【正文】 的壓力，故稱為動(dòng)壓，其大小用下式計(jì)算：Pdi=12ρv2式中：Pdi——?dú)怏w中某點(diǎn)的動(dòng)壓，Pa；ρ——?jiǎng)訅簻y量處的空氣密度，kg/m3；v——?dú)怏w的流速，m/s3)全壓氣流中某一點(diǎn)的滯止壓力，亦是該點(diǎn)靜壓和動(dòng)壓的代數(shù)和，以Pi表示：Pi=Pdi+Psti3功率通風(fēng)機(jī)的功率分為軸功率和有效功率。－N曲線在流量為零時(shí)最大當(dāng)流量增大時(shí)，H下降很快，軸功率也有所下降，這樣往往使軸流式風(fēng)機(jī)在零流量下啟動(dòng)時(shí)的軸功率為最大。圖1 軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)是為了改變通風(fēng)機(jī)的流量，以滿足實(shí)際工作的需要，故通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)又稱流量調(diào)節(jié)。變速調(diào)節(jié)大大減少附加的節(jié)流損失，在很大變工況范圍內(nèi)保持較高的效率，與傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)相比，不產(chǎn)生其他調(diào)節(jié)方式附加損失，降低了功率消耗，節(jié)約了電能，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是PLC存放程序和數(shù)據(jù)的地方，它包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。壓力傳感器的選型需考慮礦井通風(fēng)機(jī)最大風(fēng)壓及測量精度的要求。通過風(fēng)機(jī)振動(dòng)位移和振動(dòng)周期可以反映風(fēng)機(jī)潛在的故障，避免風(fēng)機(jī)停機(jī)等嚴(yán)重故障發(fā)生。該監(jiān)控儀主要用于對(duì)轉(zhuǎn)速600～6000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)烈度進(jìn)行長期監(jiān)測當(dāng)振動(dòng)值超限時(shí)，本儀器可外接聲光報(bào)警器以提示現(xiàn)場操作人員采取防范措施。溫度傳感器選用Pt100鉑電阻傳感器。對(duì)于控制條件下校驗(yàn)熱電偶性能，其可移動(dòng)性或測試行較差。在PLC控制系統(tǒng)中，輸入輸出開關(guān)量可通過開關(guān)量輸入輸出模塊與PLC連接，由于本系統(tǒng)涉及的開關(guān)量較多，在此不進(jìn)行討論。但是交流電機(jī)不象直流電機(jī)那樣，可以很方便地進(jìn)行調(diào)速，它的調(diào)速問題一直比較困難。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(fēng)機(jī)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(RaRb)，曲線2為風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為n1和n2時(shí)壓力－流量特性曲線(n1n2)，交點(diǎn)A、B、C為礦井通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。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?0%，%，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。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。(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。3通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)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)場測量層主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變量參數(shù)的測量和風(fēng)機(jī)的控制，由各種傳感器，電量監(jiān)測設(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。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)場控制層延伸。工業(yè)控制領(lǐng)域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以避免，現(xiàn)場總線技術(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。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QAQA6分別控制MAMA2的工頻運(yùn)行；交流接觸器QAQA5分別控制MAMA2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；BBBB2為電機(jī)MAMA2的熱繼電器。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)。EM235模塊有4點(diǎn)模擬量輸入，1點(diǎn)模擬量輸出。根據(jù)變頻器的選擇原則，該系統(tǒng)中選用的是兩臺(tái)型號(hào)為Siemens MM430風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專用變頻器。 上面提到：當(dāng)通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速有以下比例關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2P1/P2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3式中： nn2—通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min； PP2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa； NN2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，W。接著，根據(jù)風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的壓力一流量特性曲線方程，求出此風(fēng)壓下對(duì)應(yīng)的風(fēng)量大小。當(dāng)風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力由R0增加到R1，時(shí)，工況點(diǎn)由0到1，風(fēng)量由Q0減小到Q1。 UP和QP曲線的擬合在PLC程序中，變頻器模擬輸入電壓值是根據(jù)其與采集出氣風(fēng)壓(U一P)的擬合函數(shù)方程求得的。主控制程序的程序流程如圖12所示。在調(diào)用子程序進(jìn)行信號(hào)采集前，要調(diào)用子程序1檢查該擴(kuò)展模塊EM235和EM231模塊是否存在，用戶電源是否有錯(cuò)。圖14 子程序2與子程序3流程圖子程序4用來從壓力傳感器中采集風(fēng)壓信號(hào)，并把每次采集的數(shù)值進(jìn)行累加，次數(shù)達(dá)到1000次時(shí)，求其平均數(shù)值，作為一次采集的出氣壓力值?？捎糜诠I(yè)自動(dòng)化的過程控制和管理監(jiān)控。PLC接收操作完成的信號(hào)并傳送給組態(tài)軟件顯示。用以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程變頻調(diào)控和故障報(bào)警等功能。3 本論文為了說明問題，在傳感器選擇方面僅介紹溫度，振動(dòng)等大方向的測量，現(xiàn)場中需要測量的參數(shù)跟多，比如溫度方面包括風(fēng)機(jī)主軸承溫度，電機(jī)軸承溫度，定子三相溫度，轉(zhuǎn)子溫度，入口溫度等；振蕩參數(shù)的測量也包括東西軸xyz三個(gè)方向。進(jìn)行模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)。也可以運(yùn)用PLC內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器。同時(shí)含有趨勢曲線，報(bào)警窗口，報(bào)表查詢等選項(xiàng)。組態(tài)軟件在系統(tǒng)中的主要功能是：模擬運(yùn)行畫面，提供良好的人機(jī)界面，接收從PLC傳送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在畫面上顯示，按需求記錄實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，記錄報(bào)警事件，包括報(bào)警量、報(bào)警值、報(bào)警時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間和操作人員等。中斷子程序流程圖略。而子程序3則是用來采集軸承的振動(dòng)參數(shù)， 然后把采集的數(shù)值累加求平均值，作為一次采集值。子程序0的作用是寄存器中有關(guān)參數(shù)的初始化，包括溫度采樣平均值初始化、風(fēng)壓采樣平均值初始化、模擬電壓及風(fēng)量計(jì)算系數(shù)初始化、振動(dòng)參數(shù)采樣初始化等。程序包括主控制程序、參數(shù)初始化子程序0、模擬量模塊檢查子程序電機(jī)軸承，定子溫度采樣求平均值子程序振動(dòng)傳感器采樣求平均值子程序風(fēng)壓采樣及模擬輸入電壓和風(fēng)量計(jì)算子程序變頻器模擬輸入電壓中斷程序0以及報(bào)警中斷程序。則u2=Q2Q3u3 (43)最后，把由(43)式求得的模擬輸入電壓值輸出給變頻器的模擬量控制端，便可使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到n2。由以上表4中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知此工況點(diǎn)的風(fēng)量Q0=，風(fēng)壓P0=，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n0=1744r/min。首先，用壓力傳感器采集風(fēng)機(jī)的出氣風(fēng)壓。圖10 變頻器與PLC的連接，用于變頻器啟動(dòng)和停止控制。并且，從節(jié)能的角度考慮，V/F控制方式是最低的。綜合上述條件，本系統(tǒng)選用Siemen公司S7200系列CPU226的PLC。其中按鈕SF0控制風(fēng)機(jī)的自動(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕SB1控制風(fēng)機(jī)的手動(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕SF2控制風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行；按鈕SF3控制風(fēng)機(jī)的停止；按鈕SF4為報(bào)警燈鈴的調(diào)試按鈕；SF5為消鈴按鈕；PGPG3分別為MAMA2變頻運(yùn)行指示燈；PGPG4分別為MAMA2工頻運(yùn)行的指示燈；PG5為變頻器故障報(bào)警指示燈；PG6為1電機(jī)振動(dòng)異常指示燈；PG7為2電機(jī)振動(dòng)異常指示燈；PG8為井巷壓力下限指示燈；PG9為1電機(jī)溫度上限指示燈；PG10為2電機(jī)溫度上限指示燈；PB為報(bào)警電鈴。借助于CP2431，S7200可以用于遠(yuǎn)程組態(tài)，編程和診斷。一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)常采用兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言，為保證通風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行，其功能必須涵蓋通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)啟?？刂?、風(fēng)門的開合、風(fēng)量調(diào)節(jié)、各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測以及上下位機(jī)通信等多個(gè)方面。它要求PLC和變頻器的控制距離不是很遠(yuǎn)，且是一對(duì)一的控制場合，但這種控制方式使用起來比較簡單，對(duì)PLC的要求也不是很高。由于變頻器控制端子的輸出頻率是預(yù)先設(shè)定的，它的輸出頻率也只是一些固定的數(shù)值，不能實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的無級(jí)平滑調(diào)速。目前，使用最多的通用變頻器多是交一直一交變頻器，它由主電路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示圖5 變頻器基本結(jié)構(gòu)圖(1)整流器整流器即是網(wǎng)側(cè)變流器，它的作用是把三相或單相交流電整流成直流電。當(dāng)通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速有以下比例關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2P1/P2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3式中： nn2—通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min； PP2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa； NN2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，W。這種通過改變電源頻率來改變交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式稱為變頻調(diào)速。(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。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場安裝的需要，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)以及測振器報(bào)警等。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。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。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，在檢測機(jī)械振動(dòng)參數(shù)時(shí)，還需要有變送器和檢測儀表將測量的振動(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。風(fēng)機(jī)軸承的振動(dòng)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(dòng)峰值、均方根值或均值，將這些測量值與事先標(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(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4～20 mA的傳感器，直接采集現(xiàn)場信號(hào)，并配以二線制RVVP電纜單獨(dú)傳送，以進(jìn)一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。它的作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲(chǔ)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。它的主要任務(wù)有:控制接收和存儲(chǔ)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(cuò)誤。定速調(diào)節(jié)包括入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)及動(dòng)葉調(diào)節(jié)。至此，由Q－H曲線和Q－n曲線也就決定了軸流式風(fēng)機(jī)的正常工作范圍，即在Q－H曲線駝峰點(diǎn)右側(cè)和Q門曲線效率大于60%的公共部分。軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線如圖1所示。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（m3/h）全壓（Pa）效率（%）直徑（mm）29005400900012002400400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（A）Y112M2290042380單位時(shí)間內(nèi)通風(fēng)機(jī)吸入的氣體的體積稱為通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，以Q表示，單位為m/s3 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。本系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測以工控領(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)。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。(5)煤礦安全監(jiān)測監(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。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)測監(jiān)控取得了一定的成績,但也明顯存在一些不足礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控主要還處在監(jiān)測水平，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。國內(nèi)在這兩方面起步比較晚。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)測監(jiān)控也必須提出了更高的要求。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。指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問題的能力□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量論文（設(shè)計(jì)）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