【文章內(nèi)容簡介】 承運(yùn)行情況的正常與否。具體測試方法為：通過安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動烈度信號，經(jīng)過振動變送器送到PLC中，以便實(shí)時監(jiān)控電動機(jī)的運(yùn)行情況。通過風(fēng)機(jī)振動位移和振動周期可以反映風(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。常用的振動測量傳感器有電渦流式傳感器、速度式傳感器、加速度式傳感器。根據(jù)所需測量的參數(shù)要求，一般在選用時應(yīng)考慮以下因素：若需測量振動位移值則應(yīng)選用電渦流式傳感器；若需測量振動速度或烈度值則應(yīng)選用速度式傳感器；若需測量振動加速度值則應(yīng)選用加速度式傳感器。經(jīng)過比較之后，本系統(tǒng)選擇南京東大測振儀器廠生產(chǎn)的MT3T型電磁式速度傳感器。其技術(shù)指標(biāo)如下：測量范圍：15～1000Hz靈敏度：30mv/mm/s精度：線性誤差：≤177。%測量方向：水平或垂直電源：177。12V DC，20mA容許加速度：沿工作方向：10g連續(xù)橫向：30g短時此外，在檢測機(jī)械振動參數(shù)時，還需要有變送器和檢測儀表將測量的振動參數(shù)轉(zhuǎn)換成420mA的直流電流信號或05V的電壓信號，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場安裝的需要，以及增強(qiáng)報警和顯示等功能，又選擇了南京東大測振儀器廠生產(chǎn)的與MT3系列磁電式振動速度傳感器配套使用的30ZXPJ210型振動速度監(jiān)控裝置。該監(jiān)控儀主要用于對轉(zhuǎn)速600～6000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動烈度進(jìn)行長期監(jiān)測當(dāng)振動值超限時，本儀器可外接聲光報警器以提示現(xiàn)場操作人員采取防范措施。其具體參數(shù)如下：(1)量程：0～10mm/s，0～20mm/s，0～50mm/s(均方根值)(2)頻率范圍：10～1000Hz(3)信號輸入：MT3系列磁電式振動速度傳感器的信號(4)靈敏度：30mV/mm/s≤3%(5)儀表顯示顯示方式：高分辨率LCD顯示，精確度177。1％(6)信號輸出：電流輸出4～20mA，輸出負(fù)載≤500Ω(7)精確度：177。%(8)報警輸出：警告、危險兩極報警；(9)繼電器節(jié)點(diǎn)容量：DC30V/1A，AC125V/(10)使用電源：AC220V/50HZ177。10%20W電氣參數(shù)指配套電機(jī)的負(fù)載和空載的電流、電壓、勵磁電流和電壓、功率、功率因數(shù)等。電量參數(shù)監(jiān)測采用EDA9033電量參數(shù)監(jiān)測模塊。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。在該系統(tǒng)中，PLC通過CP341模塊與EDA9033通過MODBUSRTU協(xié)議進(jìn)行通信，所以電氣參數(shù)通過由安裝在各開關(guān)柜內(nèi)的智能儀表單元與PLC以通訊的方式得到。溫度傳感器選用Pt100鉑電阻傳感器。該傳感器利用金屬鉑在溫度變化時自身阻值也隨之改變的特性來測量溫度，能夠準(zhǔn)確的測出軸承或定子的溫度并將它們傳給PLC 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)被測介質(zhì)中存在溫度梯度時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。這中溫度傳感器的特點(diǎn)：耐振動，可靠性高，同時具有精確的靈敏性，穩(wěn)定性好等。其性能指標(biāo)如下：連續(xù)監(jiān)測風(fēng)機(jī)工作時的軸承溫度和電機(jī)的軸承溫度，也是風(fēng)機(jī)工況監(jiān)測的一項重要任務(wù)。溫度參數(shù)檢測時，主要由溫度檢測元件和變送器、電壓調(diào)理電路構(gòu)成的檢測電路與PLC進(jìn)行通信，將溫度參數(shù)上傳至工控機(jī)。常用的溫度檢測傳感器有熱電阻式熱電傳感器、熱電偶式傳感器和熱敏電阻傳感器等。熱敏電阻傳感器雖然價格低廉，但由于它們的阻值對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。熱電偶式傳感器在中溫或高溫外露條件使用時的穩(wěn)定性不如熱電阻式傳感器。對于控制條件下校驗熱電偶性能，其可移動性或測試行較差。熱電偶外露線必須使用溝環(huán)才能與熱電偶儀器或控制設(shè)備相連。當(dāng)周圍溫度變化時，所使用的儀器導(dǎo)線(鍍銅)將會帶來測量誤差。因此，結(jié)合本系統(tǒng)的監(jiān)測要求，選擇熱電阻式熱電傳感器檢測風(fēng)機(jī)溫度。在目前廣泛使用的熱電阻中，鉑電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐溫高，易提純，因而通常采用鉑電阻作為一般溫度計量儀器的溫標(biāo)基準(zhǔn)。按照不同測點(diǎn)對溫度測量范圍的要求，本系統(tǒng)選擇日本林電的PT100鉑電阻，具體型號選擇如下：測點(diǎn)型號測量范圍風(fēng)機(jī)主軸承溫度STTSAIT0~150℃電機(jī)軸承溫度STTSAIT350~200℃電機(jī)三相繞組溫度STTSAIT350~200℃另外，在檢測溫度參數(shù)時，還需要有變送器將測量的溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成420mA的電流信號或05V的電壓信號，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場安裝的需要，選擇性能/價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：Pt100、Pt1000、Cu50、K、E、S供電電壓：24V負(fù)載電阻：0～500Ω輸出信號：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)、繼電器的動作信號，如：泵站電機(jī)運(yùn)行、主電機(jī)正反向合閘反饋、制動器限位開關(guān)、風(fēng)門的打開和關(guān)閉、風(fēng)門過力矩、葉片執(zhí)行器自動以及測振器報警等。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出開關(guān)量主要包括：泵站電機(jī)控制、風(fēng)門打開和關(guān)閉控制、主電機(jī)正反向合閘、主電機(jī)正反向分閘、主電機(jī)正反向跳閘、制動器控制以及聲光報警等。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。 變頻調(diào)速近幾年來，隨著電力電子技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的價格不斷下降，其可靠性和功能性得到了不斷提高和完善，使其在水泵、風(fēng)機(jī)、電梯等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。通風(fēng)機(jī)在煤礦上的使用占有很大的份量，是煤礦生產(chǎn)中最大的耗電設(shè)備，采用傳統(tǒng)的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，流失大量電能，因此變頻器在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用很有必要。一般地來講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風(fēng)機(jī)上，具有以下的功能和優(yōu)點(diǎn)：(l)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速，及時滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)省大量的電能損耗。(2)限制風(fēng)機(jī)的啟動電流，減少啟動時的峰值功率損耗，消除電機(jī)起動和停止時，對機(jī)械和電氣元件的沖擊，延長其使用壽命。(3)PLC控制技術(shù)和變頻器結(jié)合使用，可以使通風(fēng)系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能和高可靠性，減少通風(fēng)機(jī)的檢修和維護(hù)的工作量，節(jié)約設(shè)備的費(fèi)用。(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。交流異步電機(jī)以其體積小、重量輕、價格低廉、運(yùn)行性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械的電力傳動中應(yīng)用最為普遍。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。經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，出現(xiàn)了許多交流電機(jī)的調(diào)速方式，如異步電機(jī)的變極調(diào)速、定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。目前，使用最廣泛，效果最好的還是變頻調(diào)速，變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機(jī)調(diào)速困難的問題得以解決。由電動機(jī)的拖動原理，可知交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為: (21)由上式(21)、(22)和(23)可以看出，如果改變輸入到異步電機(jī)定子繞組的電源頻率f1，就可以改變異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速ns和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n由電機(jī)學(xué)知識可知，交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速ns，而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。當(dāng)電源頻率f1增加時，同步轉(zhuǎn)速增加，交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n也增加。反之，當(dāng)電源頻率f1降低，同步轉(zhuǎn)速ns降低，交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n也降低。這種通過改變電源頻率來改變交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式稱為變頻調(diào)速。在變頻調(diào)速技術(shù)中，使用變頻器向電動機(jī)提供頻率可變的電源，去改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。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)。圖4 風(fēng)機(jī)及管網(wǎng)的H－Q特性曲線圖圖4中曲線1為風(fēng)機(jī)開始調(diào)節(jié)前的風(fēng)壓一風(fēng)量(H一Q)特性曲線，曲線a為管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線(管網(wǎng)阻力最小)。假設(shè)風(fēng)機(jī)設(shè)計工作在A點(diǎn)效率最高，輸出風(fēng)量Q1為100%，對應(yīng)的軸功率N1從與風(fēng)量Q1和風(fēng)壓H1的乘積面積AH1OQ1成正比。如果生產(chǎn)要求風(fēng)量從Q1減少到Q2時，若采用關(guān)小風(fēng)機(jī)管路閥門的方法調(diào)節(jié)，相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性曲線變化到b，系統(tǒng)工況點(diǎn)也由A點(diǎn)變到B點(diǎn)。從圖中可以看出，風(fēng)量雖然減小了，風(fēng)壓反而增加了，代表軸功率的面積BH2OQ2比調(diào)節(jié)前減少不多。 若采用變頻調(diào)速控制局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，風(fēng)壓－風(fēng)量特性變?yōu)榍€2，系統(tǒng)工況也由A點(diǎn)變到C點(diǎn)，代表軸功率的面積CH3OQ2比采用前一種方法調(diào)節(jié)顯著減少，兩者之差即是節(jié)省的氣體功率。當(dāng)通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時，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： 、—通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min； 、—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa； 、—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，W。由以上的比例關(guān)系，可以看出風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。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。根據(jù)上述變頻調(diào)速的原理，礦井通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。的改變，可以通過改變通風(fēng)機(jī)輸入電源的頻率f1來改變，這一過程可以通過變頻器來完成。變頻器按結(jié)構(gòu)來分，分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩種。交一交變頻器可將工頻交流電直接轉(zhuǎn)變成頻率和電壓均可控制的交流電，又稱為直接變頻器。交一直一交變頻器是把工頻交流電經(jīng)整流器先轉(zhuǎn)換成直流電，然后經(jīng)濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可控制的交流電，又稱為間接變頻器。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。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種(2)逆變器逆變器即是負(fù)載側(cè)的變流器，它的主要作用在控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)變成頻率、電壓調(diào)節(jié)后的交流電，輸出給外部設(shè)備。六個半導(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。(3)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)又稱為中間儲能環(huán)節(jié)，這是因為逆變器的負(fù)載多為感性負(fù)載，其功率因數(shù)小于1，使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間存在著無功率的交換。這種無功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來進(jìn)行緩沖(4)控制電路控制電路是變頻器的核心，它通常由運(yùn)算電路、檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路和保護(hù)電路等組成，其作用主要是完成對逆變器的開關(guān)控制和頻率控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等 PLC控制變頻器的方式在許多工程應(yīng)用中，為了提高控制系統(tǒng)的自動化水平，需要把PLC和變頻器結(jié)合起來使用，對異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制?？偟膩碚f，PLC控制變頻器的方式主要有以下三種方式：(1)頻率輸出控制端子的邏輯組合方式大多數(shù)變頻器都有幾個不同的頻率輸出控制端子，我們可以通過變頻器參數(shù)的設(shè)定，設(shè)置控制端子不同的頻率輸出。通過對變頻器控制端子邏輯輸入口的邏輯組合，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停控制和輸出頻率的改變網(wǎng)。其邏輯組合控制是用PLC的輸出去控制變頻器控制端子的ON/OFF狀態(tài)，使變頻器輸出不同頻率的電源，進(jìn)而控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。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)的無級平滑調(diào)速。因此，這種控制方式只適合不需要電機(jī)連續(xù)調(diào)速就能滿足生產(chǎn)要求的場合。(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。通過串行電纜把PLC和變頻器的RS485通訊接口連接起來，用通訊的方式把頻率由PLC傳給變頻器，這就是PLC控制變頻器的通訊方式。在這種控制方式中，要占用PLC的一個通訊接口，如果PLC的通訊接口為RS232接口，加一個轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485接口就可以了。如PLC通過通訊的方式來監(jiān)控變頻器，可以傳送大量的信息，連續(xù)地監(jiān)控多臺變頻器，還可以通過通訊修改變頻