【正文】 運(yùn)行時(shí)，阻轉(zhuǎn)矩很小，不存在低頻時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載的問題，故采用 V/F（恒壓頻比）控制方式即可。 EM235 模塊有 4 點(diǎn)模擬量輸入， 1 點(diǎn)模擬量輸出。更大的存儲(chǔ)空間，更強(qiáng)的擴(kuò)展能力及更快的運(yùn)行速度和強(qiáng)大的內(nèi)部集成特殊功能，使其可以滿足復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)的要求。另外，還要考慮 IO 點(diǎn)數(shù)的要求，一般在確定控制系統(tǒng)的 IO 點(diǎn)數(shù)后，還要留有15%一 20%備選 IO 點(diǎn)數(shù)。 該 PLC 控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)手動(dòng)工頻、自動(dòng)變頻和手動(dòng)變頻運(yùn)行的切換，其中手動(dòng)變頻是指使用變頻器控制面板手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行。 主電路 主電路中 MA1， MA2 為對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)，交流接觸器 QA QA6 分別控制 MA MA2 的工頻運(yùn)行；交流接觸器 QA QA5 分別控制 MA MA2 的變頻運(yùn)行； QA1 為主電路電源的隔離開關(guān)； FA 為主電路的熔斷器； BB BB2 為電機(jī) MAMA2 的熱繼電器。 S7200 PLC 可以通過 EM277 PROFIBUSDP 通信模塊連接到 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)中。工業(yè)控制領(lǐng)域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以避免，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展主流之外，從而使現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和其它網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互相促進(jìn)、共同發(fā)展，并保證技術(shù)上的可持續(xù)發(fā)展在技術(shù)升級(jí)方面無需單獨(dú)的研究投入。工業(yè)以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于工廠的控制級(jí)通信，以實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC 之間，. . PLC 與 PC 機(jī)之間的通信。與此同時(shí)，以太網(wǎng)作為一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)正向自動(dòng)化領(lǐng)域逐步滲透，從企業(yè)決策層、生產(chǎn)管理調(diào)度層向現(xiàn)場(chǎng)控制層延伸。 . . 圖 6 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù) 隨著計(jì)算機(jī)、通訊、 網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。 . . 3 通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)共分三層：設(shè)備層，控制層，監(jiān)控層 設(shè)備層即現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量層主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變量參數(shù)的測(cè)量和風(fēng)機(jī)的控制，由各種傳感器，電量監(jiān)測(cè)設(shè)備，變頻器等組成，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)控制和監(jiān)控設(shè)備本身的運(yùn)行工況參數(shù)的采集。由于變頻器的種類很多，不同廠家生產(chǎn)的變頻器使用不同的通信協(xié)議，有 Modbus 從站協(xié)議、 USS協(xié)議和用戶自定義協(xié)議等，必須用變頻器支持的協(xié)議來完成 PLC 和變頻器的通訊。 (2)通訊的方式 目前一般的變頻器都帶有 RS485 接口，大多數(shù)的 PLC 也都支持 RS485 的通訊。通過對(duì)變頻器控制端子邏輯輸入口的邏輯組合，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟?？刂坪洼敵鲱l率的改變網(wǎng)。六個(gè)半導(dǎo)體主少干關(guān)器件組成的橋式電路是常見的逆變電路，通過控制電路控制開關(guān)器件的通、斷，可以得到所需頻率的交流電輸出。交一交變頻器可. . 將工頻交流電直接轉(zhuǎn)變成頻率和電壓均可控制的交流電，又稱為直接變頻 器。如果通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低為原來的 50%，則風(fēng)量也變?yōu)樵瓉淼?50%，功率降低為原來的 %，這說明通過改變通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方式，可以改變通風(fēng)機(jī)的功率輸入，可以節(jié)省大量的電能。 — 通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓， Pa； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 若采 用變頻調(diào)速控制局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，風(fēng)壓－風(fēng)量特性變?yōu)榍€ 系統(tǒng)工況也由 A點(diǎn)變到 C點(diǎn)，代表軸功率的面積 C 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 減少到 錯(cuò)誤 !未找到引用源。和風(fēng)壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 . . 圖 4 風(fēng)機(jī)及管網(wǎng)的 H－ Q 特性曲線圖 圖 4 中曲線 1 為風(fēng)機(jī)開始調(diào)節(jié)前的風(fēng)壓一風(fēng)量 (H 一 Q)特性曲線，曲線 a 為管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線 (管網(wǎng)阻力最小 )。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。在變頻調(diào)速技術(shù)中，使用變頻器向電動(dòng)機(jī)提供頻率可變的電源，去改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。反之，當(dāng)電源頻率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。目前，使用最廣泛，效果最好的還是變頻調(diào)速，變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機(jī)調(diào)速困難的問題得以解決。 (4)變頻器自身的保護(hù)功能齊全，有欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、短路保護(hù)、風(fēng)機(jī)軸承過熱保護(hù)等，使風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的可靠性得到大大提高。通風(fēng)機(jī)在煤礦上的使用占有很大的份量，是煤礦生產(chǎn)中最大的耗電設(shè)備，采用傳統(tǒng)的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，流失大量電能，因此變頻器在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用很有必要。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝的需要，選擇性能 /價(jià)格比較高的日本林電的 STWB 系列溫度變送器模塊，其技術(shù)參數(shù)如下： 輸入信號(hào)： Pt100、 Pt1000、 Cu50、 K、 E、 S 供電電壓： 24V 負(fù)載電阻： 0～ 500Ω 輸出信號(hào)： DC4～ 20mA 電壓誤差： %／ V 精度： %， %， % 工作環(huán)境：溫度： 20℃ ～ 80℃ ；濕度： 95%RH 開關(guān)量檢測(cè) 監(jiān)控系統(tǒng)的輸入開關(guān)量主 要包括一些開關(guān)、繼電器的動(dòng)作信號(hào)，如：泵站電機(jī)運(yùn)行、主電機(jī)正反向合閘反饋、制動(dòng)器限位開關(guān)、風(fēng)門的打開和關(guān)閉、風(fēng)門過力矩、葉片執(zhí)行器自動(dòng)以及測(cè)振器報(bào)警等。當(dāng)周圍溫度變化時(shí)，所使用的儀器導(dǎo)線 (鍍銅 )將會(huì)帶來測(cè)量誤差。 熱敏電阻傳感器雖然價(jià)格低廉，但由于它們的阻值對(duì)溫度的變化是非線性的，故熱. . 敏電阻通常所用的溫度范圍較狹窄。這中溫度傳 感器的特點(diǎn)：耐振動(dòng)，可靠性高，同時(shí)具有精確的靈敏性，穩(wěn)定性好等。該模塊采用電磁隔離和光電隔離技術(shù)，電壓輸入、電流輸入及輸出三方完全隔離。1 ％ (6)信號(hào)輸出：電流輸出 4～ 20mA，輸出負(fù)載 ≤500Ω (7)精確度： 177。12V DC， 20mA 容許加速度：沿工作方向： 10g 連續(xù)橫向： 30g 短時(shí) 此外，在檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)參數(shù)時(shí)，還需要有變送器和檢測(cè)儀表將測(cè)量的振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成 420mA 的直流電流信號(hào)或 05V的電壓信號(hào)，以便于傳送給 PLC 的模擬量模塊。根據(jù)所需測(cè)量的參數(shù)要求，一般在選用時(shí)應(yīng)考慮以下因素： 若需測(cè)量振動(dòng)位移值則應(yīng)選用電渦流式傳感器； 若需測(cè)量振動(dòng)速度或烈度值則應(yīng)選用速度式傳感器； 若需測(cè)量振動(dòng)加速度值則應(yīng)選用加速度式傳感器。 振動(dòng)參數(shù)的檢測(cè) 風(fēng)機(jī)軸承的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷功能及原理：通過速度傳感器測(cè)量軸承的振動(dòng)峰值、均方根值或均值，將這些測(cè)量值與事先標(biāo)定出的允許門檻值作比較，指示出軸承運(yùn)行情況的正常與否。 為入口壓力CP202(表壓 )的絕對(duì)值 (正值 )， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。本設(shè)計(jì)中選用CYBZI系列中量程為 03KPa的壓力傳感器。 本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用的傳感器較多，如壓力、溫度、振動(dòng)及轉(zhuǎn)速等。 PLC 的工作原理 PLC 采用一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式即循環(huán)掃描技術(shù)，循環(huán)掃描技術(shù)是指當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作 過程一般分為三個(gè)階段 輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。 (4)電源單元 . . 電源單元是 PLC 的電源供給部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 PROM 或 EPROM 存儲(chǔ)器中，用戶不可訪問和修改。 PLC 的基本構(gòu)成 圖 2 PLC的一般構(gòu)成 (l)中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)一般由控制器，運(yùn)算器和寄存器組成，它是 PLC 的核心部分。由于高壓變頻器發(fā)展，煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無與倫比的優(yōu)點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)和保護(hù)等要求，已開始應(yīng)用在風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中。改變風(fēng)機(jī)性能曲線是通過改變風(fēng)機(jī)自身運(yùn)行曲線，主要有定速和變速兩類。反映在通風(fēng)機(jī)性能曲線圖上就是改變風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)，流量調(diào)節(jié)主要有兩個(gè)目的：第一，滿足礦井用風(fēng)量的要求，第二，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。一般工作的工況點(diǎn)選在效率大于 60%的曲線段。因此與離心式風(fēng)機(jī)相比，軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)在管路暢通下開動(dòng)，盡管如此當(dāng)啟動(dòng)與停車時(shí)，總是會(huì)經(jīng)過最低流量的，所以軸流式風(fēng)機(jī)所配用電機(jī)要有足夠的裕量。 風(fēng)機(jī)的特性曲線 軸流式風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況下，基本上能消除氣流的徑向流動(dòng)，但當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)值時(shí)，葉輪下游側(cè)氣流將由內(nèi)向外朝直徑較大處偏斜；反之，氣流將朝較小處偏轉(zhuǎn)，情況嚴(yán)重時(shí)，會(huì)發(fā)生二次回流現(xiàn)象。 4 效率 . . 效率是全壓有效功率或靜壓有效功率與軸功率的比值，前者稱為全壓效率，后者稱為靜壓效率，計(jì)算公式如下： 式中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 若通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓用靜壓表示，則通風(fēng)機(jī)靜壓有效功率可用下式計(jì)算 : 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ——通風(fēng)機(jī)全壓有效功率， kW； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 3 功率 通風(fēng)機(jī)的功率分為軸功率和有效功率。 ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 在通風(fēng)中所稱的風(fēng)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(dòng)壓和全壓，其單位為 Pa。它具有結(jié)構(gòu)尺寸短，效率高，反風(fēng)性能好的特點(diǎn)。 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)，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)和保護(hù)等要求。并生成性能參數(shù)實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)報(bào)表查詢及打印，以及瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量、風(fēng)壓等監(jiān)控量的趨勢(shì)曲線、超限報(bào)警和數(shù)據(jù)報(bào)表功能。 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。具體地說，本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下： 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 。在礦難發(fā)生前就能對(duì)各種安全隱患進(jìn)行預(yù)測(cè)，使安全隱 患消滅在萌芽狀態(tài)。 (3)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)智能化 主要是指?jìng)鞲衅鞯闹悄芑?，如不斷推出的具有自?dòng)校正、靈敏度自動(dòng)補(bǔ)償、非線性自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ艿闹悄軅鞲衅鳌７终疽悦撾x主站自動(dòng)實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)測(cè)和控制功能，一般由中小型可編程控制器組成。 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果。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)。美國煤礦使用的主風(fēng)機(jī)以軸流式為主，近年來開始采用在運(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。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。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。 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 。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，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)房的無人值守自動(dòng)化監(jiān)控和管理的設(shè)計(jì)和改造。 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。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。下位機(jī)采用可靠性高的可編程邏輯控制器，通過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。同時(shí)本文還研究了風(fēng)量調(diào)節(jié)的算法。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。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 。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。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。近幾年來，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)行了長期檢測(cè)。 針對(duì)以上不足，為了進(jìn)一步提高煤礦自動(dòng)化管理水平 ,提高生產(chǎn)的安全程度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，礦并主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控應(yīng)在如下幾個(gè)方面發(fā)展： (1)煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向集散化結(jié)構(gòu)發(fā)展 新推出的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)基本上都采用集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控分站和控制中心主站組成。任何集散測(cè)控系統(tǒng)，只要遵循這些規(guī)程，就能夠與其它系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，方便地組成多節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的通信和數(shù)據(jù)共享。 (6)發(fā)展專家診斷、專家決策系統(tǒng)軟件 我國監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件目前停留在對(duì)被監(jiān)測(cè)量的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、超限報(bào)警及斷電、以曲線、圖形和報(bào)表形式輸出的水平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的最基本處理，在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)正在開發(fā)專家系統(tǒng)和礦井安全預(yù)警系統(tǒng)。本論文還討論了利用變