【正文】 選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 1 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )任務(wù)書 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 自動化 1103 指導(dǎo)教師 工作單位 設(shè)計 (論文 )題目 基于 PLC 的礦用通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 設(shè)計（論文）主要內(nèi)容 : 設(shè)計礦用通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案； 設(shè)計系統(tǒng)的硬件電路； 設(shè)計系統(tǒng)的程序； 運行系統(tǒng)并調(diào)試。 閱讀文獻不低于 10 篇，其中外文文獻不少于 2 篇。而礦井通風(fēng)機又是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一， 它擔(dān)負著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任，具有“礦井肺腑”之稱。 我國煤礦通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)雖然有了較長時間的發(fā)展，但整體發(fā)展相比國外還是比較落后，據(jù)統(tǒng)計，煤礦事故 70%以上是由于通風(fēng)設(shè)備故障、通風(fēng)管理不善等所造成，因此對井下通風(fēng)系統(tǒng)以及通風(fēng)設(shè)備的監(jiān)測監(jiān)控有了更高的要求。至 90 年代，一般的風(fēng)機均配有在線監(jiān)控系統(tǒng)，集保護、檢測、控制于一體，不但能實現(xiàn)風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)，主要能進行故障診斷，預(yù)測使用壽命，預(yù)報維修極限，成功地對風(fēng)機進行檢測，有效的保證了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全運行。這種人工操作方法只能做到階段性調(diào)節(jié)而不能做到及時連續(xù)自動調(diào)節(jié)，這種方法實時性差，風(fēng)量控制不準確，自動化程度不高；另外，我國煤礦主通風(fēng)機一般都在遠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)不能實現(xiàn)在線監(jiān)測而成為煤礦自動化管理的薄弱環(huán)節(jié)。 2 控制系統(tǒng)能實現(xiàn)風(fēng)機手動和自動變頻運行的 切換，使風(fēng)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。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。因此對主通風(fēng)機實現(xiàn)在線監(jiān)控有很重要的意義。 Discussed the system position and the design of ventilator realization automatic control system 。 PLC。根據(jù)瓦斯、 煤層自燃 和高溫等影響礦井生產(chǎn)安全的主要因素對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的要求，為了便 于管理、設(shè)計和檢查，把礦井通風(fēng)系統(tǒng)分為一般型、降溫型、防火型、排放瓦斯型、防火及降溫型、排放瓦斯及降溫型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯與防火及降溫型幾種，依次為 18 八個等級。風(fēng)流由入風(fēng)井口進入礦井后，經(jīng) 過井下各用風(fēng)場所，然后進入回風(fēng)井，由回風(fēng)井排出礦井，風(fēng)流所經(jīng)過的整個路線稱為礦井通風(fēng)系統(tǒng)。（ 2）機械通風(fēng)：利用扇風(fēng)機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的通 風(fēng)動力，致使空氣在井下巷道流動的通風(fēng)方法叫做機械通風(fēng)。 3．北方礦井、井口需裝供暖裝備。 7．裝有箕斗的井筒不應(yīng)作為主要進風(fēng)井。 9．通風(fēng)系統(tǒng)要為防治瓦斯、火、塵、水及高溫創(chuàng)造條件。因此礦井通風(fēng)系統(tǒng)的合理性、可靠性和抗災(zāi)能力分析對于防止通風(fēng)瓦斯及煤層自燃等意外的出現(xiàn)對于礦井預(yù)防處理通風(fēng)瓦斯意外及災(zāi)變的能力對于提高礦井安全管理水平均有著重要的作用。因此以各采掘工作面為核心的分區(qū)通風(fēng)成為了煤礦通風(fēng)的基本規(guī)定和實踐。我國瓦斯爆炸頻發(fā)許多爆炸力學(xué)工作者對氣相爆轟進行過深入研究瓦斯爆炸方面的文獻十分豐富但現(xiàn)有的成果與煤礦井下的實際尚有較大差距如井下特有的結(jié)構(gòu)設(shè)施、巷道特征等等研究煤礦井下結(jié)構(gòu)設(shè)施與瓦斯爆轟波及沖擊波相互作用的成果較少井下通風(fēng)設(shè)施抗爆強度的理論研究基本是空白現(xiàn)有的文獻多限于事故現(xiàn)象的簡單描述。近 幾年國內(nèi)學(xué)者開展了瓦斯煤塵爆炸機理、傳播規(guī)律及防治對策的研究工作同時也揭示了瓦斯爆炸火焰的結(jié)構(gòu)特征及其影響因素揭示了瓦斯爆炸過程中爆炸波的特征參數(shù)變化規(guī)律及其影響因素開展了壁面熱效應(yīng)對瓦斯爆炸傳播規(guī)律影響作用的實驗研究建立了管內(nèi)瓦斯爆炸能量平衡方程。 目前煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng) 的控制系統(tǒng)， 大多仍采用繼電、接觸器控制系統(tǒng) ， 但這種控制系統(tǒng)存在著體積大、機械觸點多、接線復(fù)雜、可靠性低、排除 故障困難等很多的缺陷； 如果 工作通風(fēng)機 不采用變頻控制，那么礦井通風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法，只能依靠兩個垂直風(fēng)門提起的高度，和調(diào)節(jié)風(fēng)機扇葉的數(shù)量和角度。由 PLC 控制的變頻調(diào)速 離心風(fēng)機的 通風(fēng)系統(tǒng) ， 具有較高的可靠性和較好的節(jié)能效果 ， 易于組建成整體的自控系統(tǒng) ， 很方便地實現(xiàn)各種控制切換和遠程監(jiān)控 。本論文還討論了利用變頻器控制通風(fēng)機的變頻運行，實現(xiàn)風(fēng)機的高效節(jié)能運行。 3 本系統(tǒng)能實現(xiàn)多種報警功能，如風(fēng)機定子，軸承溫度超限，電動機振動異常報警，以及變頻器出現(xiàn)故障及時報警，及時處理的功能。 7 模擬風(fēng)機運行情況，用組態(tài)王軟件繪制煤礦主通風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)主界面和 PLC 控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面。 本控制系統(tǒng)具有 離心 通風(fēng)機組的啟動、互鎖和過熱保護等功能。 （ 2）模擬量壓力輸入經(jīng) PID 運算，輸出模擬量控制變頻器。 （ 5）運用溫度傳感器測定風(fēng)機組定子溫度或軸承溫度，當定子溫度或軸承溫度超過設(shè)定報警上線時，發(fā)出指示和報警信號。 圖 通風(fēng)系統(tǒng)原理框圖 通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計方案 16 本 通風(fēng)控制系統(tǒng)主要由 2 臺離心風(fēng)機組成 ， 每臺離心風(fēng)機有兩臺電機 ， 每臺電機驅(qū)動一組扇片 ，兩組扇片是對旋的 ， 一組用于吸風(fēng) ， 一組為增加風(fēng)速 ， 對井下進行供風(fēng) 。 本 PLC 控制系統(tǒng)具有對通風(fēng)機的電動機啟動與運行 ， 進行監(jiān)控、聯(lián)鎖和過熱保護等功能 。 為防止 通風(fēng)機疲勞運行 ， 在任何狀態(tài)下風(fēng)機在累計運行設(shè)定時間后要切換至另一臺風(fēng)機運行。 在自動方式下 ， 利用遠傳空氣壓力傳感器檢測礦井內(nèi)的氣壓信號 ， 用變送器將現(xiàn)場信號變換成統(tǒng)一的標準信號 (如 4～ 20 mA 直流電流信號、 0 ～ 10 V 直流電壓信號等 )， 送入 A /D 轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換 ， 然后送入 PLC， PLC 將檢測到的氣壓值與設(shè)定的氣壓值進 行比較和處理 ， 輸出信號控制通風(fēng)機工作 。風(fēng)機的主要特點是： 本設(shè)計 采用電機與葉輪直聯(lián)的方法，簡化了傳動結(jié)構(gòu)，改變了當前煤礦抽出式軸流風(fēng)機全部采用皮帶輪傳動或長軸傳動的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使維修和操作方便。 風(fēng)機與擴散器之間設(shè)置后導(dǎo)葉，以提高靜壓效率，使得節(jié)能效果顯著。在使用同一 規(guī)格風(fēng)機中，可根據(jù)生產(chǎn)擴大的要求來調(diào)整葉片安裝角度。按功能劃分為高壓配電室，低壓配電室，變壓器室。變壓器安裝了溫度監(jiān)控器，監(jiān)控 3 相溫度，當溫度超限能自動啟停風(fēng)機降溫。主要實現(xiàn)兩臺風(fēng)機電機的正反轉(zhuǎn)。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ， 順序控制，定時 ， 計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令 ， 并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 ， PLC 是可編程邏輯電路 ， 也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言 ，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用 ， 可以說有半導(dǎo)體的地方就有 PLC。 （ 1） CPU 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心 ， 起神經(jīng)中樞的作用 ， 每套 PLC 至少有一個 CPU， 它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù) ， 用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù) ， 并存入規(guī)定的寄存器中 ， 同時 ， 診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程 。 （ 2） I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口 ， 是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的 。 常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。但其最大數(shù)受 CPU 所 能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 PLC 的應(yīng)用 （ 1） 在制造工業(yè)（以改變幾何形狀和機械性能為特征）和過程工業(yè)（以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征）中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。 （ 3） 上世紀 80 年代，個人計算機發(fā)展起來，也簡稱為 PC，為了方便，也為了反映或可編程控制器的功能特點，美國 AB 公司將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 Programmable Logic Controller（ PLC），并將 “PLC”作為其產(chǎn)品的注冊商標。 （ 5） 近年，工業(yè)計算機技術(shù)（ IPC）和現(xiàn)場總線技術(shù)（ FCS）發(fā)展迅速，擠占了一部分 PLC 市場，PLC 增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢，但其在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 考慮到性能和穩(wěn)定性，硬件采用西門子公司的 S7300 系列 PLC，同時采用光電隔離、接地、變壓器隔離等硬件抗干擾措施和數(shù)字濾波等軟件抗干擾措施，系統(tǒng)可靠性高，穩(wěn)定性好。設(shè)置 6 個操作鍵、 4 個開關(guān)量傳感器和 2 個模擬量 [3]。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥 門的開度來調(diào)節(jié)，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗 。變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。 變 頻器的選型和容量的確定 本系統(tǒng)選用的是西門子全新一代標準變頻器 MicroMaster440 功能強大 ， 應(yīng)用廣泛。但在連續(xù)的變動負載或斷續(xù)負載中，因電動機允許有短時間的過載，而且這種過載的時間經(jīng)常超過變頻器一般允許的一分鐘。 S7200PLC 作為核心控制部件，它有 總線訪問權(quán)，可以讀取或改寫變頻器的狀態(tài) ， 控制軟起動器的運行狀態(tài) ， 從而達到控制和監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài)的目的。在硬件連接完畢后 ， 需要對兩臺 MM430 變頻器的通信參數(shù)進行設(shè)置，如表 所示。運行時調(diào)節(jié)門可在 0176。我國地方煤礦的礦井中使用該系列通風(fēng)機較多，由于機型小，配置電 動機的容量也小 ,可配用 380V 或 660V 電壓的電動機，特別適用于無高壓 (6000V)供電的礦井使用。 離心風(fēng)機的工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體 流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。風(fēng)機動力設(shè)備的傳統(tǒng)控制方法是通過手動或繼電器控制，存在可靠性和靈活性較差的問題，比如：由于電機的容量大，就存在啟動時間長、啟動電流大、運行安全可靠性差等問題，為了解決這些問題，需要采取在啟動離心風(fēng)機時 減少啟動負荷、通過星 — 三角降壓啟動來降低啟動電流、進行安全互鎖控制等措施。 風(fēng)機的用途：一般用于高壓強制通風(fēng)，如冶煉、送料、礦井、隧道、地下室、鐵路等，亦可輸送空氣及其它無腐蝕性、不含粘性物質(zhì)、非易燃、易爆之氣體，介質(zhì)溫度最高不超過八十度，介質(zhì)中硬質(zhì)顆粒物中大于 150mg/m3。 PLC 根據(jù)生產(chǎn)實際要求，通過用戶程序?qū)D(zhuǎn)換后的信息進行處理并將處理結(jié)果通過模擬量輸出模塊轉(zhuǎn)換為標準電壓或電流信號去驅(qū)動執(zhí)行元件。 該系統(tǒng)有 4 臺電動機，分別拖動 4 臺電動機。 SA 為轉(zhuǎn)換開關(guān)，實現(xiàn)手動、自動控制切換。 空氣密度測定 分別用空盒氣壓計、水銀溫度計、濕度計測量大氣物理條件、大氣壓力、溫度和濕度，然后計算空氣的密度。瓦斯爆炸界限為 5%～ 16% 。本設(shè)計用到的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛?KGJ16B 型 ， 其性能參數(shù)見硬件設(shè)計部分 ， 瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑦B續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘栟D(zhuǎn)換為 4～ 20 毫安的電流，然后經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換模塊 EM235，通過其內(nèi)部的采樣、濾波，轉(zhuǎn)換為 PLC 能識別的二進制信號存儲到 VD196 中。同時并發(fā)出報警。礦井自然風(fēng)壓的計算 但是礦井進、回風(fēng)井的空氣柱的的容重差（容重差又主要由溫度差造成）以及高差和其它自然因素所形成的壓力差稱為自然風(fēng)壓 .它對礦井主扇的工況點會產(chǎn)生一定的影響，因此設(shè)計中應(yīng)考慮自然風(fēng)壓對主扇的影