【正文】 參數監(jiān)控 礦井主要通風機裝置性能測試工作是復雜多變的，涉及主要通風機裝置進、出口空氣的溫度和濕度、大氣壓等氣象參數，風壓參數、流經主要通風機前后的風量，電氣參數，還有電動機和主要通風機的轉速及傳動效率等參數。 瓦斯?jié)舛瓤刂? 瓦 斯?jié)舛冉o定范圍及依據： 瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為 瓦斯爆炸界限 。 瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠趾蜏囟瓤刂撇糠窒嗨啤Ｈ艟锕ぷ髅嫱咚節(jié)舛壤^續(xù)增大，當 VD196 的存儲值大于設定的斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時， 閉合， PLC 將發(fā)出切斷電源的指令，將 PLC 所有輸出和內部位復位，并切斷風機電源各井巷工作面的電源，防止有明火引起與其爆炸。 圖 瓦斯?jié)舛瓤刂瞥绦? 壓力的監(jiān)測 （ 1）風壓給定及依據 在通風中所稱的風壓是指單位體積的空氣所具有的能量，按其類型可分為靜壓、動壓和全壓，其單位為 Pa。對單吸風口的離心式風機則應布置在控制閘門后兩倍葉輪。其計算公式為： hn＝ z1r1 z2r2 式中： hn—— 自然風壓，單位 Pa， Z1—— 礦井最高點至最低水平間的距離， Z2—— 出風階段的垂高， 29 r1 r2—— 表示進、回風流的平均重率， N/m3 主扇靜風壓計算： 容易時期：東翼通風容易時期主扇靜風壓； 西翼通風容易時期主扇靜風壓； 困難時期：東翼通風困難時期主扇靜風壓； 西翼通風困難時期主扇靜風壓； （ 2）風壓測定及控制 為求得主要通風機裝置的靜壓，應測出主要通風機進風端空氣的相對靜壓，其測定位置應 布置在工況調節(jié)裝置與主要通風機進風口之間直線段上，盡量選擇在接近主要通風機進風口而又風流穩(wěn)定處。抽放瓦斯后，當瓦斯?jié)舛?VD196 的存儲值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時，風機組并不能重新運行工作。在 離心 風機運行過程中若礦井工作面的瓦斯?jié)舛却笥谠O定 的報警瓦斯?jié)舛壬暇€時， 閉合， 也閉合，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報警。 當瓦斯?jié)舛鹊陀?5%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯?jié)舛葹?%時，其爆炸威力最大 (氧和 瓦 斯 完全反應 )；瓦斯?jié)舛仍?16%以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。 在距風壓測試點 20m 內的巷道內，用氣壓計測量絕對靜壓，用干、濕溫度計測量干、濕溫度。當 SA切在手動位時，通過 SB1～ SB4 按鈕分別起動 4 臺水泵工頻運行 ,SB5～ SB8 按鈕分別停止 4 臺離心風機工頻運行．當 SA 在自動位時，由 PLC 控制水泵進行變頻或工頻狀態(tài)的起動、切換、停止運行，實現了系統(tǒng)的自由切換和工作狀態(tài)的靈活選擇 [7]。合上空氣開關后，當交流接觸器 KM KM3, KMKM7 主觸點閉合時，電動機為工頻運行；當 KM KM KM KM8 主觸點閉合時，電動機為變頻運行。 25 4 通風系統(tǒng)硬件的設計 硬件電 路 本系統(tǒng)的硬件電路如下圖 所示，它由 4 臺電動機，一臺智能型電控柜（包括西門子變頻器、 PLC、交流接觸器、繼電器等），一套壓力傳感器、斷相相序保護裝置以及供電主回路等構成。 模數轉換模塊 模數轉換模塊分為 A/D 轉換模塊和 D/A 轉換模塊。離心通風機工作時，動力機 (主要是電動機 )驅動葉輪在蝸形機殼內旋轉，空氣經吸氣口從葉輪中心處吸入。離心風機可制成右旋和左旋兩種型式。但對初、后期風壓變化大的礦井，離心通風機的調節(jié)性能差?！?70176。 23 表 變頻器參數的設定 參數號 參數值 說明 Fr 13 固定頻率 1 P01 10 第一加速時間 設定 P02 10 第一 減 速時間 設定 P03 FF 頻率范圍 (v/f 方式 ) P05 20 DC提升水平 P08 1 變頻器起停正反轉控制方式 P15 200 電動機運行最大頻率 P16 50 電動機運行基本頻率 P18 2 多段速率加速連動運行 P32 170 固定頻率 2 P33 10 固定頻率 3 P34 23 固定頻率 4 P35 130 固定頻率 5 P39 5 第 二 加速時間設定 P40 5 第二減速時間設定 離心風機 我國礦井使用的離心式通風機主要就是 G4 —73 系列離心式通風機， G4 —73 系列離心式通風機最初是為鍋爐通風 (引風 ) 設計的，后來被引用到礦井通風中并擁有一定的市場占有量。系統(tǒng)采用總線式拓撲結構 ， 兩臺變頻器采用總線接插件連入總線。故應考慮選擇變頻器的額定電 流大于或等于電動機運行過程中的最大電流 [9]。它采用高性能的矢量控制技術 ， 提供低速高轉矩輸出和良好的動態(tài)特性 ， 同時具備超強的過載能力 ， 以滿足廣泛的應用場合。 變頻器主要采用交 — 直 — 交方式 ， 先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源 ， 然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。 近年來 ， 隨著變頻器生產技術的成熟以及變頻器應用范圍的日益廣泛 ， 使用變頻器對電動機電源進行技術改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。 20 傳感器作輸入信號 ， 如表 1 所示 。 PLC 外部 I/O 連接 根據系統(tǒng)的要求，選取 S7200 PLC CPU224 作為控制核心， CPU224 的 I/O 點數是 14 /10。 （ 6） 目前，世界上有 200 多廠家生產 300 多品種 PLC 產品，主要應 用在汽車（ 23%）、糧食加工（ %）、化學 /制藥（ %）、金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙（ %）等行業(yè)?，F在，仍常常將 PLC 簡稱 PC。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現的。 （ 3） 電源模塊 ： PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。 模擬量： 按信號類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit， 14bit， 16bit 等。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路 ，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài) ， 輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構成 ， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路 。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置 。 （ 6）箱變房：采用一體化設計，外觀整潔大方，按功能劃分為高壓配電室，低壓配電室，變壓器室， PLC 控制室。 （ 3）進線柜：包括兩臺進線柜，為風機系統(tǒng)的兩臺進線開關。 風機系統(tǒng)的主要設備： （ 1）高壓電機：高壓電機：每臺風機安裝有兩臺 6kv 高壓異步電動機，電機容量為 315kW。 該機配置了防止摩擦火花裝置，確保了整機安全防爆性能。與目前使用的局扇群相比，可節(jié)電六倍，與離心式風機相比可節(jié)電 40%。 本設計 配 套電機為 YB 系列的 YBFe 派生系列，隔爆型三相異步電機。 當礦井內的氣壓在一個大氣壓或在設定的某個大氣壓力數值以上 ， 工作 離心 通風機與備用 離心 通風機循環(huán)工作 ； 當出現突發(fā)事故 ， 礦井內的氣壓低于設定的某個大氣壓力數值 ， 工作 離心 通風機與備用離心 通風機不再循環(huán)工作 ， 并自動切換為同時工作 ， 加大對礦井內的通風量 ， 直至礦井內的氣壓升至設定的大氣壓力數值以上 ， 工作通風機與備用 離心 通風機恢復循環(huán)工作 。 A 組離心通風機與 B 組離心通風機可由二位開關轉換。 PLC 與空氣壓力變送器配合使用 ， 使系統(tǒng)控制的安全性 、 可靠性大大提高 ， 也使通風機運行的故障率大大降低 ，提高了設備的運轉率。 根據井下用風量的不同 ， 采用不同型號的風機 。當定子溫度或軸承溫度超過設定風機組轉換溫度界線時， PLC 將切斷指示和報警信號并自動切斷當前運行風機組，在自動方式下并能自動接入另一臺風機組運行 ， 若在手動方式下 ， 工作人員手動切換。 （ 3）在自動方式下 ， 當井下壓力低于設定壓力下限時 ， 兩組風機將 同時投入工作運行，同時并發(fā)出指示和報警信號。與常規(guī)繼電器實施的通風系統(tǒng)相比， PLC 系統(tǒng)具有故障率低 、 可靠 性高 、 接線簡單、維護方便等諸多優(yōu)點 ， PLC 的控制功能使通風系統(tǒng)的自動化程度大大提高 ， 減輕了崗位人員的勞動強度。并生成性能參數實時曲線和歷史趨勢 曲線，監(jiān)測數據歸檔、數據報表查詢及打印，以及 14 瓦斯?jié)舛?、風量、風壓等監(jiān)控量的趨勢曲線、超限報警和數據報表功能。 4 用工程制圖軟件繪制系統(tǒng)主電路圖和 PLC 及擴展模塊接線圖。具體地說，本論文的主要研究內容如下： 1 實現信號采集與實時監(jiān)測，包括風機的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、負壓、流量、軸承振動、軸承溫度、定子溫度、電壓、電流、功率、效率等。 PLC 控制系統(tǒng) 還 具有對驅動風機的電機過熱保護、故障報警、機械故障報警和瓦斯?jié)舛葦嚯姷裙δ芴攸c，為煤礦礦井通風系統(tǒng)的節(jié)能技術改造提供一條新途徑。那么主通風機就會 一直高速運行 ， 備用通風機停止 ， 不能輪休工作 ， 易使工作通風機產生故障，降低使用壽命 ，也會造成很大的能源浪費 。通過理論分析、數值模擬和實驗研究煤礦井下巷道條件對瓦斯爆炸及其沖擊波衰減的影響規(guī)律研究各種通風設施結構與爆轟波、沖擊波的相互作用研究各種通風設施結構在沖擊波載荷下的破壞過程和極限強度將能夠對礦井分區(qū)通風的抗災能力對礦井通風系統(tǒng)的合理性、可靠性及抗災能力予以定量的 評價和分級這些都是當前該研究領域的前沿課題。深入系統(tǒng)地研究煤礦井下瓦斯燃爆的物理機制及其災害效應對于正確評價分析煤礦預防瓦斯爆炸安全等級、科學地改進井下通風設施和巷道布置具有極其重要的學術價值和實際意義。在礦井災變條件下維持正常分區(qū)通風的能力是評價礦井通 風系統(tǒng)抗災能力的基本考慮因素。 我國煤礦的重、特大瓦斯事故所造成的井下人員大量傷 亡均源于通風系統(tǒng)抗災能力不足致使正常生產時的分區(qū)通風在瓦斯爆炸條件下受到破壞爆炸氣體進入了爆源以外的廣泛區(qū)域使其他通風分區(qū)乃至全礦井下的人員中毒死亡。 10．通風系統(tǒng)要有利用深水平或后期通風系統(tǒng)的發(fā)展變化 [6] 國內外研究狀況 礦井通風系統(tǒng)分析技術現狀煤礦通風系統(tǒng)是保障安全生產的基礎同時又受制于煤層地質條件及由此形成的礦山井巷系統(tǒng)的特點。 8．可以獨立通風的 礦井，采區(qū)應盡量獨立通風，不宜合并一個通風系統(tǒng) 。 4．總回風巷不得作為主要人行道。采用機械通風的礦井，自然風壓也是始終存在的， 而且也 并在各個時期內影響著礦井的通風工作 ， 在通風管理工作中應給予充分重 視。 礦井通風方法以風流獲得的動力來源不同，可分為自然通風和機械通風兩種。礦井通風方式有串聯通風和并連通風兩種。 Online monitoring 11 1 緒論 礦井通風系統(tǒng)簡介 礦井通風系統(tǒng)是 礦井通風 方式、通風方法和 通風網絡的總稱 ， 基本任務是：供給井下足夠的新鮮空氣，滿足人員對氧氣的需要 ， 沖淡井下有毒有害氣體和粉塵，保證安全生產 ， 調節(jié)井下氣候，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境 ，所以本設計主要是對通風系統(tǒng)內的風壓風量及瓦斯?jié)舛鹊目刂啤ncluded selection and configureation of hardware。本文針對通風機的工作環(huán)境和運行特點，以 PLC 為主控設備，介紹了可編程序控制器（ PLC）在煤礦通風系統(tǒng)中的應用；探討了通風機實現自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和設計；涉及硬件設備的選型與組態(tài)；編制了通風機實 現自動控制梯形圖；并簡要介紹了 PLC 與其他智能裝置及個人計算機聯網 ,組成的監(jiān)控系統(tǒng)。 本人簽名： 日期： 7 目 錄 摘 要 ? ???????????????? ??? ???????? ???????? ?? 1 Abstract ? ???????????????? ??? ???????????????? ? 2 1 緒論 .............................................................................. 8 礦井通風系統(tǒng)簡介 ............................................................... 11 國內外研究狀況 ................................................................. 11 課題的主要研究內容 ............................................................. 12 2 通風系統(tǒng)及主扇風機控制方案 ........................................................ 3 通風系統(tǒng)的