【正文】 技術(shù)開發(fā)出來的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。大型煤礦生產(chǎn)企業(yè)所應(yīng)用的生產(chǎn)設(shè)備往往多而分散，對(duì)于傳統(tǒng)的基于 PC、 PLC 等產(chǎn)品的監(jiān)控系統(tǒng)來說，如不采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將各生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)地連為一體，則難以及時(shí)有效地對(duì)各設(shè) 備的狀態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，在很大程度上不利于生產(chǎn)效率和安全性的提升。 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理層直接接入礦調(diào)度室，由上位工控機(jī)、打印機(jī)、不間斷電源等設(shè)備組成，提供集中監(jiān)控管理功能，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行工況、故障報(bào)警與分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表生成打印、歷史數(shù)據(jù)記錄管理等操作。由于本控制系統(tǒng)中采用的是兩臺(tái)變頻器控制對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)兩臺(tái)電機(jī)的方案，是一對(duì)一控制，為說明問題，本系統(tǒng)采用 PLC 控制變頻器的模擬量控制方式。如 PLC 通過通訊的方式來監(jiān)控變頻器，可以傳送大量的信息，連續(xù)地監(jiān)控多臺(tái)變頻器，還可以通過通訊修改變頻器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器的聯(lián)動(dòng)控制和同步控制。因此，這種控制方式只適合不需要電機(jī)連續(xù)調(diào)速就能滿足生產(chǎn)要求的場(chǎng)合?？偟膩碚f， PLC 控制變頻器的方式主要有以下三種方式： 1 頻率輸出控制端子的邏輯組合方式 大多數(shù)變頻器都有幾個(gè)不同的頻率輸出控制端子，我們可以通過變頻器參數(shù)的設(shè)定，設(shè)置控制端子不同的頻率輸出。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種 2 逆變器 逆變器即是負(fù)載側(cè)的變流器，它的主要作用在控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)變成頻率、電壓調(diào)節(jié)后的交流電，輸出給外 部設(shè)備。 變頻器的結(jié)構(gòu) 變頻器按結(jié)構(gòu)來分，分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩種。 由以上的比例關(guān)系，可以看出風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平 方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。 如果生產(chǎn)要求風(fēng)量從減少到時(shí)，若采用關(guān)小風(fēng)機(jī)管路閥門的方法調(diào)節(jié)，相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性曲線變化到 b，系統(tǒng)工況點(diǎn)也由 A 點(diǎn)變到 B 點(diǎn)。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。 21 由上式 21 、 22 和 23 可以看出，如果改變輸入到異步電機(jī)定子繞組的電源頻率，就可以改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 由電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，交流異 步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 總是小于同步轉(zhuǎn)速，而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。 變頻調(diào)速的基本原理 交流異步電機(jī)以其體積小、重量輕、價(jià)格低廉、運(yùn)行性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械的電力傳動(dòng)中應(yīng)用最為普遍。一般地來講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風(fēng)機(jī)上，具有以下的功能和優(yōu)點(diǎn)： l 可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級(jí)平滑調(diào)速，及時(shí)滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)省大量的電能損耗。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出開關(guān)量主要包括：泵站電機(jī)控制、風(fēng)門打開和關(guān)閉控制、主電機(jī)正反向合閘、主電機(jī)正反向分閘、主電機(jī)正反向跳閘、制動(dòng)器控制以及聲光報(bào)警等。 因此，結(jié)合本系 統(tǒng)的監(jiān)測(cè)要求，選擇熱電阻式熱電傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)溫度。 熱電偶式傳感器在中溫或高溫外露條件使用時(shí)的穩(wěn)定性不如熱電阻式傳感器。其性能指標(biāo)如下： 連續(xù)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)工作時(shí)的軸承溫度和電機(jī)的軸承溫度，也是風(fēng)機(jī)工況監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。在該系統(tǒng)中， PLC通過 CP341 模塊與 EDA9033 通過 MODBUSRTU 協(xié)議進(jìn)行通信，所以電氣參數(shù)通過由安裝在各開關(guān)柜內(nèi)的智能儀表單元與 PLC 以通訊的方式得到。 % 8 報(bào)警輸出：警告、危險(xiǎn)兩極報(bào)警； 9 繼電器節(jié)點(diǎn)容量： DC30V/1A， AC125V/ 10 使用電源： AC220V/50HZ177。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝的需要，以及增強(qiáng)報(bào)警和顯示等功能，又選擇了南京東大測(cè)振儀器廠生產(chǎn)的與 MT3 系列磁電式振動(dòng)速度傳感器配套使用的30ZXPJ210 型振動(dòng)速度監(jiān)控裝置。 經(jīng)過比較之后，本系統(tǒng)選擇南京東大測(cè)振儀器廠生產(chǎn)的 MT3T 型電磁式速度傳感器。具體測(cè)試方法為：通過安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動(dòng)烈度信號(hào)，經(jīng)過振動(dòng)變送器送到 PLC 中， 以便實(shí)時(shí)監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。計(jì)算公式： 式中為 CP201 測(cè)量到靜壓，為入口壓力 CP202 表壓 的絕對(duì) 值 正值 ，為入口溫度，系數(shù) k 因風(fēng)機(jī)參數(shù)的不同而異。其結(jié)構(gòu)如圖 3 所示： 圖 3 傳感器與 PLC 擴(kuò)展模塊的 連接 風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測(cè) 這里主要測(cè)靜壓 一般都是采取鉆孔取壓法，測(cè)點(diǎn)選擇在風(fēng)機(jī)的入口，將取得的壓力信號(hào)通過壓力傳感 變送 器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 2 程序執(zhí)行階段： PLC 根據(jù)讀入的輸入映像寄存器中的信號(hào)狀態(tài)，按一定的掃描原則執(zhí)行用戶編寫的程序，然后 把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像寄存器中。 5 外設(shè)接口與擴(kuò)展接口 PLC 可以通過外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機(jī)、 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用于存放用戶程序中使用器件的 ON/OFF 狀態(tài)和各種數(shù)值數(shù)據(jù)等。掃描 I/O 接收的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，然后刷新 輸出接口，對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。 可編程控制器的應(yīng)用 PLC 概述 國(guó)際電工委員會(huì) IEC 對(duì) PLC 的定義是：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是用來取代電機(jī)控制的順序繼電器電路的一種器件，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng) 用而設(shè)計(jì)。變速調(diào)節(jié)是管路特性曲線不變時(shí)，用變轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，從而改變風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。 改變管網(wǎng)曲線主要是在通風(fēng) 機(jī)的管路上設(shè)置節(jié)流閥或風(fēng)門來調(diào)節(jié)流量，風(fēng)門調(diào)節(jié)是利用風(fēng)門來增大風(fēng)道阻力，以較少風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)最不經(jīng)濟(jì)，人為的增加網(wǎng)絡(luò)的阻力也就是增大了每立方米空氣所消耗的電能。同樣是由于在風(fēng)量較小的情況下，風(fēng)機(jī)二次回流現(xiàn)象的影響，使得到某一流量時(shí)，在 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大和減小的回復(fù)，這也就是風(fēng)機(jī)喘振點(diǎn)，在風(fēng)機(jī)性能測(cè)試過程中，一般由此點(diǎn)開始或到此點(diǎn)結(jié)束，所以大多數(shù)的風(fēng)機(jī)性能曲線的流量不是從零開始。因此， Q－ H 曲線和 Q－ N 曲線都是在流量從小到大增加時(shí)先下降，再上升，然后再下降，有兩個(gè)拐點(diǎn)，正常 工作工況點(diǎn)應(yīng)選在 Q－ H 曲線的二次下降段，也就是駝峰點(diǎn)的右側(cè)，它可近似用三次方程來擬合，但在整個(gè)趨勢(shì)中它和 QH 曲線的擬合方法一樣，選用有兩個(gè)拐點(diǎn)的三次方程，能很好的反映風(fēng)機(jī)工作情況的性能。 － H 曲線大都屬于陡降型曲線 流量偏小時(shí)，氣流將部分地發(fā)生二次回流現(xiàn)象，回流的液體被葉輪二次加壓，是流量較小的情況下，壓頭上升的緣故。 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 ,――通風(fēng)機(jī)的全壓效率和靜壓效率； N――通風(fēng)機(jī)的軸功率， kW。 1 靜壓 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中單位體積流體所具有的壓力能量，即為氣體的靜壓力，以表示，在實(shí)際的通風(fēng)網(wǎng)路中，通風(fēng)截面一般不是很大，可以忽略同一截面上任意兩地之間氣體的位能之差，因此在緩變流條件下，同一過流截面上個(gè)點(diǎn)的靜壓值可以認(rèn)為相等。在兩級(jí)的軸流通風(fēng)機(jī)中，有一種性能比較好的軸流通風(fēng)機(jī)―對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，它的一個(gè)葉輪裝在另一個(gè)葉輪的后面，同時(shí)兩個(gè)葉輪的旋轉(zhuǎn)方向彼此相反。通過的煤礦主通風(fēng)機(jī)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及通風(fēng)機(jī)房與工業(yè)以太網(wǎng)和煤礦安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息共享。 7 模擬風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，用組態(tài)王軟件繪制煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面和 PLC 控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面。 3 本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警 功能，如風(fēng)機(jī)定子，軸承溫度超限，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)異常報(bào)警，以及變頻器出現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警，及時(shí)處理的功能。 本論文還討論了利用變頻器控制通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行。 6 發(fā)展專家診斷、專家決策系統(tǒng)軟件 我國(guó) 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(guó)內(nèi)正在開發(fā)專家系統(tǒng)和礦井安全預(yù)警系統(tǒng)。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。 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。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(zhǎng)期檢測(cè)。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。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。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。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。風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)控制由 PLC+變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制。 監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機(jī)加下位機(jī)的設(shè)計(jì)模式。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文 基于 PLC的礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 煤礦的安全生產(chǎn)中，礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用，它是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以一臺(tái)礦用對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)為控制對(duì)象，結(jié)合 PLC 控制技 術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和組態(tài)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了 PLC 控制的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)和研究。 在變風(fēng)量系統(tǒng)中，主要比較了風(fēng)門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)，顯示出了變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅能使風(fēng)機(jī)工作在高效區(qū)，并且其節(jié)能效果要優(yōu)于其它調(diào)節(jié)方法，具有很重要的應(yīng)用前景。由于井下工作環(huán)境惡劣，主通風(fēng)機(jī)工作電壓較高，電流較 大，出現(xiàn)故障的概率也較大。隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、生產(chǎn)效率的提高，井下通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)監(jiān)控也必須提出了更高的要求。 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究狀況 國(guó)外很早就對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)在這兩方面起步比較晚。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(zhǎng)期檢測(cè)。 礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控的展望 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,科技人員的不斷努力，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控取得了一定的 成績(jī) ,但也明顯存在一些不足礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控主要還處在監(jiān)測(cè)水平，其控制功能很弱，對(duì)主通風(fēng)機(jī)的控制和故障診斷基本上還處在研究階段，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控的可靠性有待進(jìn)一步提高，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控是一個(gè)較獨(dú)立的系統(tǒng) ,未與整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)、整個(gè)煤礦管理系統(tǒng)取得協(xié)調(diào)的聯(lián)系。 2 煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)開放化 新推出的集散監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)均采用開放系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)模型、通信協(xié)議或規(guī)程，支持多種互連標(biāo)準(zhǔn)。 5 煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)向綜合化方向發(fā)展 全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種可用于環(huán)境安全、軌道運(yùn)輸、皮帶運(yùn)輸、提升運(yùn)輸、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、礦山壓力、煤與瓦斯突出、自燃發(fā)火、大型機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況等多方面綜合監(jiān)控的系統(tǒng)，既可用于某一單方面的監(jiān)控，又可實(shí)現(xiàn)全面綜合監(jiān)控。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。 本系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以工控領(lǐng)域的可編程控制器 PLC 和組態(tài)軟件為核心，以標(biāo)準(zhǔn)控制柜作為信號(hào)采集和控制輸出裝置 ,輔以傳感器、中間繼電器和其它輔助設(shè)備構(gòu)建整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。軸流通風(fēng)機(jī)是氣體沿軸向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉片通道，由葉片與氣體的相互作用，使氣體被壓縮并沿軸向排出的通風(fēng)機(jī)。 本論文中采用某實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下： 風(fēng)機(jī)基本性能參數(shù) 轉(zhuǎn)速（ r/min） 風(fēng)量（ /h） 全壓（ Pa） 效率（ %） 直徑（ mm） 2900 54009000 12002400 400 配用電機(jī)基本參數(shù) 型號(hào) 轉(zhuǎn)速（ r/min） 功率（ Kw） 額定電壓（ V） 額定電流