【正文】 .......................................................34附錄 A....................................................................351 緒論 礦井通風系統(tǒng)簡介礦井通風系統(tǒng)是礦井通風方式、通風方法和通風網絡的總稱，基本任務是： 供給井下足夠的新鮮空氣，滿足人員對氧氣的需要，沖淡井下有毒有害氣體和粉塵，保證安全生產，調節(jié)井下氣候，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，所以本設計主要是對通風系統(tǒng)內的風壓風量及瓦斯?jié)舛鹊目刂啤?礦井通風方法以風流獲得的動力來源不同，可分為自然通風和機械通風兩種。 4．總回風巷不得作為主要人行道。 10．通風系統(tǒng)要有利用深水平或后期通風系統(tǒng)的發(fā)展變化。因此以各采掘工作面為核心的分區(qū)通風成為了煤礦通風的基本規(guī)定和實踐。近幾年國內學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構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對瓦斯爆炸傳播規(guī)律影響作用的實驗研究建立了管內瓦斯爆炸能量平衡方程。由 PLC控制的變頻調速離心風機的通風系統(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。3 本系統(tǒng)能實現(xiàn)多種報警功能，如風機定子，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。本控制系統(tǒng)具有離心通風機組的啟動、互鎖和過熱保護等功能。（5）運用溫度傳感器測定風機組定子溫度或軸承溫度，當定子溫度或軸承溫度超過設定報警上線時，發(fā)出指示和報警信號。下圖為通風系統(tǒng)的方案圖。報警信號均為聲光形式，聲報警 (電笛 )可用按鈕解除 ,報警指示在故障排除后自動消失。使電機始終處于無瓦斯空氣之中運行，起到了雙重隔爆效果。 礦井主扇風機的供電系統(tǒng)風機的供電系統(tǒng)采用了室外箱式一體化結構。（5）換向柜：兩臺換向柜，由接觸器組成。PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。I/O 分為開關量輸入（DI） ，開關量輸出（DO） ，模擬量輸入（AI） ，模擬量輸出（AO）等模塊。電源輸入類型有：交流電源（220VAC 或110VAC） ，直流電源（常用的為 24VDC） 。在這時期，PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC 逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。煤礦礦井通風控制系統(tǒng)的設計主要涉及 10個數(shù)字量輸入和 2個模擬量輸入，15 個數(shù)字量輸出。 由式(1)可知，轉速 n與頻率 f成正比，只要改變頻率 f即可改變電動機的轉速，當頻率 f在 0～50Hz 的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。確定變頻器容量的主要依據是輸出電流，其原則為：變頻器的輸出額定電流應大于或等于電機的額定電流。由用戶程序實現(xiàn) USS協(xié)議與兩臺 MM430變頻器通信。G4 —73系列通風機的特性曲線較平緩，運行噪聲較小，效率高，適用于通風阻力不是太大的中小型礦井。一般的高壓離心風機，其主要的動力設備是電動機，此外還包括用來控制風機風閥位置的電動或手動執(zhí)行器、風機閥門限位開關等部件。模擬量輸入模塊接受各種傳感器輸出的標準電壓信號或電流信號，并將其轉換為數(shù)字信號存儲到 PLC中。 系統(tǒng)控制電路設計（1）系統(tǒng)控制電路如圖 ，～ 為 PLC輸出軟繼電器觸點，其中 , , , ；、 控制工頻運行電路。接著檢測礦井內瓦斯?jié)舛戎岛痛髿鈮毫χ担M行處理判斷。瓦斯爆炸界限為 5%～16% 。同時并發(fā)出報警。對雙吸風口的離心式風機應在風道分支一倍葉輪直徑處的穩(wěn)定處的穩(wěn)定風流中測量。在自動方式下，利用遠傳空氣壓力傳感器檢測礦井內的氣壓信號，用變送器將現(xiàn)場的模擬壓力信號變換成統(tǒng)一的1～10V直流電壓信號，送人A／D轉換模塊進行模數(shù)轉換，轉變?yōu)镻LC內部能識別的二進制信號。假設礦井內的氣壓在一個大氣壓或在設定的某個大氣壓力數(shù)值以上，PLC 通過控制變頻器，工作通風機與備用通風機循環(huán)工作，由礦井的氣壓參數(shù)通過 PLC運算去控制變頻器來達到風機的轉速的控制；當出現(xiàn)突發(fā)事故，或礦井內的氣壓低于設定的某個氣壓參數(shù)時，VD128 的壓力值與工頻壓力值 VD136進行比較，若 VD128小于或等于 VD136的值，則當前運行通風機將由變頻轉到工頻運行，此時如果仍滿足不了通風的需要時，工作通風機與備用通風機不再循環(huán)工作，并自動切換為同時工作，另外，接入的備用通風機根據礦井的氣壓參數(shù)進行變頻運行，加大對礦井內的通風量，直至礦井內的氣壓生至設定的大氣壓力數(shù)值以上，工作通風機與備用通風機恢復循環(huán)工作。表 工程值與數(shù)字量對應關系溫度值（℃） 數(shù)字量 電壓值（V）120 125 85 90 模擬量和數(shù)字量的轉換公式為： (yAL)/(AHAL)=(X0)/(655350) y:轉換過后的工程值（多少電流）AH：工程值的上限（電流的上限）AL：工程值的下限（電流的下限）X：工程轉換后的數(shù)字量值（電流轉換后的數(shù)字值）若數(shù)據格式為單極性，模擬量信號的類型為電壓信號，滿量程為 0～10V，那么根據公式 1可得軸承溫度和定子溫度報警溫度和跳閘溫度所對應的數(shù)量和電壓的關系如表 3所示。第三，煤礦通風斷面大多達 10m左右，如此大口徑的流量計不僅少見，而且價格太貴，無論技術上還是經濟上均不可行。在流速均勻的測定斷面安裝支撐架和皮托管。 振動的監(jiān)測風機軸承的振動監(jiān)測與故障診斷功能及原理：通過速度傳感器測量軸承的振動峰值、均方根值或均值，將這些測量值與事先標定出的允許門檻值作比較，指示出軸承運行情況的正常與否。控制系統(tǒng)分為風機變電站的監(jiān)控和風機各種參數(shù)的測量兩個部分。7. 上述監(jiān)測參數(shù)通過通信線路傳送到集控室上位機，經上位機接入礦局域網。在運行過程中，實時監(jiān)測風機的運行狀況，實現(xiàn)對風機的控制，同時還實現(xiàn)報警、曲線和報表功能。3．采用了多種抗干擾措施，因此系統(tǒng)的抗干擾能力強，可靠性高，監(jiān)測準確。根據流體機械的原理有： AVQ?PdIId??2j?cdNQ/?J——流量 A——流量測量截面積V——流量測量截面積的平均流速P——風機全壓 P2——風機出口靜壓d2——風機出口動壓 I——風機入口靜壓I——風機入口動壓 j——風機靜壓N——風機軸功率 Nd——電機有功功率?d——電機效率、由損耗分析法求得。振動參數(shù)包括四臺電機的前水平，前垂直，后水平，后垂直的振動參數(shù)。在通風機的日常生產中，通風的流量是一個十分重要的參數(shù)，所以在本設計中，使用了專門的風量測量的裝置，通過由匯博自動化儀表公司生產的 HB1151系列電容式差壓/壓力/絕壓變送器將風道差壓信號和絕壓信號轉換成 4～20mA 的電流信號送入PLC。在設計中以風機房為實施對象，實現(xiàn)了風機房的無人值守自動化監(jiān)控和管理的設計和改造。特別是在課題的設計過程中，對論文的技術問題，導師都花費了大量的心血，付出了大量的勞動，并一直給予我無微不至的指導與多方面的幫助，使我的知識、能力等各方面都有了很大的進步，在此，謹向導師表示最衷心的感謝！在課題進行期間，系部為我們提供了良好的學習和設計環(huán)境。致 謝時間飛逝，推杯換盞之間，三年的大學生涯即將結束，回首往事，有很多很多的東西需要感謝，也有很多的故事值得銘記。通過計算機技術實現(xiàn)了主通風機性能及狀態(tài)的在線實時監(jiān)測。全部送到 PLC柜內安裝的由匯博自動化儀表公司生產的帶有 485串口通信能力的 16路溫度巡監(jiān)儀。下表為風機監(jiān)控系統(tǒng)所需的輸入輸出量。通風機性能監(jiān)測原理：通風機的性能參數(shù)主要有流量、全（靜）壓、軸功率、全（靜）壓效率、轉速等。圖 風機自動化監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)圖主要特點如下：1．采用了先進的計算機技術，功能強大，智能化程度高；以圖形界面顯示工作狀態(tài)，畫面豐富，直觀生動。中央控制層： 中央控制層由帶有以太網接口的 西門子 S7200系列 PLC組成，通過 PLC完成對風機系統(tǒng)的實時監(jiān)控和數(shù)據采集和數(shù)據處理，以及與控制中心的實時通信。 5. 實時監(jiān)測通風機氣動參數(shù)：負壓、流量、全（靜）壓、全（靜）壓效率、軸功率。選用了變送器專用電源，提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。測量前在電動機或主要通風機軸頭上加裝一硬紙圓盤，黑白相間地涂滿數(shù)個扇形。用皮托管和壓差計測風，壓差計的種類很多，測定動壓宜采用單管傾斜式壓差計，它操作方便、易于讀數(shù)。第一，煤礦主通風機的流量監(jiān)測只能放在地面，但地面缺少較長的平直段，所以限制了標準流量儀表的應用。若輸入電壓范圍為 0～10V 的模擬量信號，則對應的數(shù)字量結果應為 0～32022 或需要的數(shù)字。中斷子程序如圖 8所示。偏差由定量（SP，希望值）與過程變量（PV，實際值）之差來確定。通常軸流式主要通風機可在距離進風口一倍葉輪直徑處測量。以警示工作人員工作面瓦斯涌出量已有安全隱患，做好排放瓦斯的準備。每調節(jié)工況一次測量三次，取其算術平均值來計算。設定由瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱾魉蛠淼耐咚節(jié)舛戎禐?D，用戶設定不能超過的瓦斯?jié)舛戎禐?D0，氣壓傳感器傳來的壓力為 F1，用戶要求的礦井內氣壓值為 F2。合上空氣開關后，當交流接觸器KMKM3, KMKM7 主觸點閉合時，電動機為工頻運行；當 KMKMKMKM8 主觸點閉合時，電動機為變頻運行。 模數(shù)轉換模塊模數(shù)轉換模塊分為 A/D轉換模塊和 D/A轉換模塊。離心風機可制成右旋和左旋兩種型式。～70176。系統(tǒng)采用總線式拓撲結構，兩臺變頻器采用總線接插件連入總線。它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應用場合。近年來，隨著變頻器生產技術的成熟以及變頻器應用范圍的日益廣泛，使用變頻器對電動機電源進行技術改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。 PLC 外部 I/O 連接根據系統(tǒng)的要求，選取 S72200 PLC CPU224作為控制核心，CPU224 的 I/O點數(shù)是14 /10?，F(xiàn)在，仍常常將 PLC簡稱 PC。（3）電源模塊：PLC 電源用于為 PLC各模塊的集成電路提供工作電源。I/O 模塊集成了 PLC的 I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。（3）進線柜：包括兩臺進線柜，為風機系統(tǒng)的兩臺進線開關。 該機配置了防止摩擦火花裝置，確保了整機安全防爆性能。本設計配套電機為 YB系列的 YBFe派生系列，隔爆型三相異步電機。A 組離心通風機與 B組離心通風機可由二位開關轉換。本設計以風機 2 45 kW 為例，選用一臺 S7—200 PLC、空氣壓力傳感器和變頻器等組成一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。（4）模擬量瓦斯輸入，當?shù)V井瓦斯?jié)舛却笥谠O定報警上限時，發(fā)出指示和報警。2 通風系統(tǒng)及主扇風機控制方案本論文設計的礦井主扇風機的控制主要是對風壓、風量及瓦斯?jié)舛鹊牡恼{節(jié)和控制兩部分。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)。針對這一系列問題，隨著電子技術和微電子技術的迅速發(fā)展，PLC 和變頻器正成為通用、廉價和性能可靠的控制和驅動設備，得到廣泛的應用。在此基礎上模擬了氫氧燃燒驅動的破膜過程以及破膜前后壓縮波、稀疏波對火焰陣面的影響。研究瓦斯爆炸對分區(qū)通風的破壞機理對瓦斯爆炸條件下通風系統(tǒng)的抗災能力予以定量評價和分級研究災變條件下維持分區(qū)通風的條件和相應措施對于提高通風網絡的抗災能力有著現(xiàn)實的意義。使生產不受大面積的受阻。 2．進風井口要有利于防洪，不受粉塵，有害氣體污染。 礦井通風系統(tǒng)是由通風機和通風網絡兩部分組成。礦井通風系統(tǒng)由影響礦井安全生產的主要因素所決定。（1）自然通風：利用自然氣壓產生的通風動力，致使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做自然通風。 5．工業(yè)廣場不得受扇風機噪音干擾。 國內外研究狀況礦井通風系統(tǒng)分析技術現(xiàn)狀煤礦通風系統(tǒng)是保障安全生產的基礎同時又受制于煤層地質條件及由此形成的礦山井巷系統(tǒng)的特點。在礦井災變條件下維持正常分區(qū)通風的能力是評價礦井通風系統(tǒng)抗災能力的基本考慮因素。通過理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究煤礦井下巷道條件對瓦斯爆炸及其沖擊