【正文】 SB4 接入 ,其功能是解除變頻器故障，復(fù)位。 QS1,QS2， QS3,QS4 為隔離空氣開(kāi)關(guān)具有熔斷保護(hù)措施， QS1 為整個(gè)系統(tǒng)的供電開(kāi)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)。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。2 ％ FS 分辨率 輸出信號(hào) 電流： 1～ 頻率 5～ 15Hz?？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)。 S7200 CPU224 端子的說(shuō)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）。編程設(shè)備是用戶(hù)編輯，調(diào)試，輸入用戶(hù)程序的工具。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。 以上完整 的功能要求是接下來(lái)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。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(xiàn)，風(fēng)機(jī)比例定律，通過(guò)比對(duì)特性曲線(xiàn)說(shuō)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(guò)數(shù)學(xué)方法擬合其在穩(wěn)定工作區(qū)域特性曲線(xiàn)模型方程。在礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)備的經(jīng)濟(jì)問(wèn)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。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。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(chēng)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)。因此通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn)就顯得十分重要，但是個(gè)體特性曲線(xiàn)往往都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行繪制的，很難通過(guò)一定的數(shù)學(xué)方法找出數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系來(lái)進(jìn)行模擬。 ⑵ 輔助通風(fēng)機(jī) 用來(lái)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)。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(wú)極平滑調(diào)速，實(shí)時(shí)滿(mǎn)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。 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(mǎn)足。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。 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(kāi)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。 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)。 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)。 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) 。 ⑶ 局部通風(fēng)機(jī) 為了滿(mǎn)足礦井下某一局部點(diǎn)通風(fēng)需要的通風(fēng)機(jī)。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。交流異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)原理決定了它調(diào)速的復(fù)雜性，在電機(jī)與拖動(dòng)這門(mén)課程中介紹過(guò)交中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的公式： p sfn )1(60 ?? () 式中： n——電機(jī)的轉(zhuǎn)速， r/min。 變頻器按照其結(jié)構(gòu)的不同可以分為交 直 交變頻器和交 交變頻器。下面通過(guò)主通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn)來(lái)比 對(duì)恒速調(diào)節(jié)與變頻調(diào)速調(diào)節(jié)的能耗。然后又通過(guò)電機(jī)學(xué)中的電機(jī)理論簡(jiǎn)單的說(shuō)明了變頻調(diào)速的基本原理以及調(diào)速方式，之后又簡(jiǎn)單的介紹了一下變頻器。 礦井主通風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)方案的選擇與分析 根據(jù)上面的功能要求，可以得知系統(tǒng)中 應(yīng) 該具有兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)，變頻器， 報(bào)警鈴和 報(bào)警 燈，為了根據(jù)通風(fēng)量來(lái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，需要添加一種檢測(cè)裝置。/s） 靜壓（ Pa） 功率（ kw） ～ 1330～ 3840 290 圖 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī) 此 通風(fēng)機(jī) 采用了對(duì)旋式結(jié)構(gòu)，兩機(jī)葉輪互為反向旋轉(zhuǎn)，可以大大提高通風(fēng)機(jī)工作效率，風(fēng)機(jī)最高裝置靜壓效率可達(dá) 86%以上 。PLC 內(nèi)部的電源是供給內(nèi)部電路使用。 L+,M為 PLC向外輸出的直流電源 24V(DC)/400mA直流電源，其中 L+為電源正極， M 為電源負(fù)極，該電源可以作為輸入端的電源使用，也可以向其他傳感器提供電源。在MM430 變頻器的使用手冊(cè)中，有參數(shù)設(shè)置表，我們可以根據(jù)這些參數(shù)設(shè)置表中的具體功能來(lái)實(shí)現(xiàn)目的。5～ 155Hz。根據(jù) CPU224 的具體端子數(shù)量，將具體的 I/O 地址分配如下表 。 QS2 為給 PLC 供電的開(kāi)關(guān)，可以切斷對(duì) PLC 的供電。 SB5 接入 ，功能是啟動(dòng)備用通風(fēng)機(jī)。 SB3 接入 ,其功能是開(kāi)啟通風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。 主電路控制部分接線(xiàn)說(shuō)明：其中 L1,L2,L3 代表從變電站引過(guò)來(lái)的 50HZ 工頻交流電，線(xiàn)電壓為 380V。 S7200PLC 與 MM430 變頻器 I/O 口地址的分配 完成了主要 電氣設(shè)備的選型與使用方法過(guò)后，我們?cè)诶L制電氣原理圖之前需要將 S7200PLC 與 MM430 變頻器的 I/O 口地址的分配完成。其主要參數(shù)如下表所示 表 KG3033 性能參數(shù)表 測(cè)量范圍 0～ 基本誤差 177。 MM430 變頻器的調(diào)試： MM430 變頻器設(shè)置值一般由廠(chǎng)家調(diào)好，如果不適用于用戶(hù)設(shè)備，用戶(hù)可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)，來(lái)調(diào)整出適合自己的參數(shù)設(shè)置。 由 于本設(shè)計(jì)中的 I/O 點(diǎn)數(shù)不是很 多 ，因此可選用 CPU 224，不會(huì)造成 I/O 點(diǎn)數(shù)的浪費(fèi)，更加經(jīng)濟(jì)。 S7200 通過(guò)輸入單元進(jìn)行接收外部工作信號(hào)，如開(kāi)關(guān)開(kāi)斷的信號(hào)，通過(guò)外部輸出單元可以驅(qū)動(dòng)某些電氣設(shè)備，如接觸器，電燈，電磁閥等實(shí)現(xiàn)某些現(xiàn)場(chǎng)工作。 本設(shè)計(jì)中選用 FBCDZ 系列中的對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，產(chǎn)自淄博風(fēng)機(jī)廠(chǎng)，型號(hào)為 FBCDZYBFZ280M4,其配用電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為 1480r/min,電機(jī)額定電壓為380V。 ⑹ 當(dāng)系統(tǒng)的變頻器發(fā)生故障的時(shí)候，可以通過(guò)報(bào)警鈴和報(bào)警燈提示工作人員發(fā)生了故障，并且對(duì)于發(fā)生的故障可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位，消除故障，解除報(bào)警鈴和報(bào)警燈。 本章小結(jié) 本章首先介紹了礦井通風(fēng)機(jī)的初步知識(shí)，包括礦井通風(fēng)機(jī)的分類(lèi)，引出主通風(fēng)機(jī)有對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)和離心式通風(fēng)機(jī)。但是礦井開(kāi)采過(guò)程中，由于不斷進(jìn)行生產(chǎn)量的擴(kuò)大，礦井通風(fēng)機(jī)的負(fù)載是不斷發(fā)生改變的，恒速調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式不足以滿(mǎn)足風(fēng)量需求。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 變頻 器的簡(jiǎn)介 通過(guò)提出了改變定子電源頻率的調(diào)速方法，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器這種電氣設(shè)備便問(wèn)世了。 變頻調(diào)速原理及變頻器簡(jiǎn)介 交流異步電機(jī)調(diào)速原理簡(jiǎn)介 在如今的工業(yè)生產(chǎn)中交流電機(jī) 應(yīng)用 越來(lái)越廣泛，交流電機(jī)的體積小，重量輕，運(yùn)行穩(wěn)定等性能特點(diǎn)值得人們青睞。 每一臺(tái)通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線(xiàn)都有所不同，我們可以通過(guò)特性曲線(xiàn)在一定轉(zhuǎn)速條件下，已知通風(fēng)量 Q，可以求得功率 N，效率 η，風(fēng)壓 H 來(lái)選擇適合風(fēng)機(jī)工中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 作的工況點(diǎn)，選擇合適的工況點(diǎn)要考慮到經(jīng)濟(jì)方面和安全方面。主通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)中耗電最大的設(shè)備，所以對(duì)其選用必須考慮到安全、經(jīng)濟(jì)方面。通風(fēng)機(jī)是煤礦電氣設(shè)備中耗電量最大的設(shè)備之一，利用變頻器使得通風(fēng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行就顯得十分重要，根據(jù)生產(chǎn)要求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)節(jié)通風(fēng)量，降低能源的損耗。 ⑶ 編程方便，易于實(shí)用 其編程語(yǔ)言采用與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類(lèi)似的梯形圖語(yǔ)言，這種語(yǔ)言形象直觀(guān)，容易 被工作人員接受 ， 不需要專(zhuān)業(yè)的編程語(yǔ)言知識(shí)，短時(shí)間內(nèi)可以掌握并應(yīng)用到工作中。據(jù)統(tǒng)計(jì)大多數(shù)煤炭安全事故大多數(shù)誘因?yàn)榈V井通風(fēng)系統(tǒng)的不完善和不合理。傳統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)控制方法采用恒轉(zhuǎn)速方式，通過(guò)改變通風(fēng)管網(wǎng) 風(fēng) 阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)增加或者減小風(fēng)量，這樣做雖然可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)量的改變，但是這種方式造成了很多不必要的電能的浪費(fèi)，不利于工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。軸流式通風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)固可靠，噪聲低，運(yùn)行效率高的特點(diǎn)。如今的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制同樣有 PLC 的身影。 ⑶ 降低電力線(xiàn)路的電壓波動(dòng)，防止同一電路網(wǎng)絡(luò)中的其他電氣備受到影響 ⑷ 變頻器自身的保護(hù)設(shè)施齊全，其使用壽命較長(zhǎng) ⑸ 受控的停止方式，減少電機(jī)沖擊，整個(gè)系統(tǒng)更加可靠。 本設(shè)計(jì)論文主要圍繞礦井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，而礦用主要通風(fēng)機(jī)按照其構(gòu)造和工作原理的不同可以分 為離心式通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)，其中軸流式通風(fēng)機(jī)又可以分為普通式和對(duì)旋式兩種通風(fēng)機(jī)。采用二次或者三次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合的方程可以滿(mǎn)足工程實(shí)際的需要。 f——定子電源的頻率， Hz。交流變頻器是將電網(wǎng)的交流電通過(guò)整流電路整流成直流電，經(jīng)過(guò)中間的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，最后 通過(guò) 逆變電路將直流電 變換 成頻率和電壓均可變 化 的交流電。圖 為主通風(fēng)機(jī) QH 及風(fēng)阻特性曲線(xiàn)。最后通過(guò)礦井通風(fēng)機(jī)原理和變頻調(diào)速原理綜合的分析了變頻 調(diào)速的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。直接對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)在工程上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，但是本論文設(shè)計(jì)中是利用測(cè)量風(fēng)壓間接測(cè)量通風(fēng)量的方法，因此我們需要一種檢測(cè)裝置 壓力傳感器來(lái)間接檢測(cè)通風(fēng)量（具體算法會(huì)在后面的內(nèi)容中涉及）。 扭轉(zhuǎn)了我國(guó)礦山主扇運(yùn)行效率低的狀況，可節(jié)約大量電能，符合本設(shè)計(jì)突出的節(jié)能要求。 ⑵ S7200 的工作原理 S7200PLC 是按照集中輸入集中輸出，周期性循環(huán)掃描工作的。 14 個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)字輸入點(diǎn)， ~,~,可以接入開(kāi)關(guān)。簡(jiǎn)單的舉一個(gè)例子，通過(guò) SDP 來(lái)進(jìn)行電機(jī)的啟停調(diào)試，MM430 的數(shù)字輸入端子 5，可以啟停電機(jī)控制，通過(guò)查找使用手冊(cè)參數(shù)設(shè)置表，當(dāng)參數(shù)設(shè)置值 P0701=1 時(shí)，電機(jī)狀態(tài)為 ON，正向運(yùn)行。200～ 1000Hz 工作參數(shù) 工作電壓： 12～ 工作電流： 80mA 在后面的程序編寫(xiě)過(guò)程中會(huì)利用到上面的測(cè)量范圍和輸出信號(hào)參數(shù)值，因此在這里插入此表。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 表 PLCI/O 地址分配表 輸 入 信 號(hào) 功能名稱(chēng) 地址編號(hào) 輸 出 信 號(hào) 功能名稱(chēng) 地址編號(hào) 停止 主風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行 自動(dòng)變頻運(yùn)行 備用風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行 工頻運(yùn) 行 主風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行 解除變頻器故障 備用風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行 主風(fēng)機(jī)變頻器故障輸入信號(hào) 主風(fēng)機(jī)變頻器變頻輸入 備用風(fēng)機(jī)變頻器故障輸入信號(hào) 主風(fēng)機(jī)變頻器變頻輸入 開(kāi)啟備用風(fēng)機(jī)運(yùn)行 備用風(fēng)機(jī)變頻器變頻輸入 負(fù)壓傳感器風(fēng)壓信號(hào) AIW0 備用風(fēng)機(jī)變頻器變頻輸入 變頻器故障報(bào)警 PLC 的 I/O 地址分配好以后，還需要對(duì) MM430 變頻器進(jìn)行 I/O 地址分配。煤礦礦井通風(fēng)有時(shí)會(huì)要求主通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，這時(shí)一般是緊急事故：例如礦井發(fā)生火災(zāi)，這時(shí)要求礦井主通風(fēng)機(jī)工頻反轉(zhuǎn)。 具體按鈕功能對(duì)照表如表 所示。 SB2 接入 ,其功能是開(kāi)啟通風(fēng)機(jī)自動(dòng)變頻運(yùn)行。整個(gè)礦井主通風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 電氣控制柜原理如圖 所示。具體 DIP 開(kāi)關(guān)表可以去查詢(xún) EM235 的使用手冊(cè)，由于前面選擇的負(fù)壓傳感器的量程為 1~5mA，查詢(xún) DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)定表可知，對(duì)應(yīng)的 DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)定分別為 ON,OFF,OFF,OFF,OFF,ON。 KG3033 適用于煤礦井下測(cè)量風(fēng)門(mén)內(nèi)外、密閉內(nèi)外和風(fēng)筒內(nèi)外壓力差，以及礦井主扇通風(fēng)壓力等，具有一定的防爆性能。對(duì) 于這些端子的具體位置可以參照產(chǎn)品的使用手冊(cè)中接線(xiàn)圖。 CPU 226 集成 24 輸入 /16 輸出，和 CPU 224 相比存儲(chǔ)量更加大，常常用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的控制系統(tǒng)。輸入輸出單元即 I/O 單元，用來(lái)將 PLC和 外部電氣設(shè)備 之間進(jìn)行連接。本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)小型煤礦， 現(xiàn) 年產(chǎn)量 30 萬(wàn)噸 ,中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 但是年產(chǎn)量還在逐年增加，在選用風(fēng)機(jī)時(shí)要考慮到一定的富余量。 ⑸ 備用通風(fēng)機(jī)也應(yīng)該具有變頻與工頻兩種狀態(tài)，并可以通過(guò)手動(dòng)按鈕進(jìn)行切換控制。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果可以說(shuō)明，由變頻調(diào)速來(lái)減少通風(fēng)量至一半，可以將通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率改變至原來(lái)運(yùn)行功率的 倍，節(jié)省 了約 %的電能，隨著改變通風(fēng)量的大小不同，節(jié)能計(jì)算量也有所不同，但是總體來(lái)講依然具有非常可觀(guān)的節(jié)能效果，經(jīng)濟(jì)效果十分良好。 傳統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)方式是恒速下改變主通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻特性曲線(xiàn)，通過(guò)改變軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片安裝角度，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)來(lái)改變風(fēng)阻進(jìn)而改變通風(fēng)量。然而在基頻以上進(jìn)行調(diào)速時(shí)由于需要定子電壓維持在額定電壓，此時(shí)就不能保證電機(jī)的磁通不變，這種調(diào)速方式屬于恒功率