【正文】 里做簡(jiǎn)要的說明。然而在通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工 作區(qū)域內(nèi)其變化相對(duì)不穩(wěn)定區(qū)域較小，復(fù)雜程度也較小，因此風(fēng)機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定工作區(qū)域 時(shí) 可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合。特性曲線包括全壓 流量曲線（ HQ） ,功率 —流量曲線（ NQ） ,效率 流量曲線（ η—Q）。 ⑶ 局部通風(fēng)機(jī) 為了滿足礦井下某一局部點(diǎn)通風(fēng)需要的通風(fēng)機(jī)。 ⑶ 控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)：由已經(jīng)分配好的 PLC 輸入輸出點(diǎn)地址，根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 所要實(shí)現(xiàn)的功能。 ⑵ 可以控制通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電流，采用 V/F 或者矢量控制方式，使風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電流充分降低，因此電機(jī)的使用壽命就得到延長(zhǎng) 。使用可編程控制器的順序控制可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)通風(fēng)機(jī)的切換啟動(dòng)，以及風(fēng)機(jī)切換工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行模式；使用 PID 控制可以對(duì)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓風(fēng)量進(jìn)行閉 環(huán)調(diào)節(jié)使井下的空氣符合安全生產(chǎn)的要求；使用模擬量控制可以實(shí)現(xiàn)通過傳感器采集的風(fēng)壓信號(hào)經(jīng)過相應(yīng) A/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在 PLC 中可以通過編程來對(duì)數(shù)字量進(jìn)行邏輯運(yùn)算，也可以采用相應(yīng)的算法運(yùn)算，對(duì)于運(yùn)算出的數(shù)字量結(jié)果可以通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬量，通過輸出的模擬量來控制外部設(shè)備，如變頻器。 PLC 控制系統(tǒng)可以完成單機(jī)控制系統(tǒng)，批量控制系統(tǒng)，復(fù)雜的邏輯控制，模擬量控制，以及組成通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理等任務(wù)。實(shí)現(xiàn)節(jié)能的運(yùn)行，自動(dòng)化運(yùn)行，符合當(dāng)今工業(yè) 的提議，有利于進(jìn)一步發(fā)展我國的工業(yè)水平，因此對(duì)通風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能控制很有前景以及發(fā)展意義。 礦井通風(fēng)機(jī)按照氣體的流動(dòng)方向的不同可以分為離 心式通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)，現(xiàn)在煤礦上使用較多的是軸流式通風(fēng)機(jī)。變頻調(diào)速技術(shù) Abstract In the development of the mine Industry, safe and efficient mine production and mine ventilation system is inseparable,and in a full main mine fan ventilation system，the main fan is particularly important, therefore, the main mine fan control system is very worthy of traditional method of using constant speed fan control mode, by changing the ventilation pipe work resistance to achieve the increase or decrease the amount of wind, this can change the ventilation rate, but this means to cause a lot of unnecessary energy waste, not conducive to the further development of the industry. The method of this design is the use of PLC control technology and frequency control technology, near realtime adjustment of its runs in optimum mine ventilator characteristic curve， in order to achieve full use of design process is divided into three parts, the first part is to design energyefficient fan frequency control principle explanation and frequency control system。 摘要 在整個(gè)煤礦的工業(yè)發(fā)展中，礦井下安全和有效的生產(chǎn)都離不開礦井通風(fēng)系統(tǒng)，而在一個(gè)完整的通風(fēng)系統(tǒng)中礦井主通風(fēng)機(jī)顯得尤為重要，因此對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)的控制非常具有研究?jī)r(jià)值。 關(guān)鍵詞： 主通風(fēng)機(jī)； PLC。在整個(gè)煤礦的運(yùn)作中以通風(fēng)系統(tǒng)為核心，通風(fēng)系統(tǒng)中最為重要的當(dāng)屬主通風(fēng)機(jī)，因此使礦井 主 通風(fēng)機(jī)合理并且安全高效的運(yùn)行顯得很必要。通過壓力傳感器來實(shí)時(shí)傳輸通風(fēng)管網(wǎng)的壓力信號(hào)給 PLC，通過一定的程序設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn) PLC 控制變頻器改變電源頻率從而改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而改變通風(fēng)量是本論文設(shè)計(jì)的理念，從 而達(dá)到通風(fēng)機(jī)高效穩(wěn)定的節(jié)能運(yùn)行。 ⑷ 功能強(qiáng)大，成本低 現(xiàn)在所有工業(yè)控制 功能需求基本能被 PLC 所 滿足。一般來說 PLC 實(shí)現(xiàn)的控制功能包括以下幾個(gè)方面： ⑴ 順序控制 ⑵ 過程控制 ⑶ 模擬量控制 ⑷ 數(shù)據(jù)處理 ⑸ 通信和網(wǎng)絡(luò)連接 PLC 在礦井通風(fēng)系統(tǒng)上的應(yīng)用也主要是以上的控制功能。變頻器之所以被廣泛應(yīng)用在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中是因?yàn)槠渚哂幸韵绿攸c(diǎn)： ⑴ 可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無極平滑調(diào)速，實(shí)時(shí)滿足礦井的通風(fēng)量要求，提高通風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，變頻節(jié)能效果明顯。 ⑵ 控制系統(tǒng)部分的硬 件設(shè)計(jì)：首先由完成所需電氣器件 PLC，變頻器，傳感器的選型，接著根據(jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能來進(jìn)行 PLC 和變頻器 輸入輸出點(diǎn)的分配，完成輸入輸出的地址分配之后便是對(duì)電氣原理圖的設(shè)計(jì)與繪制，以實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用中電氣接線的工作。 ⑵ 輔助通風(fēng)機(jī) 用來幫助礦井主要通風(fēng)機(jī)克服風(fēng)阻力，增加風(fēng)量的通風(fēng)機(jī)。如果風(fēng)量發(fā)生了變動(dòng)，那么其他的參數(shù)也會(huì)發(fā)生改變，因此可以將主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，功率和效率與風(fēng)量的關(guān)系分別用曲線表示出來，這些曲線便稱為通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性曲線。因此通風(fēng)機(jī)的特性曲線就顯得十分重要，但是個(gè)體特性曲線往往都是通過實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行繪制的，很難通過一定的數(shù)學(xué)方法找出數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系來進(jìn)行模擬。 由于在后面的算法分析和變頻調(diào)速節(jié)能原理闡述中會(huì)利用到另一個(gè)通風(fēng)機(jī)的重要定律：通風(fēng)機(jī)比例定律。但是交流異步電機(jī)不同于直流電機(jī)，它的調(diào)速不如直流電機(jī)那樣簡(jiǎn)單，是因?yàn)榻涣鳟惒诫姍C(jī)是定子通入三相對(duì)稱交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，切割轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流，然后電磁力帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，但是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 的轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速低，這樣才能保證產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，維持電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。下面通過具體的公式來進(jìn)行變壓變頻的分析。變頻器是把 電壓和頻率均為固定值的交流電 變換成電壓，頻率均可 變化值 的交流電，是變頻調(diào)速 中 的控制裝置。為了便于用數(shù)學(xué)方法來分析礦井主通風(fēng)機(jī)的功率與流量和風(fēng)壓之間的關(guān)系，我們需要知道礦井主通風(fēng)機(jī)物理量計(jì)算的另一個(gè)公式： 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 Q/1000*H=N () 式中： N——風(fēng)流功率， KW。在礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)備的經(jīng)濟(jì)問題同樣重要，而這種傳統(tǒng)恒速調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式浪費(fèi)了很多電能。比較矩 形 BH2OQ1 和矩形CH1OQ2 的面積大小，發(fā)現(xiàn)通過增加工作風(fēng) 阻的方式來減小風(fēng)量，在 B 點(diǎn)和 C點(diǎn)功率大小差別不明顯，有可能 NCNB，不具有明顯的節(jié)能效果，還可能增加功率，造成電能的浪費(fèi)。接著又講述了礦井通風(fēng)相關(guān)理論包括礦井通風(fēng)機(jī)的特性曲線，風(fēng)機(jī)比例定律，通過比對(duì)特性曲線說明了對(duì)旋式軸流主通風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)，以及如何通過數(shù)學(xué)方法擬合其在穩(wěn)定工作區(qū)域特性曲線模型方程。對(duì)于緊急的故障采取急停措施，急停功能。 以上完整 的功能要求是接下來系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及選擇的依據(jù)，圍繞這些功能要求進(jìn)行分析是設(shè)計(jì)的根本。 M1M2P L C 變頻器礦用風(fēng)壓傳感器模擬量控制輸出頻率 f1輸出頻率 f1壓力模擬信號(hào)工頻電源 圖 控制系統(tǒng)框圖 通過控制系統(tǒng)的框圖可知，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為 PLC,變頻器，壓力傳感器， 通風(fēng)機(jī)之間相互聯(lián)系作用。風(fēng)機(jī)性能參數(shù)如表 所示，風(fēng)機(jī)實(shí)物圖如圖 所示 表 風(fēng)機(jī)性能參數(shù)表 風(fēng)量（ m179。 ⑴ S7200 的構(gòu)成 其主要硬件構(gòu)成部分為：中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等，如圖 所示 為其硬件組成圖 SBSQSA輸入單元輸出單元CPU存儲(chǔ)器電源編程器或其他編程設(shè)備KMYVHL 圖 S7200PLC 的硬件組成 與計(jì)算機(jī)的 CPU 一樣， S7200 中的 CPU 是其核心硬件，用來按照預(yù)先編好的系統(tǒng)程序和存入其中的數(shù)據(jù)來處理各種數(shù)據(jù)和信息。編程設(shè)備是用戶編輯，調(diào)試，輸入用戶程序的工具。 在了解了 S7200PLC 的構(gòu)成和工作原理后，下面可以簡(jiǎn)單的了解一 下 S7200中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 系列下面各種 CPU 型號(hào)的產(chǎn)品分類。 S7200 CPU224 端子的說明 :為了更好的去使用 CPU 224，需要對(duì)其外部端子的作用有一定的了解，圖 為其外部端子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 S72 00 C PU22 41L 2L 3L N L11M 2M M L+圖 S7200 CPU224 外部端子圖 圖中 L1,N 端子是為了 PLC 接工作電源的，一 般其接外部交流電源 ，該電源的允許范圍為 85~264V（ AC）。被驅(qū)動(dòng)的主通風(fēng)機(jī)為對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，其額定功率為 290KW，為了保證一定的富余量，變頻器容量應(yīng)選擇在 200KW 左右?？梢杂脿顟B(tài)顯示屏幕（ SDP），基本操作板（ BOP） ,高級(jí)操作板（ AOP）修改參數(shù)。在抽出式通風(fēng)中，任意風(fēng)流點(diǎn)的相對(duì)全壓為負(fù)值。2 ％ FS 分辨率 輸出信號(hào) 電流： 1～ 頻率 5～ 15Hz。 MO,VO,IO 為模擬量輸出端子，輸出電壓大小為 10V~10V，電流輸出大小為 0~20mA。首先根據(jù)具體需要實(shí)現(xiàn)的功能，詳細(xì)的功能要求已經(jīng)在本章第一節(jié)中具體講述了。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 表 變頻器 I/O 地址分配表 主通風(fēng)機(jī)變頻器 備用風(fēng)機(jī)變頻器 端子 參數(shù) 功能名稱 對(duì)應(yīng)的PLC 端子 端子 參數(shù) 功能名稱 對(duì)應(yīng)的PLC 端子 AIN+ P0707=0 模擬量信號(hào)輸入 VO AIN+ P0707=0 模擬量信號(hào)輸入 VO AIN MO AIN MO DIN1 P0701=1 電機(jī)正向運(yùn)行 DIN1 P0701=1 電機(jī)正向運(yùn)行 DIN3 P0703=9 變頻器故障 DIN3 P0703=9 變頻器故障 9(ISO) 電源 2L 9(ISO) 電 源 3L 19 P0731= 變頻器輸出故障 L+ 19 P0731= 變頻器輸出故障 L+ 20 20 PLC 控制系統(tǒng)電氣柜控制原理圖繪制與說明 在分配好 PLC 和變頻器的 I/O 地址以后，我們可以進(jìn)行電氣原理圖的設(shè)計(jì)和繪制。 QS1,QS2， QS3,QS4 為隔離空氣開關(guān)具有熔斷保護(hù)措施， QS1 為整個(gè)系統(tǒng)的供電開關(guān)，只有其閉合時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)各電氣設(shè) 備才能供電，因此其可以作為總閘使用，緊急情況需要系統(tǒng)停止時(shí)可以不受 PLC 控制切斷系統(tǒng)。其中 KM1 控制通斷的電路完成控制主通風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。SB4 接入 ,其功能是解除變頻器故障，復(fù)位。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 S7200 CPU2241L0.00.10.20.32L0.40.50.63L0.71.01.1NL11M0.00.10.20.30.40.50.60.72M1.01.11.21.31.41.5ML+EM235RAA+ARBB+BRCC+CRDD+DML+MOVOIO增益偏移量配置L1L2L319209(ISO)UVWAIN1+AIN1FR1L1L2L319209(ISO)UVWAIN1+AIN1DIN1DIN3FR2QS1FU1DIN1DIN3壓力傳感器KM1KM2KM3KM4SB1SB2SB3SB4M1M2KM3KM1KM4KM2L1L2 L3NM1M2HL1HM1QS2QS3MM430MM430SB5圖 礦井主通風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng) PLC 電氣控制柜原理圖 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24