【導讀】機的控制非常具有研究價值。傳統(tǒng)的通風機控制方法采用恒轉(zhuǎn)速方式，通過改變。通風管網(wǎng)風阻力來實現(xiàn)增加或者減小風量，這樣做雖然可以實現(xiàn)通風量的改變，但是這種方式造成了很多不必要的電能的浪費，不利于工業(yè)的進一步發(fā)展。設(shè)計過程分為三個部分，第一個部分是通風機變頻調(diào)速節(jié)能原理的說明以及。系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計。需的PLC程序進行編寫，風量控制算法的介紹。

　　

【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現(xiàn)目的。簡單的舉一個例子，通過 SDP 來進行電機的啟停調(diào)試，MM430 的數(shù)字輸入端子 5，可以啟停電機控制，通過查找使用手冊參數(shù)設(shè)置表，當參數(shù)設(shè)置值 P0701=1 時，電機狀態(tài)為 ON，正向運行。通過設(shè)置參數(shù)可以實現(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 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 負壓傳感器的選型 在礦井通風與安全課程中介紹過通風有兩種方式一種是壓入式通風另外一種是抽出式通風，兩種通風方式的不同會導致通風管道內(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)在壓入式通風中，任意風流點的相對全壓為正。在抽出式通風中，任意風流點的相對全壓為負值。一般的礦井通 風可以采取來兩種方式中的任意一種或者兩種方式共同實行，各具有一定的優(yōu)點。本論文設(shè)計中礦井通風采取的是 抽出式通風，因此其任意風流點的相對全壓為負值。 大氣壓 風流A點：相對全壓為正 圖 壓入式通風示意圖 大氣壓風流B點： 相對全壓為負 圖 抽出式通風示意圖 正是由于通風管道內(nèi)部的相對全壓力為負壓，我們在傳感器選型的時候要選擇負壓傳感器?，F(xiàn)在市場有專門供測量礦井通風管道內(nèi)部的壓力的負壓傳感器，下選擇時候還要注意量程范圍，國家標準 GB5021520xx《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》中要求礦井通風負壓一般不超過 2940Pa,可以依照此標準進行選型。綜合各方面考慮本設(shè)計中選用 KG3033 負壓傳感器，該種傳感器在市場上應用較多，性價比較高。 KG3033 適用于煤礦井下測量風門內(nèi)外、密閉內(nèi)外和風筒內(nèi)外壓力差，以及礦井主扇通風壓力等，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 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 硬件電路設(shè)計 S7200 擴展模塊 EM235 介紹及使用方法 本設(shè)計中由于要對風壓的模擬量進行采樣，需要對系統(tǒng)進行擴展，西門子S7200 擴展模塊種類較多，考慮到本設(shè)計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 配置電壓負載電流負載圖 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)。上圖中標明了電壓負載和電流負載的接法，本設(shè)計中需用到的是電 壓型負載。在 EM235的模擬量輸入子中，暫時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 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，由于前面選擇的負壓傳感器的量程為 1~5mA，查詢 DIP 開關(guān)設(shè)定表可知，對應的 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)具體需要實現(xiàn)的功能，詳細的功能要求已經(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 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 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 主風機工頻運行 自動變頻運行 備用風機工頻運行 工頻運 行 主風機變頻運行 解除變頻器故障 備用風機變頻運行 主風機變頻器故障輸入信號 主風機變頻器變頻輸入 備用風機變頻器故障輸入信號 主風機變頻器變頻輸入 開啟備用風機運行 備用風機變頻器變頻輸入 負壓傳感器風壓信號 AIW0 備用風機變頻器變頻輸入 變頻器故障報警 PLC 的 I/O 地址分配好以后，還需要對 MM430 變頻器進行 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 可以作為控制電機啟停輸入端， DIN3 可以作為控制變頻器故障復位的輸入端。 L1,L2,L3 端子為交流電源端， U,V,W 端子對應接電機的 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 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 表 變頻器 I/O 地址分配表 主通風機變頻器 備用風機變頻器 端子 參數(shù) 功能名稱 對應的PLC 端子 端子 參數(shù) 功能名稱 對應的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 電機正向運行 DIN1 P0701=1 電機正向運行 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，我們可以進行電氣原理圖的設(shè)計和繪制。為了實現(xiàn)主通風機的變頻與工頻工作，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。對于不同的運行狀態(tài)可以通過不同電燈的運行來進行表示。報警功能可以用 報警 燈和 報警 鈴同時工作實現(xiàn)。對于輸入信號我們可以利用開關(guān)信號實現(xiàn)?？偨Y(jié)了這些之后我們可以使用 AUTOCAD20xx 繪圖軟件進行電氣原理圖的繪制。整個礦井主通風機變頻節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計 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)具有熔斷保護措施， QS1 為整個系統(tǒng)的供電開關(guān)，只有其閉合時整個控制系統(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。煤礦礦井通風有時會要求主通風機反轉(zhuǎn)，這時一般是緊急事故：例如礦井發(fā)生火災，這時要求礦井主通風機工頻反轉(zhuǎn)。因此在設(shè)計控制電路的接線時需要將電機反轉(zhuǎn)控制設(shè)計到其中。考慮到是緊急事故此時人為控制更加安全，而且是電機工頻反轉(zhuǎn)，在設(shè)計電路時將工頻交流電的兩相對調(diào)即可實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)，可通過隔離開關(guān)控制電機。 QS3 的作用是實現(xiàn)主通風機反轉(zhuǎn)， QS4 的作用是實現(xiàn)備用通風機的反轉(zhuǎn)。 M1 和 M2 分別代表主通風機和備用通風機，因為是對選軸流式通風機，每中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 臺通風機有兩臺電機，采取并聯(lián)的方式接線，電機有熱繼電器保護措施為 FR1和 FR2。 KM1,KM2,KM3,KM4 為交流接觸器，能夠通過實現(xiàn)電路的通斷來切換電機的不同工作狀態(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實現(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機變頻運行。KM2 控制通斷的電路是完成備用通風機變頻運行。 KM3 控制通斷的電路是完成主通風機工頻運行。 KM4 控制通斷的電路是完成備用通風機工頻運行。與交流接觸器并聯(lián)在 PLC 的輸出口處的電燈表示當前的工作狀態(tài)。 S7200 PLC 和 MM430 變頻器的接線說明： PLC 的輸入端通過開關(guān)按鈕來進行信號輸入，其中 SB1 接入 ,其功能是停止通風機運行。 SB2 接入 ,其功能是開啟通風機自動變頻運行。 SB3 接入 ,其功能是開啟通風機工頻運行。SB4 接入 ,其功能是解除變頻器故障，復位。 SB5 接入 ，功能是啟動備用通風機。 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 。為了實現(xiàn)變頻器故障的報警功能，在 PLC 的變頻器故障輸出口處接一個電燈 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 地址分配一一對應連接。 表 按鈕功能對照表 按鈕名稱 實現(xiàn)的功能 SB1 通風機停止 SB2 通風機自動變頻運行 SB3 通風機工頻運行 SB4 解除變頻器故障， 復位 SB5 啟動備用風機 以上就是整個礦井主通風機變頻節(jié)能系統(tǒng) PLC 電氣柜控制圖各個部分的 接線與功能說明，由于本設(shè)計不能夠進行實驗，仿真手段也缺乏，因此在實際應用中可能會有部分接線會由于現(xiàn)場條件和實際情況有所改變，但是總體的設(shè)計大體不變，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 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 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 礦井主通風機變頻節(jié)能系統(tǒng) PLC 電氣控制柜原理圖 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 2