【導(dǎo)讀】機(jī)的控制非常具有研究價(jià)值。傳統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)控制方法采用恒轉(zhuǎn)速方式，通過改變。通風(fēng)管網(wǎng)風(fēng)阻力來實(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。設(shè)計(jì)過程分為三個(gè)部分，第一個(gè)部分是通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理的說明以及。系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)。需的PLC程序進(jìn)行編寫，風(fēng)量控制算法的介紹。

　　

【正文】 具體位置可以參照產(chǎn)品的使用手冊中接線圖。 MM430 變頻器的調(diào)試： MM430 變頻器設(shè)置值一般由廠家調(diào)好，如果不適用于用戶設(shè)備，用戶可以通過調(diào)整參數(shù)，來調(diào)整出適合自己的參數(shù)設(shè)置?？梢杂脿顟B(tài)顯示屏幕（ SDP），基本操作板（ BOP） ,高級操作板（ AOP）修改參數(shù)。在MM430 變頻器的使用手冊中，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實(shí)現(xiàn)目的。簡單的舉一個(gè)例子，通過 SDP 來進(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，通過查找使用手冊參數(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。通過設(shè)置參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)很多功能，但是具體參數(shù)需要參照使用手冊。圖 為 MM430 變頻器 。 圖 MM430 變頻器 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 負(fù)壓傳感器的選型 在礦井通風(fēng)與安全課程中介紹過通風(fēng)有兩種方式一種是壓入式通風(fēng)另外一種是抽出式通風(fēng)，兩種通風(fēng)方式的不同會導(dǎo)致通風(fēng)管道內(nèi)部的相對全壓力有所不同。首先我們看一下兩種通風(fēng)方式的示意圖，如圖 和圖 所示。通過觀察圖我們可以發(fā)現(xiàn)在壓入式通風(fēng)中，任意風(fēng)流點(diǎn)的相對全壓為正。在抽出式通風(fēng)中，任意風(fēng)流點(diǎn)的相對全壓為負(fù)值。一般的礦井通 風(fēng)可以采取來兩種方式中的任意一種或者兩種方式共同實(shí)行，各具有一定的優(yōu)點(diǎn)。本論文設(shè)計(jì)中礦井通風(fēng)采取的是 抽出式通風(fēng)，因此其任意風(fēng)流點(diǎn)的相對全壓為負(fù)值。 大氣壓 風(fēng)流A點(diǎn)：相對全壓為正 圖 壓入式通風(fēng)示意圖 大氣壓風(fēng)流B點(diǎn)： 相對全壓為負(fù) 圖 抽出式通風(fēng)示意圖 正是由于通風(fēng)管道內(nèi)部的相對全壓力為負(fù)壓，我們在傳感器選型的時(shí)候要選擇負(fù)壓傳感器?，F(xiàn)在市場有專門供測量礦井通風(fēng)管道內(nèi)部的壓力的負(fù)壓傳感器，下選擇時(shí)候還要注意量程范圍，國家標(biāo)準(zhǔn) GB5021520xx《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求礦井通風(fēng)負(fù)壓一般不超過 2940Pa,可以依照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型。綜合各方面考慮本設(shè)計(jì)中選用 KG3033 負(fù)壓傳感器，該種傳感器在市場上應(yīng)用較多，性價(jià)比較高。 KG3033 適用于煤礦井下測量風(fēng)門內(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。其主要參數(shù)如下表所示 表 KG3033 性能參數(shù)表 測量范圍 0～ 基本誤差 177。2 ％ FS 分辨率 輸出信號 電流： 1～ 頻率 5～ 15Hz。5～ 155Hz。200～ 1000Hz 工作參數(shù) 工作電壓： 12～ 工作電流： 80mA 在后面的程序編寫過程中會利用到上面的測量范圍和輸出信號參數(shù)值，因此在這里插入此表。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 硬件電路設(shè)計(jì) S7200 擴(kuò)展模塊 EM235 介紹及使用方法 本設(shè)計(jì)中由于要對風(fēng)壓的模擬量進(jìn)行采樣，需要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，西門子S7200 擴(kuò)展模塊種類較多，考慮到本設(shè)計(jì)中只需采集一路的模擬量信號，輸出一路模擬信號，保證 I/O 點(diǎn)數(shù)最大程度上的使用以及方便，我們選用 EM235 模塊。 EM235 模塊具有 4 路輸入和 1 路輸出。圖 為 EM235 的端子與接線圖。 EM235RA A+ A RB B+ B RC C+C RD D+ DM L+ MO VO IO 增益 偏移量 配置電壓負(fù)載電流負(fù)載圖 EM235 端子與接線圖 其中 RA,A+,A為第一路模擬量輸入的端子 。RB,B+,B為第二路模擬量輸入的端子； RC,C+,C為第三路模擬量輸入的端子； RD,D+,D為第四路模擬量輸入的端子。 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。 L+,M 接工作電源，可以與 S7200 工作電源端子并聯(lián)。上圖中標(biāo)明了電壓負(fù)載和電流負(fù)載的接法，本設(shè)計(jì)中需用到的是電 壓型負(fù)載。在 EM235的模擬量輸入子中，暫時(shí)不用的端子需要短接掉。 EM235 為了滿足不同量程的輸入信號，通過設(shè)置其 6 個(gè) DIP 開關(guān)的 OFF 和ON 來選擇量程和分辨率。因此我們可以根據(jù)已經(jīng)選型好的負(fù)壓傳感器的量程范圍來設(shè)置 EM235 的 DIP 開關(guān)。具體 DIP 開關(guān)表可以去查詢 EM235 的使用手冊，由于前面選擇的負(fù)壓傳感器的量程為 1~5mA，查詢 DIP 開關(guān)設(shè)定表可知，對應(yīng)的 DIP 開關(guān)設(shè)定分別為 ON,OFF,OFF,OFF,OFF,ON。 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后，我們在繪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。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。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 。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 表 PLCI/O 地址分配表 輸 入 信 號 功能名稱 地址編號 輸 出 信 號 功能名稱 地址編號 停止 主風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行 自動變頻運(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 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 主風(fēng)機(jī)變頻器變頻輸入 開啟備用風(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 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 MM430 變頻器進(jìn)行 I/O 地址分配。在分配地 址之前我們將需要用到的端子圖做一下了解，如圖 所示 L1 L2 L3 19 20 9(ISO)U V W AIN1+ AIN1 DIN1 DIN3MM430 圖 MM430 端子圖簡圖 圖中 9 號端子為 24V DC 電源； 19， 20 端子分別為輸出繼電器，其輸出可以作為 PLC 的輸入信號。 AIN+,AIN端子作為變頻器的模擬量輸入，其輸入電壓為0~10V。 DIN1,DIN3 分別為其數(shù)字量輸入信號， DIN1 可以作為控制電機(jī)啟停輸入端， DIN3 可以作為控制變頻器故障復(fù)位的輸入端。 L1,L2,L3 端子為交流電源端， U,V,W 端子對應(yīng)接電機(jī)的 U,V,W 端。 在熟悉了需要用的端子后，并且查詢 MM430 參數(shù)設(shè)置表，現(xiàn)將 I/O 口地址分配如下表。 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 對應(yīng)的PLC 端子 端子 參數(shù) 功能名稱 對應(yīng)的PLC 端子 AIN+ P0707=0 模擬量信號輸入 VO AIN+ P0707=0 模擬量信號輸入 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。為了實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)的變頻與工頻工作，我們可以通過接線來改變其工作方式，用到的電氣器件為交流接 觸器。對于不同的運(yùn)行狀態(tài)可以通過不同電燈的運(yùn)行來進(jìn)行表示。報(bào)警功能可以用 報(bào)警 燈和 報(bào)警 鈴?fù)瑫r(shí)工作實(shí)現(xiàn)。對于輸入信號我們可以利用開關(guān)信號實(shí)現(xiàn)?？偨Y(jié)了這些之后我們可以使用 AUTOCAD20xx 繪圖軟件進(jìn)行電氣原理圖的繪制。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。 主電路控制部分接線說明：其中 L1,L2,L3 代表從變電站引過來的 50HZ 工頻交流電，線電壓為 380V。 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)。 QS2 為給 PLC 供電的開關(guān)，可以切斷對 PLC 的供電。煤礦礦井通風(fēng)有時(shí)會要求主通風(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)。因此在設(shè)計(jì)控制電路的接線時(shí)需要將電機(jī)反轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)到其中?？紤]到是緊急事故此時(shí)人為控制更加安全，而且是電機(jī)工頻反轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)將工頻交流電的兩相對調(diào)即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，可通過隔離開關(guān)控制電機(jī)。 QS3 的作用是實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)， QS4 的作用是實(shí)現(xiàn)備用通風(fēng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。 M1 和 M2 分別代表主通風(fēng)機(jī)和備用通風(fēng)機(jī)，因?yàn)槭菍x軸流式通風(fēng)機(jī)，每中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 臺通風(fēng)機(jī)有兩臺電機(jī)，采取并聯(lián)的方式接線，電機(jī)有熱繼電器保護(hù)措施為 FR1和 FR2。 KM1,KM2,KM3,KM4 為交流接觸器，能夠通過實(shí)現(xiàn)電路的通斷來切換電機(jī)的不同工作狀態(tài)，由于是 PLC 輸出控制交流接觸器的通斷，可以在梯形圖編寫時(shí)實(shí)現(xiàn)彼此之間的互鎖。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。KM2 控制通斷的電路是完成備用通風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。 KM3 控制通斷的電路是完成主通風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。 KM4 控制通斷的電路是完成備用通風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。與交流接觸器并聯(lián)在 PLC 的輸出口處的電燈表示當(dāng)前的工作狀態(tài)。 S7200 PLC 和 MM430 變頻器的接線說明： PLC 的輸入端通過開關(guān)按鈕來進(jìn)行信號輸入，其中 SB1 接入 ,其功能是停止通風(fēng)機(jī)運(yùn)行。 SB2 接入 ,其功能是開啟通風(fēng)機(jī)自動變頻運(yùn)行。 SB3 接入 ,其功能是開啟通風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。SB4 接入 ,其功能是解除變頻器故障，復(fù)位。 SB5 接入 ，功能是啟動備用通風(fēng)機(jī)。 具體按鈕功能對照表如表 所示。 PLC 的輸出端部分別接了交流接觸器， KM1 接到 ,KM2 接到 ,KM3 接到 ,KM4 接 到 。為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的報(bào)警功能，在 PLC 的變頻器故障輸出口處接一個(gè)電燈 HL1 和電鈴HM1 并聯(lián)。 EM235 模塊接線部分要注意輸入部分未使用的部分需要短接，在 A+和 A處接入負(fù)壓傳感器。 PLC 與變頻器之間的連接依照上面變頻器 I/O 地址分配一一對應(yīng)連接。 表 按鈕功能對照表 按鈕名稱 實(shí)現(xiàn)的功能 SB1 通風(fēng)機(jī)停止 SB2 通風(fēng)機(jī)自動變頻運(yùn)行 SB3 通風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行 SB4 解除變頻器故障， 復(fù)位 SB5 啟動備用風(fēng)機(jī) 以上就是整個(gè)礦井主通風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng) PLC 電氣柜控制圖各個(gè)部分的 接線與功能說明，由于本設(shè)計(jì)不能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，仿真手段也缺乏，因此在實(shí)際應(yīng)用中可能會有部分接線會由于現(xiàn)場條件和實(shí)際情況有所改變，但是總體的設(shè)計(jì)大體不變，可能是部分開關(guān)的改變，以及考慮到線路的節(jié)省。 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 2