如果不適用于用戶設(shè)備，用戶可以通過調(diào)整參數(shù)，來調(diào)整出適合自己的參數(shù)設(shè)置。通過設(shè)置參數(shù)可以實現(xiàn)很多功能，但是具體參數(shù)需要參照使用手冊。通過觀察圖我們可以發(fā)現(xiàn)在壓入式通風中，任意風流點的相對全壓為正。 大氣壓 風流A點：相對全壓為正 圖 壓入式通風示意圖 大氣壓風流B點： 相對全壓為負 圖 抽出式通風示意圖 正是由于通風管道內(nèi)部的相對全壓力為負壓，我們在傳感器選型的時候要選擇負壓傳感器。其主要參數(shù)如下表所示 表 KG3033 性能參數(shù)表 測量范圍 0～ 基本誤差 177。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 硬件電路設(shè)計 S7200 擴展模塊 EM235 介紹及使用方法 本設(shè)計中由于要對風壓的模擬量進行采樣，需要對系統(tǒng)進行擴展，西門子S7200 擴展模塊種類較多，考慮到本設(shè)計中只需采集一路的模擬量信號，輸出一路模擬信號，保證 I/O 點數(shù)最大程度上的使用以及方便，我們選用 EM235 模塊。RB,B+,B為第二路模擬量輸入的端子； RC,C+,C為第三路模擬量輸入的端子； RD,D+,D為第四路模擬量輸入的端子。在 EM235的模擬量輸入子中，暫時不用的端子需要短接掉。 S7200PLC 與 MM430 變頻器 I/O 口地址的分配 完成了主要 電氣設(shè)備的選型與使用方法過后，我們在繪制電氣原理圖之前需要將 S7200PLC 與 MM430 變頻器的 I/O 口地址的分配完成。在分配地 址之前我們將需要用到的端子圖做一下了解，如圖 所示 L1 L2 L3 19 20 9(ISO)U V W AIN1+ AIN1 DIN1 DIN3MM430 圖 MM430 端子圖簡圖 圖中 9 號端子為 24V DC 電源； 19， 20 端子分別為輸出繼電器，其輸出可以作為 PLC 的輸入信號。 在熟悉了需要用的端子后，并且查詢 MM430 參數(shù)設(shè)置表，現(xiàn)將 I/O 口地址分配如下表。報警功能可以用 報警 燈和 報警 鈴同時工作實現(xiàn)。 主電路控制部分接線說明：其中 L1,L2,L3 代表從變電站引過來的 50HZ 工頻交流電，線電壓為 380V。因此在設(shè)計控制電路的接線時需要將電機反轉(zhuǎn)控制設(shè)計到其中。 KM1,KM2,KM3,KM4 為交流接觸器，能夠通過實現(xiàn)電路的通斷來切換電機的不同工作狀態(tài)，由于是 PLC 輸出控制交流接觸器的通斷，可以在梯形圖編寫時實現(xiàn)彼此之間的互鎖。 KM4 控制通斷的電路是完成備用通風機工頻運行。 SB3 接入 ,其功能是開啟通風機工頻運行。 PLC 的輸出端部分別接了交流接觸器， KM1 接到 ,KM2 接到 ,KM3 接到 ,KM4 接 到 。 表 按鈕功能對照表 按鈕名稱 實現(xiàn)的功能 SB1 通風機停止 SB2 通風機自動變頻運行 SB3 通風機工頻運行 SB4 解除變頻器故障， 復位 SB5 啟動備用風機 以上就是整個礦井主通風機變頻節(jié)能系統(tǒng) PLC 電氣柜控制圖各個部分的 接線與功能說明，由于本設(shè)計不能夠進行實驗，仿真手段也缺乏，因此在實際應用中可能會有部分接線會由于現(xiàn)場條件和實際情況有所改變，但是總體的設(shè)計大體不變，可能是部分開關(guān)的改變，以及考慮到線路的節(jié)省。 EM235 模塊接線部分要注意輸入部分未使用的部分需要短接，在 A+和 A處接入負壓傳感器。 SB5 接入 ，功能是啟動備用通風機。 S7200 PLC 和 MM430 變頻器的接線說明： PLC 的輸入端通過開關(guān)按鈕來進行信號輸入，其中 SB1 接入 ,其功能是停止通風機運行。KM2 控制通斷的電路是完成備用通風機變頻運行。 QS3 的作用是實現(xiàn)主通風機反轉(zhuǎn)， QS4 的作用是實現(xiàn)備用通風機的反轉(zhuǎn)。 QS2 為給 PLC 供電的開關(guān)，可以切斷對 PLC 的供電?？偨Y(jié)了這些之后我們可以使用 AUTOCAD20xx 繪圖軟件進行電氣原理圖的繪制。為了實現(xiàn)主通風機的變頻與工頻工作，我們可以通過接線來改變其工作方式，用到的電氣器件為交流接 觸器。 DIN1,DIN3 分別為其數(shù)字量輸入信號， DIN1 可以作為控制電機啟停輸入端， DIN3 可以作為控制變頻器故障復位的輸入端。根據(jù) CPU224 的具體端子數(shù)量，將具體的 I/O 地址分配如下表 。因此我們可以根據(jù)已經(jīng)選型好的負壓傳感器的量程范圍來設(shè)置 EM235 的 DIP 開關(guān)。 L+,M 接工作電源，可以與 S7200 工作電源端子并聯(lián)。圖 為 EM235 的端子與接線圖。5～ 155Hz。綜