【正文】 的診斷。但與國外還是存在著一定的距離。主站一般采用 PC 機，主要負責監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、存儲、顯示、報警、處理、分析、報表打印等。 (4)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件發(fā)展趨勢 包括操作系統(tǒng)的實時多任務(wù)化，控制軟件的組態(tài)化、智能化和圖形化，軟件系統(tǒng)的開放化、標準化。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 3 本論文以礦井對旋軸流風機為研究對象，以西門子 S7200 可編程邏輯控制器作為監(jiān)控核心，運用溫度，壓力，振動等傳感器和電量采集單元對風機運行狀態(tài)以及各種電量參數(shù)進行檢測。 2控制系統(tǒng)能實現(xiàn)風機手動和自動變頻運行的切換，使風機處于工頻或變頻運行狀態(tài)。 5 用 STEP7Micro/WIN 編程軟件編出 PLC 梯形 圖。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 4 2 系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能 本論文設(shè)計的礦井主扇風機的監(jiān)控包括風機運行狀態(tài)的監(jiān)測和風機風量的調(diào)節(jié)兩部分。 礦井主扇風機概述 礦井通風機按結(jié)構(gòu)來分，有離心通風機和軸流通風機，目前礦 上使用最多的是軸流通風機。目前礦井中主扇風機大部分采用對旋式軸流風機。 1)靜壓 通風網(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 錯誤 !未找到引用源。 式中： 錯誤 !未找到引用源。 —— 氣體的流速， m/s 3)全壓 氣流中某一點的滯止壓力，亦是該點靜壓和動壓的代數(shù)和，以 錯誤 !未找到引用源。軸功率是指原動機傳遞給通風機軸上的功率，有功功率是指風機在單位時間內(nèi)對氣體做的有用功，通風機的全壓有效功率用下式計算 : 錯誤 !未找到 引用源。 —— 通風機的全壓， Pa； 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 ,錯誤 !未找到引用源。軸流式風機的性能曲線如圖 1所示。 － n 曲線在最高效率點附近迅速下降 流量不在設(shè)計工況下的 氣流情況迅速變壞，以至效率下降很快，所以軸流式風機的最佳工作范圍較窄，一般都沒有調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)流量。 至此 ，由 Q－ H曲線和 Q－ n曲線也就決定了軸流式風機的正常工作范圍，即在 Q－H 曲線駝峰點右側(cè)和 Q 門曲線效率大于 60%的公共部分。主要的調(diào)節(jié)方法或改變風機運行工況有兩大類：改變管網(wǎng)性能曲線和改變通風機性能曲線。定速調(diào)節(jié)包括入口導葉調(diào)節(jié)及動葉調(diào)節(jié)。本文所研究的風機監(jiān)控系統(tǒng)當中，風機風量調(diào)節(jié)選用變頻調(diào)節(jié)。它的主要任務(wù)有 :控制接收和存儲編程設(shè)備輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編程中的錯誤 。用戶程序存儲器主要包括用戶程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)二個部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成 CPU、存儲器等電路工作所需要的直流電，及向外部器件提供 24V 直流電源。完成上述三個階段稱作一個掃描周期，在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，各個階段的功能如下： (l)輸入采樣階段： PLC 將掃描的輸入端子的狀態(tài)存入映像寄存器，然后進入程序執(zhí)行階段，在此 階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，一直到下一個掃描周期的輸入采樣階段。為減少傳輸誤差，提高檢測精度，均選 用帶變送器、性能可靠、壽命長、輸出標準電流信號 4～ 20 mA 的傳感器，直接采集現(xiàn)場信號，并配以二線制 RVVP 電纜單獨傳送，以進一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。 CYBZI 系列微差壓 變送器采用進口高精度、高穩(wěn)定性微壓力敏芯片，經(jīng)嚴格精密的溫度補償，線性補償，信號放大， V/I 轉(zhuǎn)換，逆極性保護，壓力過載限流等信號處理，將很微小的差壓信號可靠的轉(zhuǎn)換成工業(yè)標準的420mA 電流或 0~10V 電壓信號輸出，可測小于 100Pa 的壓力 其主要技術(shù)指標： 測量范圍 03Kpa 零點漂移 %FS4h 測量介質(zhì) 非腐蝕性氣體 零點溫度漂移 %/CFS 輸出信號 標準量程的 倍 非線性 %FS 輸出信號 420mA 遲滯 %FS 供電 24VDC 重復(fù)性 %FS 精度 % 溫度范圍 20+85 2風量 風量參數(shù)是利用風機入口靜壓差及入口溫度計算得來的。 為入口溫度，系數(shù) k 因風機參數(shù)的不同而異。具體測試方法為：通過安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動烈度信號，經(jīng)過振動變送器送到 PLC 中，以便實時監(jiān)控電動機的運行情況。 經(jīng)過比較之后，本系統(tǒng)選擇南京東大測振儀器廠生產(chǎn)的 MT3T 型電磁式速度傳感器。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場安裝的需要，以及增強報警和顯示等功能，又選擇了南京東大測振儀器廠陜西能源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 12 生產(chǎn)的與 MT3 系列磁電式振動速度傳感器配套使用的 30ZXPJ210 型振動速度監(jiān)控裝置。 % (8)報警輸出：警告、危險兩極報警； (9)繼電器節(jié)點容量： DC30V/1A， AC125V/ (10)使用電源： AC220V/50HZ177。在該系統(tǒng)中， PLC 通過 CP341 模塊與EDA9033 通過 MODBUSRTU 協(xié)議進行通信，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。其性能指標如下： 連續(xù)監(jiān)測風機工作時的軸承溫度和電機的軸承溫度，也是風機工況監(jiān)測的一項重要任務(wù)。 熱電偶式傳感器在中溫或高溫外露條件使用時的穩(wěn)定性不如熱電阻式傳感器。 因此，結(jié)合本系統(tǒng)的監(jiān)測要求，選擇熱電阻式熱電傳感器檢測風機溫度。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出開關(guān)量主要包括 ：泵站電機控制、風門打開和關(guān)閉控制、主電機正反向合閘、主電機正反向分閘、主電機正反向跳閘、制動器控制以及聲光報警等。一般地來講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風機上，具有以下的功能和優(yōu)點： (l)可以實現(xiàn)風機的無級平滑調(diào)速，及時滿足礦井生產(chǎn)的風量需求，提高風機的運行效率，節(jié)省大量的電能損耗。 變頻調(diào)速的基本原理 交流異步電機以其體積小、重量輕、價格低廉、運行性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在機械的電力傳動中應(yīng)用最為普遍。 由電動機的拖動原理，可知交流異步電機的轉(zhuǎn)速表達式為 : (21) 陜西能源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 15 由上式 (21)、 (22)和 (23)可以看出，如果改變輸入到異步電機定子繞組的電源頻率 錯誤 !未找到引用源。當電源頻率 錯誤 !未找到引用源。 降低，同步轉(zhuǎn)速 錯誤 !未找到引用源。 風機變頻調(diào)速節(jié)能分析 閥門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)速的節(jié)能比較： 圖 4 為一礦井通風機的壓力－流量 (H－ Q)特性曲線圖，其中曲線 a、 b 為管網(wǎng)阻力的特性曲線 (錯誤 !未找到引用源。 時壓力－流量特性曲線 (錯誤 !未找到引用源。假設(shè)風機設(shè)計工作在 A 點效率最高，輸出風量 錯誤 !未找到引用源。 的乘積面積 A錯誤 !未找到引用源。 時，若采用關(guān)小風機管路閥門的方法調(diào)節(jié)，相當于增加管 網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性曲線變化到 b，系統(tǒng)工況點也由 A點變到 B點。 比采用前一種方法調(diào)節(jié)顯著減少，兩者之差即是節(jié)省的氣體功率。 =錯誤 !未找到引用源。 、 錯誤 !未找到引用源。 、 錯誤 !未找到引用源。根據(jù)上述變頻調(diào)速的原理，礦井通風機的轉(zhuǎn)速。交一直一交變頻器是把工頻交流電經(jīng)整流器先轉(zhuǎn)換成直流電，然后經(jīng)濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可控制的交流電 ，又稱為間接變頻器。 (3)中間直流環(huán)節(jié) 中間直流環(huán)節(jié)又稱為中間儲能環(huán)節(jié)，這是因為逆變器的負載多為感性負載，其功率因數(shù)小于 1，使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間存在著無功率的交換。其邏輯組合控制是用 PLC 的輸出去控制變頻器控制端子的 ON/OFF 狀態(tài)，使變頻器輸出不同頻率的電源，進而控制異步電機的轉(zhuǎn)速。通過串行電纜把 PLC和變頻器的 RS485 通訊接口連接起來，用通訊的方式把頻率由 PLC 傳給變頻器，這就是 PLC 控制變頻器的通訊方式。 (3)模擬量控制的方式 現(xiàn)在生產(chǎn)的 PLC 一般都具有模擬量信號處理的功能，模擬量信號通過 A/D 模塊和D/A 模塊轉(zhuǎn)換后，輸出 0~10V 的電壓或 4~20mA 的電流，把輸出的信輸入到變頻器相應(yīng)的模擬量輸入端子，可以控制變 頻器輸出電源的頻率，這種 PLC 控制變頻器的方式，稱為模擬量的控制方式。 中央控制層由帶有以太網(wǎng)接口的 PLC 組成， PLC 作為總站，就地站以及遠程輸入站作為從站，采用 PROFIBUSDP現(xiàn)場總線實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的互連，節(jié)省了大量的 A/D 等傳輸和轉(zhuǎn)換模塊。相對于傳統(tǒng)的 DCS 控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線有著分散控制更徹底、開放性好、 可靠性高、總體價格也較便宜等優(yōu)點，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又一個新時代的開始。以太網(wǎng)傳輸速度的提高、高速以太網(wǎng)的應(yīng)用以及工業(yè)級以太網(wǎng)部件推出，使影響以太網(wǎng)進入工控領(lǐng)域的確定性問題和可靠性問題逐漸得到解決。 現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的互連 為了解決現(xiàn)場總線面臨著標準繁多、難以與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)集成等諸多問題，于是就出現(xiàn)了把自動控制與計算機管理系統(tǒng)結(jié)合起來，集管理和控制為一體的系統(tǒng)。其互連模型如圖 7所示： 圖 7現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)互聯(lián) 網(wǎng)絡(luò)的具體實現(xiàn)方法 本系統(tǒng)現(xiàn)場總線采用 PROFIBUSDP總線。 同時本系統(tǒng)中采用 CP2431 以太網(wǎng)通信模塊將 S7200 PLC 連接到工業(yè)以太網(wǎng)中。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 23 圖 8 主電路圖 在風機控制系統(tǒng)硬件電路的控制電路部分，利用 PLC 進行控制，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省大量的繼電器、實現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯控制以及進行模擬量控制等功能。在風機自動變頻運行時，是利用采集到的風壓信號進行通風機的變頻調(diào)速控制。同時，還要考慮 PLC 的存儲容量，還要留有 30%一 50%的裕量。 在本設(shè)計中共有 8輸入 /11 輸出， 7 點模擬量輸入和 1 點模擬量輸出。 EM231 有 4點模擬量輸入。并且，從節(jié)能的角度考慮， V/F 控制方式是最低的。 MicroMaster430 是全新一代標準變頻器中的風機和泵類變轉(zhuǎn)矩負載專家，功率范圍 至 250kW。 變頻器與 PLC 的連接 圖 10 變頻器與 PLC的連接 圖 10中變頻器的故障信號輸出接 PLC 的 端口， PLC 的輸出端口 與 接變頻器的數(shù)字輸入端 DIN1 和 DIN3，用于變頻器啟動和停止控制。 錯誤 !未找到引用源。 式中： 錯誤 !未找到引用源。 — 通風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風壓， Pa； 錯誤 !未找到引用源。 /s假設(shè)某煤礦一井下掘進工作面需要 19 人工作，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》規(guī)定每人每分鐘需要的風量應(yīng)不少于 錯誤 !未找到引用源。令 錯誤 !未找到引用源。 =50Hz， 錯誤 !未找到引用源。 /錯誤 !未找到引用源。 = !未找到引用源。 )錯誤 !未找到引用源。首先，用壓力傳感器采集風機的出氣風壓。 /s 時，風機需要調(diào)整的轉(zhuǎn)速大小。 圖 11 風機及管網(wǎng)風量 風壓特性曲線 陜西能源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 29 風機在剛開始啟動時，風機的管網(wǎng)阻力最小為 錯誤 !未找到引用源。 /s，風壓 錯誤 !未找到引用源。 =30HZ 時，對應(yīng)變頻器的模擬輸入電壓 錯誤 !未找到引用源。 增加到 錯誤 !未找到引用源。此時，壓力傳感器采集的壓力為 錯誤 !未找到引用源。 — 工況點 3時出氣風壓， Pa； 錯誤 !未找到引用源。 — 工況點 3時變頻器輸出電壓頻率，HZ； 錯誤 !未找到引用源。 =2900r/min，錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 到設(shè)定的 錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 工況點 3時風機轉(zhuǎn)速， r/min； 陜西能源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 30 錯誤 !未找到引用源。 工況點 3時變頻器輸入模擬電壓，V。同理，當風機的管網(wǎng)阻力再變化時，根據(jù)采集的風壓大小，依據(jù)此算法即可及時地調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，控制風機的風量。其擬合方程是把采集的不同出氣風壓轉(zhuǎn)換到工頻風壓，然后根據(jù)風機工頻的壓力流量特性曲線方程求出所對應(yīng)的風量值，對理論計算數(shù)據(jù)進行擬合求得的。 主控制程序流程 陜西能源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 32 開 始風 機 自 動 變 頻 運 行 ？S M 0 . 1 調(diào) 用 子 程 序 0 初 始 化S M 0 . 0 調(diào) 用 子 程 序 1 ， 檢 查 E M 2 3 5 和 E M 2 3 1調(diào) 用 子 程 序 2 , 3 , 4E M 2 3 5 有 錯 ？E M 2 3 1 有 錯 ？設(shè) 定 中 斷 時 間連 接 中 斷 子 程 序變 頻 器 有 故 障 ？風 機 電 機 過 熱 ？風 機 運 行 輸 出 控 制電 機 振 動 異 常 ？風 機 手 動 變 頻 運 行 ？風 機 工 頻 運 行結(jié) 束YNY