【文章內(nèi)容簡介】 部設(shè)備所需的強電信號。 (4)電源單元 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 電源單元是 PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成 CPU、存儲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。 (5)外設(shè)接口與擴展接口 PLC 可以通過外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機、 PLC 或計算機相連 。擴展接口用于將擴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。 PLC 的工作原理 PLC 采用一種不同于一般微型計算機的運行方式即循環(huán)掃描技術(shù)，循環(huán)掃描技術(shù)是指當(dāng) PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段 輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個階段稱作一個掃描周期，在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，各個階段的功能如下： (l)輸入采樣階段： PLC 將掃描的輸入端子的狀態(tài)存入映像寄存器，然后進入程序執(zhí)行階段，在此 階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，一直到下一個掃描周期的輸入采樣階段。 (2)程序執(zhí)行階段： PLC 根據(jù)讀入的輸入映像寄存器中的信號狀態(tài)，按一定的掃描原則執(zhí)行用戶編寫的程序，然后把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像寄存器中。 (3)輸出刷新階段：當(dāng)所有的程序指令執(zhí)行完后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段被轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后一次性的由輸出端子輸出，驅(qū)動外部負載。 本系統(tǒng)現(xiàn)場使用的傳感器較多，如壓力、溫度、振動及轉(zhuǎn)速等。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、輸出標準電流信號 4～ 20 mA 的傳感器，直接采集現(xiàn)場信號，并配以二線制 RVVP 電纜單獨傳送，以進一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。其結(jié)構(gòu)如圖 3所示： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 圖 3 傳感器與 PLC擴展模塊的連接 風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測 (這里主要測靜壓 ) 一般都是采取鉆孔取壓法，測點選擇在風(fēng)機的入口，將取得的壓力信號通過壓力傳感 (變送 )器轉(zhuǎn)換成電信號。 壓力傳感器的選型需考慮礦井通風(fēng)機最大風(fēng)壓及測量精度的要求。本設(shè)計中選用CYBZI 系列中量程為 03KPa 的壓力傳感器。 CYBZI 系列微差壓 變送器采用進口高精度、高穩(wěn)定性微壓力敏芯片，經(jīng)嚴格精密的溫度補償，線性補償，信號放大， V/I 轉(zhuǎn)換，逆極性保護，壓力過載限流等信號處理，將很微小的差壓信號可靠的轉(zhuǎn)換成工業(yè)標準的420mA 電流或 0~10V 電壓信號輸出，可測小于 100Pa 的壓力 其主要技術(shù)指標： 測量范圍 03Kpa 零點漂移 %FS4h 測量介質(zhì) 非腐蝕性氣體 零點溫度漂移 %/CFS 輸出信號 標準量程的 倍 非線性 %FS 輸出信號 420mA 遲滯 %FS 供電 24VDC 重復(fù)性 %FS 精度 % 溫度范圍 20+85 2風(fēng)量 風(fēng)量參數(shù)是利用風(fēng)機入口靜壓差及入口溫度計算得來的。計算公式： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 式中 錯誤 !未找到引用源。 為 CP201 測量到靜壓， 錯誤 !未找到引用源。 為入口壓力CP202(表壓 )的絕對值 (正值 )， 錯誤 !未找到引用源。 為入口溫度，系數(shù) k 因風(fēng)機參數(shù)的不同而異。風(fēng)量監(jiān)測采用 KGF2型礦用智能風(fēng)量傳感器。 對于負壓參數(shù) 的采集主要用于與設(shè)定的負壓值進行比較，調(diào)整風(fēng)機的運行頻率 ,使風(fēng)機運行在指定的工況點，實現(xiàn)通風(fēng)機的閉環(huán)控制。 振動參數(shù)的檢測 風(fēng)機軸承的振動監(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峰值、均方根值或均值，將這些測量值與事先標定出的允許門檻值作比較，指示出軸承運行情況的正常與否。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，以便實時監(jiān)控電動機的運行情況。通過風(fēng)機振動位移和振動周期可以反映風(fēng)機潛在的故障，避免風(fēng)機停機等嚴重故障發(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，以及增強報警和顯示等功能，又選擇了南京東大測振儀器廠陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 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)機械的振動烈度進行長期監(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)點容量： DC30V/1A， AC125V/ (10)使用電源： AC220V/50HZ177。 10%20W 電氣參數(shù)的檢測 電氣參數(shù)指配套電機的負載和空載的電流、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。 電機軸承和定子溫度檢測 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：耐振動，可靠性高，同時具有精確的靈敏性，穩(wěn)定性好等。其性能指標如下： 連續(xù)監(jiān)測風(fēng)機工作時的軸承溫度和電機的軸承溫度，也是風(fēng)機工況監(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進行通信，將溫度參數(shù)上傳至工控機。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，故熱陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 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 計量儀器的溫標基準。按照不同測點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 型號 測量范圍 風(fēng)機主軸承溫度 STTSAIT 0~150℃ 電機軸承溫度 STTSAIT3 50~200℃ 電機三相繞組溫度 STTSAIT3 50~200℃ 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 開關(guān)量檢測 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：泵站電機運行、主電機正反向合閘反饋、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 ：泵站電機控制、風(fēng)門打開和關(guān)閉控制、主電機正反向合閘、主電機正反向分閘、主電機正反向跳閘、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，在此不進行討論。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 變頻調(diào)速 變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機上的應(yīng)用概述 近幾年來，隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(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、電梯等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。通風(fēng)機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)機運行效率低，流失大量電能，因此變頻器在礦井通風(fēng)機上的應(yīng)用很有必要。一般地來講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風(fēng)機上，具有以下的功能和優(yōu)點： (l)可以實現(xiàn)風(fēng)機的無級平滑調(diào)速，及時滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，提高風(fēng)機的運行效率，節(jié)省大量的電能損耗。 (2)限制風(fēng)機的啟動電流，減少啟動時的峰值功率損耗，消除電機起動和停止時，對機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)機的檢修和維護的工作量，節(jié)約 設(shè)備的費用。 (4)變頻器自身的保護功能齊全，有欠電壓保護、過電壓保護、過電流保護、短路保護、風(fēng)機軸承過熱保護等，使風(fēng)機安全運行的可靠性得到大大提高。 變頻調(diào)速的基本原理 交流異步電機以其體積小、重量輕、價格低廉、運行性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在機械的電力傳動中應(yīng)用最為普遍。但是交流電機不象直流電機那樣，可以很方便地進行調(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)了許多交流電機的調(diào)速方式，如異步電機的變極調(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，使交流電機調(diào)速困難的問題得以解決。 由電動機的拖動原理，可知交流異步電機的轉(zhuǎn)速表達式為 : (21) 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 由上式 (21)、 (22)和 (23)可以看出，如果改變輸入到異步電機定子繞組的電源頻率 錯誤 !未找到引用源。 ，就可以改變異步電動機的同步轉(zhuǎn)速 錯誤 !未找到引用源。 和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 由電機學(xué)知識可知，交流異步電動機的轉(zhuǎn)速 n總是小于同步轉(zhuǎn)速 錯誤 !未找到引用源。 ， 而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。當(dāng)電源頻率 錯誤 !未找到引用源。增加時，同步轉(zhuǎn)速 錯誤 !未找到引用源。 增加，交流異步電機的實際轉(zhuǎn)速 n 也增加。反之，當(dāng)電源頻率 錯誤 !未找到引用源。 降低，同步轉(zhuǎn)速 錯誤 !未找到引用源。 降低，交流異步電機的實際轉(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提供頻率可變的電源，去改變電動機的轉(zhuǎn)速。 風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能分析 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 (錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 )，曲線 2為風(fēng)機在轉(zhuǎn)速為錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 時壓力－流量特性曲線 (錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 )，交點 A、 B、 C 為礦井通風(fēng)機的工況點。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 圖 4 風(fēng)機及管網(wǎng)的 H－ Q特性曲線圖 圖 4中曲線 1為風(fēng)機開始調(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 (