【正文】 合各方面考慮本設計中選用 KG3033 負壓傳感器，該種傳感器在市場上應用較多，性價比較高。一般的礦井通 風可以采取來兩種方式中的任意一種或者兩種方式共同實行，各具有一定的優(yōu)點。 圖 MM430 變頻器 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計 第 18 頁 負壓傳感器的選型 在礦井通風與安全課程中介紹過通風有兩種方式一種是壓入式通風另外一種是抽出式通風，兩種通風方式的不同會導致通風管道內部的相對全壓力有所不同。在MM430 變頻器的使用手冊中，有參數(shù)設置表，我們可以根據(jù)這些參數(shù)設置表中的具體功能來實現(xiàn)目的。 具有數(shù)字量輸入 6 個，模擬量輸入 2 個，模擬量輸出 2 個，繼電器輸出 3 個。在經(jīng)濟適用方面，由于之前選用的是西門子 PLC，為了更好的方便 PLC 與變頻器之間的適配，同時西門子公司的產(chǎn)品在市場上口碑較好，性價比較高，因此可以選用西門子公司的變頻器。 ⑷ 經(jīng)濟適用： 哪 種品牌的變頻器 經(jīng)濟且實用 根據(jù)以上四 條選擇依據(jù)來一一分析選擇合適的變頻器。 L+,M為 PLC向外輸出的直流電源 24V(DC)/400mA直流電源，其中 L+為電源正極， M 為電源負極，該電源可以作為輸入端的電源使用，也可以向其他傳感器提供電源。 CPU 224 集成 14 輸入 /10 輸出，程數(shù)據(jù)存儲容量相比前面幾代擴大較多，最多可 以擴展 7 個模塊，是使用最多的S7200 產(chǎn)品。 S7200 是 小型 PLC， 大多 應用在運算性能要求不高， 系統(tǒng) 不是很復雜的場合。在程序執(zhí)行的階段中， PLC 按照從上到下從左到右的方式順序執(zhí)行程序。PLC 內部的電源是供給內部電路使用。隨機存儲器 RAM，可以進行讀寫操作的存儲器，可以用來保存 PLC 內部器件的實時信息和工作數(shù)據(jù)。 CPU 按照循環(huán)掃描的方式來執(zhí)行用戶程序，有條不紊的 運行 。 西門子 S7200PLC 介紹及使用方法 現(xiàn)在市場上的 PLC 品牌較多，現(xiàn)在在國內工業(yè)環(huán)境中應用較 多的有三菱 ,西門子，歐姆龍等，但是在煤礦中應用最多的是西門子 S7 系列 PLC。/s） 靜壓（ Pa） 功率（ kw） ～ 1330～ 3840 290 圖 對旋軸流式通風機 此 通風機 采用了對旋式結構，兩機葉輪互為反向旋轉，可以大大提高通風機工作效率，風機最高裝置靜壓效率可達 86%以上 。這些系列的通風機下面還有各種功率轉速不同的機型以滿足煤炭產(chǎn)量大小不同的礦井，因此首先風機 選型要明確是礦井的大小。首先整個控制系統(tǒng)的核心是 PLC，它既接收又傳遞信號并且在這個過程中處理分析信號；其次這個系統(tǒng)中起到樞紐作用的是變頻器，它既能驅動電機工作又能改變電源頻率；接著這個系統(tǒng)中起信息采集作用的是礦用風壓傳感器，它從通風機通風管道中采集風壓信號，并將其轉化為模擬量輸入給PLC，使得系統(tǒng)有了信息根據(jù)；最后 的實施 電氣設備是主通風機，它經(jīng)過電源頻率的實時改變進而改變轉速使得通風量改變，實現(xiàn)整個系統(tǒng)運行目的。關于具體的主通風機，變頻器，PLC，壓力傳感器的選型會在下面的內容詳細說明。 礦井主通風機變頻節(jié)能系統(tǒng)方案的選擇與分析 根據(jù)上面的功能要求，可以得知系統(tǒng)中 應 該具有兩臺通風機，變頻器， 報警鈴和 報警 燈，為了根據(jù)通風量來進行風機轉速調節(jié)，需要添加一種檢測裝置。 ⑷ 當運行的通風機工作出現(xiàn)故障，可以通過手動切換按鈕切換到備用通風機工作?？偨Y以上并具體到本論文設計的系統(tǒng)中，完整的礦井主通風機系統(tǒng)應有以下功能要求： ⑴ 在運行的系統(tǒng)中要能夠在有故障或者事故時立即停止通風機工作，即可以實現(xiàn)急停功能。一旦正在工作的風機發(fā)生故障，短時間之內很難恢復正常工作狀態(tài)，需要切換到備用風機來維持整個通風系統(tǒng)。然后又通過電機學中的電機理論簡單的說明了變頻調速的基本原理以及調速方式，之后又簡單的介紹了一下變頻器。由通風機比例定律可知，參照式 和式 可以計算出 n1/n2=2,N2/N1=。 而采用變頻調速的方式，為了減小通風量，降低通風機的轉速，假設由 n1減小到 n2 時，通風機的 QH 特性曲線變?yōu)?② 號曲線，在風阻為 R1 的條件下，恰好滿足此時通風量為 Q2，那么此時的工作點為 ② 號曲線與 ③ 號曲線的交點 A。 QHR1R2n1n2ABCH1H2H3O①②③④Q1Q2圖 主通風機 QH 及工作風阻特性曲線 設主通風機在 B 點，工作風阻特性曲線最?。L機的風阻最?。_到最大風量 Q1，此時主通風機的工作效 率最高，對應的風機功率與矩形 BH2OQ1 的面積成正比。下面通過主通風機的特性曲線來比 對恒速調節(jié)與變頻調速調節(jié)的能耗。那么在下面的分析過程中，功率 N 的大小可以等效為 QH 曲線中的相關矩形所包圍面積的大小，這樣就可以從數(shù)學圖像的角度來分析節(jié)能問題。 H——礦井主通風機的風壓， Pa。 AC恒壓恒頻整流 逆變DC中間直流環(huán)節(jié)AC變壓變頻 圖 交 直 交變頻器主電路結構 負載正向組 反向組u0ui 圖 交交變頻器電路結構 交 —交變頻器多用于低速大功率系統(tǒng)中，而礦井通風機要求轉速較高，因此礦井通風系統(tǒng)中使用的變頻器為交 直 交變頻器。 變頻器按照其結構的不同可以分為交 直 交變頻器和交 交變頻器。這種恒定 U1/f1 的方式 使 它的變頻機械特性是平行的曲線， 且 硬度較好，能夠滿足基本的調速要求，具有恒轉矩的特性。 mKNNfE ? （ ） 式 中： Eg——為氣隙磁通在每項定子感應的電動勢； f1——電源頻率； N1——為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； K——與繞組結構相關的常數(shù)； Φm——每極氣隙磁通。 變頻調速簡介 雖然改變定子的電源頻率可以改變電機的轉速，但是在實際變頻調速時通常要考慮一個重要的因素，希望可以保持電機中磁通量并不發(fā)生改變，維持定值。交流異步電機旋轉原理決定了它調速的復雜性，在電機與拖動這門課程中介紹過交中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計 第 8 頁 流異步電機轉速的公式： p sfn )1(60 ?? () 式中： n——電機的轉速， r/min。/s； N1,N2——主通風機在兩種轉速下的不同功率， W。在這里做簡要的說明。/s。然而在通風機的穩(wěn)定工 作區(qū)域內其變化相對不穩(wěn)定區(qū)域較小，復雜程度也較小，因此風機運行在穩(wěn)定工作區(qū)域 時 可以對其進行數(shù)學擬合。離心式通風機的風壓特性曲線相對 比較平緩， H 隨著風量 Q 的變化 程度 不大。特性曲線包括全壓 流量曲線（ HQ） ,功率 —流量曲線（ NQ） ,效率 流量曲線（ η—Q）。本設計主要研究的控制對象是對旋式軸流通風機，為了更好的說明其優(yōu)越性，我們需要下面對通風機的原理進行一定的了解。 ⑶ 局部通風機 為了滿足礦井下某一局部點通風需要的通風機。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計 第 5 頁 2 礦井通風機相關原理及變頻調速原理介紹 礦井通風機相關原理 礦井通風機初步介紹 礦井通風機按其服務范圍和所起的作用分為三種： ⑴ 主要通 風機 為 整個礦井或者 大片 區(qū)域 通風 的通風機被稱為礦井的主要通風機。 ⑶ 控制系統(tǒng)軟件部分的設計：由已經(jīng)分配好的 PLC 輸入輸出點地址，根據(jù)中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設計 第 4 頁 所要實現(xiàn)的功能。 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(xiàn)變頻運 行，對風量進行調節(jié)，滿足安全生產(chǎn)的空氣要求。 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 。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(xiàn)的電氣設備。使用可編程控制器的順序控制可以實現(xiàn)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(chǎn)的要求；使用模擬量控制可以實現(xiàn)通過傳感器采集的風壓信號經(jīng)過相應 A/D 轉換模塊轉換成數(shù)字量，在 PLC 中可以通過編程來對數(shù)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(shù)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。因為 PLC 是通過程序來 工作 的， 在編程環(huán)境調試較為方便。 PLC 控制系統(tǒng)可以完成單機控制系統(tǒng)，批量控制系統(tǒng)，復雜的邏輯控制，模擬量控制，以及組成通信網(wǎng)絡，進行數(shù)據(jù)處理和管理等任務。 擴展模塊可以實現(xiàn)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 。實現(xiàn)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。對于風量的控制，傳統(tǒng)的方式是通過改變通風管網(wǎng)風阻力來進行通風量的調節(jié)。 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(xiàn)在煤礦上使用較多的是軸流式通風機。 Variable frequency speed control technology 目 錄 1 緒論 .............................................................................................................................................1 課題的研究背景及其發(fā)展意義 ..........................................................................1 可編程控制器控制技術在礦井通風機上的應用 ..............................................1 變頻調速技術的應用 ..........................................................................................3 本論文研究的主要內容 ......................................................................................3 本章小結 ..............................................................................................................4 2 通風機相關原理及變頻調速原理介紹 ....................................................................5 礦井通風機相關原理 ...........................................................................................5 礦井通風機初步介紹 .........................................................................................................5 主要礦井通風機運行的特性曲線說明 .............................................................................5 變頻調速原理及變頻器簡介 ...............................................................................7 交流異步電機調速原理簡介 .............................................................................................7 變頻調速簡介 .....................................................................................................................8 變頻器的簡介 .......................................................................................................9 變頻調速節(jié)能原理分析 ...................................................................................