【正文】 功能主要通過模擬量輸入輸出模塊及用戶程序來完成。 4個熱繼電器 KR1～ KR4 分別對 4 臺電動機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免電動機(jī)在運作時可能產(chǎn)生的過熱損壞 [8]。每調(diào)節(jié)工況一次測量三次，取其算術(shù)平均值來計算。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(zhǔn)備。通常軸流式主要通風(fēng)機(jī)可在距離進(jìn)風(fēng)口一倍葉輪直徑處測量。只有當(dāng)瓦斯?jié)?VD196 的存儲值下降到小于瓦斯?jié)舛?報警上線時 ， PLC 才恢復(fù)風(fēng)機(jī)組再次啟動并將風(fēng)機(jī)組運行工作。 瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入開始 數(shù)據(jù)采集子程序 DD0 ? F1F2? 風(fēng)機(jī)輪休控制子程序 是否手動 轉(zhuǎn)手動控制 風(fēng)機(jī)連鎖停止并報警 兩組風(fēng)機(jī)同時運行 結(jié)束 F1F2? Y N Y N N Y Y N 28 等因素的影響。 圖 系統(tǒng)控制電路 （ 2） PLC 及變頻器控制模塊電路 PLC 及變頻器控制模塊是本系統(tǒng)的核心，它包括時間控制電路、故障報警保護(hù)電路、斷相相序保護(hù)電路。該系統(tǒng)的核心是 S7200（ CPU224） 和 MICROMASTER 440。由于葉片對氣體的動力作用，氣體壓力和速度得以提高，并在離心力作用下沿著葉道甩向機(jī)殼，從排氣口排出。離心風(fēng)機(jī)的作用：離心風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，它是一種從動的流體機(jī)械。該系列離心式通風(fēng)機(jī)的特點是特性曲線較平緩、無駝峰、運行噪聲較小、效率高。 電動機(jī)的型號確定后，其額定電流可以從制造商提供的樣本中查到。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個部分組成。 這 6 個操作鍵分別是自動方式開關(guān)、手動方式開關(guān)、停機(jī)按鈕、消音按鈕及 2 個在手動控制下控制通風(fēng) 機(jī)運行的按鈕開關(guān) ， 4 個開關(guān)量傳感器為拖動通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)電機(jī)和增風(fēng)速電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)故障時熱繼電器的控制開關(guān) ， 其中擴(kuò)充了 1 個 EM231 的模擬量輸入模塊 ， 主要是用于轉(zhuǎn)換氣壓信號和瓦斯?jié)舛刃盘柕?。 典型的 PLC 產(chǎn)品 （ 1）國外 施耐德公司， Quantum、 Premium、 Momentum 等； 羅克韋爾（ AB 公司）， SLC、 MicroLogix、 Control Logix 等； 西門子公司， SIMATIC S7400/300/200 系列； GE 公司日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研 19 制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，使得電氣控制功能實現(xiàn)的程序化，這就是第一 代可編程序控制器，英文名字叫 Programmable Controller（ PC）。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù) ， 是 PLC 不可缺少的組成單元 。 3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及各部分功能 PLC 可編程控制器部分 PLC 概述 PLC 即可編程控制器（ Programmable logic Controller， 是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置 。電機(jī)安裝了三相定子和前后軸承溫度傳感器。 該機(jī)可以反轉(zhuǎn)反風(fēng)，不必另設(shè)反風(fēng)道，具有節(jié)約基建投資和反風(fēng)速度快的優(yōu)點。 在有瓦斯的礦井供風(fēng)系統(tǒng)中 ， 礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳈z測瓦斯?jié)舛?， 用變送器將現(xiàn)場信號變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號 ， 送入 A /D 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 ， 然后送 入 PLC， 同樣 PLC 將檢測到的數(shù)值與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較 ， 當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定數(shù)值后 ， PLC 輸出信號控制通風(fēng)機(jī)停止工作 ， 并輸出信號自動切斷井下的電源 ， 滿足風(fēng)電聯(lián)鎖要求 ， 以免電子火花點著瓦斯 ， 防止瓦斯爆炸事故發(fā)生 。 為滿足煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)自動控制的要求 ， 設(shè)計如下的控制方案 ： 本系統(tǒng)提供手動 /自動兩種工作模式 ， 具有現(xiàn)場控制方式 、 狀態(tài)顯示以及故障報警等功能。 （ 6）為防止 離心 風(fēng)機(jī)的疲勞 運行，在任何狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)在累計運行設(shè)定時間后都會自動切換至另一臺風(fēng)機(jī)組運行。 PLC 和變頻器與空氣壓力變送器配合使用 ， 使系統(tǒng)控制的安全性 、 可靠性大大提高，也使通風(fēng)機(jī)運行的故障率大大降低，不僅節(jié)約了電能，而且還提高了設(shè)備的運轉(zhuǎn)率。 5 用 STEP7Micro/WIN 編程軟件編出 PLC 梯形圖。 本文結(jié)構(gòu)安排 本論文以礦井對旋軸流風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)運行狀態(tài)以及各種 電量參數(shù)進(jìn)行檢測。 [10] 課題的主要研究內(nèi)容和機(jī)構(gòu)安排 煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分 ， 煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)能否正常工作與礦井內(nèi) 13 工作環(huán)境條件、生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)密切相關(guān) 。除巷道布置這一重要但難以調(diào)整的因素之外分區(qū)通風(fēng)及風(fēng)量分配調(diào)節(jié)主要依靠于風(fēng)門、風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施的應(yīng)用其類型、數(shù)量、分布上的合理性是影響通風(fēng)系統(tǒng)合理性的基本因素扇風(fēng)機(jī)及通風(fēng)構(gòu)筑物受礦井生產(chǎn)活動及災(zāi)變影響而失去原定功能時礦井通風(fēng)維持在合理水平上的能力則是通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的重要標(biāo)志。近年來煤礦擴(kuò)能及生產(chǎn)的集約化成為了普遍的趨勢礦井裝備水平迅速提 12 高系統(tǒng)有了明顯的簡化。 5．工業(yè)廣場不得受扇風(fēng)機(jī)噪音干擾。（ 1）自然通風(fēng)：利用自然氣壓產(chǎn)生的通風(fēng)動力，致使空氣在井下巷道流動的通風(fēng)方法叫做自然通風(fēng)。 礦井通風(fēng)系統(tǒng)由影響礦井安全生產(chǎn)的主要因素所決定。本系統(tǒng)提高了主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的自動化管理水平，有力地保證了主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)、可靠運行，為設(shè)備的管理和維修提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。 撰寫 畢 業(yè)設(shè)計報告（初搞 修改 定搞）； 第 14 周 根據(jù)指導(dǎo)老師和答辯小組評閱的意見修改論文； 第 15 周 畢業(yè)答辯 4．指導(dǎo)老師意見： 5 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 6 鄭 重 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。近幾年來，才陸續(xù)有幾家大中型企業(yè)開始安裝專用檢測診斷設(shè)備對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了長期檢測，可以看出，我國自動化工藝與國外還是存在著一定的距離 。本監(jiān)控系統(tǒng)就是在此背景下提出的。撰寫畢業(yè)設(shè)計報告（初搞 修改 定搞）； 第 14 周 根據(jù)指導(dǎo)老師和答辯小組評閱的意見修改論文； 第 15 周 畢業(yè)答辯。 4．論文字體規(guī)范按《廣東金融學(xué)院本科生畢業(yè)論文寫作規(guī)范》和“論文樣板”執(zhí)行。與我一同工作的同事對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 研究生簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文基本要求 1．畢業(yè)論文的撰寫應(yīng)結(jié)合專業(yè)學(xué)習(xí)，選取具有創(chuàng)新價值和實踐意義的論題。 設(shè)繪工作量：不少于 3 張圖紙。因此，有必要建 立一套功能完善的自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井主通風(fēng)機(jī)性能及狀態(tài)的在線實時監(jiān)測，以便在生產(chǎn)過程中及時掌握主通風(fēng)機(jī)的運行參數(shù)和狀態(tài)， 因此對其進(jìn)行 PLC 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和研究，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化、自動化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。 國內(nèi)在風(fēng)機(jī)的風(fēng)速調(diào)節(jié)和運行效率方面起步比較晚，風(fēng)量調(diào)節(jié)方法比較落后，需要在停機(jī)的情況下進(jìn)行手動調(diào)節(jié)或者是隔一段時間才能調(diào)節(jié)一次。 4 用工程制圖軟件繪制系統(tǒng)主電路圖和 PLC 及擴(kuò)展模塊接線圖。 煤礦主通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備，通風(fēng)機(jī)能否正常工作，直接影響煤礦的生產(chǎn)活動。 And briefly introduced the consisting of monitoring system , the system including PLC and other intelligent installments and the personal puter working, This system raised the automatic management level of the main fanner equipments， guaranteeing the economy of the main fanner equipments circulate credibility. For the management of the equipments and maintained, this system can provide dependable scientific warranty. Keywords: Coal mine ventilator。 礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。 2．進(jìn)風(fēng)井口要有利于防洪，不受粉塵，有害氣體污染。使生產(chǎn)不受大面積的受阻。 煤礦安全規(guī)程對煤礦通風(fēng)有嚴(yán)格的要求和限制特別在高突礦井明確禁止使用串聯(lián)通風(fēng)。同時也研究了瓦斯爆炸過程中壓力波、火焰與障礙物的相互作用。 本系統(tǒng)將 PLC 與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來，采用以礦井氣壓壓力為主控參數(shù)，實現(xiàn)對電動機(jī)工作過程和運轉(zhuǎn)速度的有效控制，使礦井 中用 的離心 通風(fēng)機(jī)通風(fēng)高效、安全，達(dá)到了明顯的節(jié)能效果。在變頻運行時，該系統(tǒng)能根據(jù)壓力傳感器的模擬量輸入，經(jīng) PLC 內(nèi)部運算，計算出系統(tǒng)滿足安全生產(chǎn)所需的風(fēng)量大小對應(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調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)中引入變頻器對風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，據(jù)所需風(fēng)量和風(fēng)壓大小通過變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無與倫比的優(yōu)點。當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定斷電上限時 ， PLC 將切斷工作面和風(fēng)機(jī)組電源 ， 防止瓦斯爆炸。其中還包括接觸器、中間繼電器、熱繼電器 、礦用防爆型磁力啟動器、斷路器等系統(tǒng)保護(hù)電器 ， 實現(xiàn)對電機(jī)和 PLC 的有效保護(hù) ， 以及對電機(jī)的切換控制 。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(jī)始終處于無瓦斯空氣之中運行，起到 17 了雙重隔爆效果。 礦井主扇風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng)采用了室外箱式一體化結(jié)構(gòu)。 （ 5）換向柜：兩臺換向柜，由接觸器組成。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體 ， 易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計 。 I/O 分為開關(guān)量輸入（ DI），開關(guān)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(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng) 。煤礦礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)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(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在 0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。 確定變頻器容量的主要依據(jù)是輸出電流，其原則為：變頻器的輸出額定電流應(yīng)大于或等于電機(jī)的額定電流。由用戶程序?qū)崿F(xiàn) USS 協(xié)議與兩臺 MM430 變頻器通信。 G4 —73 系列通風(fēng)機(jī)的特性曲線較平緩，運行噪聲較小，效率高，適用于通風(fēng)阻力不是太大的中小型礦井。 一般的高壓離心風(fēng)機(jī)，其主要的動力設(shè)備是電動機(jī)，此外還包括用來控制風(fēng)機(jī)風(fēng)閥位置的電動或手動執(zhí)行器、風(fēng)機(jī)閥門限位開關(guān)等部件。模擬量輸入模塊接受各種傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號或電流信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲到 PLC 中。 圖 系統(tǒng)主電路 26 系統(tǒng)控制電路設(shè)計 （ 1）系統(tǒng)控制電路 如圖 所示， ～ 為 PLC 輸出軟繼電器觸點，其中 , , , 控制變頻運行電路； 、 、 、 控制工頻運行電路。 瓦斯?jié)舛瓤刂? 瓦 斯?jié)舛冉o定范圍及依據(jù)： 瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為 瓦斯爆炸界限 。若井巷工作面瓦斯?jié)舛壤^續(xù)增大，當(dāng) VD196 的存儲值大于設(shè)定的斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時， 閉合， PLC 將發(fā)出切斷電源的指令，將 PLC 所有輸出和內(nèi)部位復(fù)位，并切斷風(fēng)機(jī)電源各井巷工作面的電源，防止有明火引起與其爆炸。對單吸風(fēng)口的離心式風(fēng)機(jī)則應(yīng)布置在控制閘門后兩倍葉輪。抽放瓦斯后，當(dāng)瓦斯?jié)舛?VD196 的存儲值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時，風(fēng)機(jī)組并不能重新運行工作。 當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?5%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?%時，其爆炸威力最大 (氧和 瓦 斯 完全反應(yīng) )；瓦斯?jié)舛仍?16%以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。當(dāng)