【正文】 進(jìn)行模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)中設(shè)定風(fēng)機(jī)組軸承溫度報(bào)警溫度為85℃，跳閘溫度為90℃。參考文獻(xiàn)[1] (第二版).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，[2] ：煤炭工業(yè)出版社，[3] ：煤炭工業(yè)出版社，1992[4] 海心，馬銀忠，(修訂版).北京：人民郵電出版社，[5] ：煤炭工業(yè)出版社，[6] ：機(jī)械工業(yè)出版社，[7][J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2000，27(2):30~32.[8] [J].煤礦機(jī)械，[9] :科學(xué)出版社，[10] 洪源，朱海濤，[J].工礦自動化，2006(03):67~69[11] 朱正中，〔J].煤礦機(jī)械，2005(7):5~6[12] [J].山西焦煤科技,2006[13] :機(jī)械工業(yè)出版社，2005[14] :機(jī)械工業(yè)出版社，2005[15] 陳立定，吳玉香，:華南理工大學(xué)出版社，2003[16] [J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2000[17] 汪廣， [18] 郝曉弘，2001. (3):15.[19] :清華大學(xué)出版社，2000.[20] :高等教育出版社，.[21] [J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，.[22] 陸秀令，張松華，[J〕.機(jī)床與液壓，2004(4):150~151附錄1煤礦主風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主電路圖，PLC及擴(kuò)展模塊圖，控制電路圖。3 本論文為了說明問題，在傳感器選擇方面僅介紹溫度，振動等大方向的測量，現(xiàn)場中需要測量的參數(shù)跟多，比如溫度方面包括風(fēng)機(jī)主軸承溫度，電機(jī)軸承溫度，定子三相溫度，轉(zhuǎn)子溫度，入口溫度等；振蕩參數(shù)的測量也包括東西軸xyz三個方向。也可以運(yùn)用PLC內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器。最后，本論文給出了設(shè)計(jì)流程圖。同時(shí)，本文引入變頻器實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速，不僅節(jié)省電能，提高了風(fēng)機(jī)的工作效率，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動及風(fēng)機(jī)的無級平滑調(diào)速。用以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程變頻調(diào)控和故障報(bào)警等功能。同時(shí)含有趨勢曲線，報(bào)警窗口，報(bào)表查詢等選項(xiàng)。主界面實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)控功能，通過PLC與上位工控機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的無人值守。運(yùn)用組態(tài)王自帶的圖庫搭建界面圖形。PLC接收操作完成的信號并傳送給組態(tài)軟件顯示。組態(tài)軟件在系統(tǒng)中的主要功能是：模擬運(yùn)行畫面，提供良好的人機(jī)界面，接收從PLC傳送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在畫面上顯示，按需求記錄實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，記錄報(bào)警事件，包括報(bào)警量、報(bào)警值、報(bào)警時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間和操作人員等。組態(tài)王的WEB畫面采用分組式發(fā)布、網(wǎng)站式瀏覽的形式，設(shè)計(jì)者和操作人員無需做更多的事情。用戶可以實(shí)時(shí)查看和控制工業(yè)生產(chǎn)過程。可用于工業(yè)自動化的過程控制和管理監(jiān)控。中斷子程序流程圖略。其程序的流程如圖15所示。然后，求出此風(fēng)壓對應(yīng)的模擬輸入電壓值。圖14 子程序2與子程序3流程圖子程序4用來從壓力傳感器中采集風(fēng)壓信號，并把每次采集的數(shù)值進(jìn)行累加，次數(shù)達(dá)到1000次時(shí)，求其平均數(shù)值，作為一次采集的出氣壓力值。而子程序3則是用來采集軸承的振動參數(shù)， 然后把采集的數(shù)值累加求平均值，作為一次采集值。子程序2用于采集電機(jī)定子和軸承溫度，然后把采集的數(shù)值進(jìn)行累加求平均值，作為一次采集值。子程序0和子程序1的程序流程如圖13所示。在調(diào)用子程序進(jìn)行信號采集前，要調(diào)用子程序1檢查該擴(kuò)展模塊EM235和EM231模塊是否存在，用戶電源是否有錯。子程序0的作用是寄存器中有關(guān)參數(shù)的初始化，包括溫度采樣平均值初始化、風(fēng)壓采樣平均值初始化、模擬電壓及風(fēng)量計(jì)算系數(shù)初始化、振動參數(shù)采樣初始化等。若都不，則把根據(jù)采集風(fēng)壓計(jì)算的模擬電壓值輸出給變頻器，進(jìn)行風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制；當(dāng)風(fēng)機(jī)不進(jìn)行自動變頻運(yùn)行時(shí)，判斷其是否手動變頻運(yùn)行。若是，則調(diào)用參數(shù)初始化子程序0和模塊連接檢查子程序1，如果EM235和EM231模塊連接有錯誤，則程序結(jié)束；如果檢查EM235和EM231模塊連接無錯誤，則調(diào)用子程序4采集電機(jī)定子軸承溫度，振動參數(shù)和風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)壓力大小。主控制程序的程序流程如圖12所示。程序包括主控制程序、參數(shù)初始化子程序0、模擬量模塊檢查子程序電機(jī)軸承，定子溫度采樣求平均值子程序振動傳感器采樣求平均值子程序風(fēng)壓采樣及模擬輸入電壓和風(fēng)量計(jì)算子程序變頻器模擬輸入電壓中斷程序0以及報(bào)警中斷程序。5主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括PLC軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)兩部分。工頻風(fēng)量的求解則是由工頻風(fēng)量與采集壓力(Q一P)的擬合方程求得的。 UP和QP曲線的擬合在PLC程序中，變頻器模擬輸入電壓值是根據(jù)其與采集出氣風(fēng)壓(U一P)的擬合函數(shù)方程求得的。則u2=Q2Q3u3 (43)最后，把由(43)式求得的模擬輸入電壓值輸出給變頻器的模擬量控制端，便可使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到n2。根據(jù)風(fēng)機(jī)工頻的PQ特性曲線方程把由式(42)求得的P3代入，需要給變頻器的模擬輸入電壓u2。 (41)式中： P1，P3—工況點(diǎn)3時(shí)出氣風(fēng)壓，Pa； n1，n3—工況點(diǎn)3時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min； f1，f3—工況點(diǎn)3時(shí)變頻器輸出電壓頻率，HZ； u1，u3—工況點(diǎn)3時(shí)變頻器輸入模擬電壓，V。當(dāng)風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力由R0增加到R1，時(shí)，工況點(diǎn)由0到1，風(fēng)量由Q0減小到Q1。由以上表4中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知此工況點(diǎn)的風(fēng)量Q0=，風(fēng)壓P0=，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n0=1744r/min。其具體的理論算法如下圖11所示。由于變頻器010V的模擬輸入電壓對應(yīng) 050Hz的輸出電壓頻率，而0~50Hz的電壓頻率又對應(yīng)風(fēng)機(jī)02900r/min的轉(zhuǎn)速。接著，根據(jù)風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的壓力一流量特性曲線方程，求出此風(fēng)壓下對應(yīng)的風(fēng)量大小。首先，用壓力傳感器采集風(fēng)機(jī)的出氣風(fēng)壓。當(dāng)巷道中的管網(wǎng)阻力增加時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量隨之減小，為了滿足所需風(fēng)量的要求，要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。令n1=2900r/min，Q1=，f1=50Hz，Q2=，根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，可求出掘進(jìn)巷道開始掘進(jìn)時(shí)，風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的起始速度n2=(Q2/Q1)n1=1744r/min。 上面提到：當(dāng)通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，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： nn2—通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min； PP2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa； NN2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，W。圖10 變頻器與PLC的連接，用于變頻器啟動和停止控制?？刂栖浖梢詫?shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)行方式等。MicroMaster430是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。根據(jù)變頻器的選擇原則，該系統(tǒng)中選用的是兩臺型號為Siemens MM430風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專用變頻器。并且，從節(jié)能的角度考慮，V/F控制方式是最低的。若考慮更大的余量,也可以選擇比電動機(jī)容量大一個級別的變頻器,但價(jià)格要高出不少風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制后,操作人員可以通過調(diào)節(jié)安裝在工作臺上的按鈕或電位器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,操作十分簡易方便。同時(shí)由于本系統(tǒng)要求100～230V AC電源， DC24V輸入，繼電器輸出，選擇CPU226中ES7 2162BD230XB0型號。EM235模塊有4點(diǎn)模擬量輸入，1點(diǎn)模擬量輸出。綜合上述條件，本系統(tǒng)選用Siemen公司S7200系列CPU226的PLC。更大的存儲空間，更強(qiáng)的擴(kuò)展能力及更快的運(yùn)行速度和強(qiáng)大的內(nèi)部集成特殊功能，使其可以滿足復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)的要求。最后還要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，考慮是否要選擇模擬量輸入/輸出模塊和特殊功能模塊。另外，還要考慮IO點(diǎn)數(shù)的要求，一般在確定控制系統(tǒng)的IO點(diǎn)數(shù)后，還要留有15%一20%備選IO點(diǎn)數(shù)。其中按鈕SF0控制風(fēng)機(jī)的自動變頻運(yùn)行；按鈕SB1控制風(fēng)機(jī)的手動變頻運(yùn)行；按鈕SF2控制風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行；按鈕SF3控制風(fēng)機(jī)的停止；按鈕SF4為報(bào)警燈鈴的調(diào)試按鈕；SF5為消鈴按鈕；PGPG3分別為MAMA2變頻運(yùn)行指示燈；PGPG4分別為MAMA2工頻運(yùn)行的指示燈；PG5為變頻器故障報(bào)警指示燈；PG6為1電機(jī)振動異常指示燈；PG7為2電機(jī)振動異常指示燈；PG8為井巷壓力下限指示燈；PG9為1電機(jī)溫度上限指示燈；PG10為2電機(jī)溫度上限指示燈；PB為報(bào)警電鈴。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)手動工頻、自動變頻和手動變頻運(yùn)行的切換，其中手動變頻是指使用變頻器控制面板手動控制風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)采用Siemens S7200系列CPU226，同時(shí)外部擴(kuò)展EM235和EM231模塊。主電路中MA1，MA2為對旋式軸流風(fēng)機(jī)的兩臺電機(jī)，交流接觸器QAQA6分別控制MAMA2的工頻運(yùn)行；交流接觸器QAQA5分別控制MAMA2的變頻運(yùn)行；QA1為主電路電源的隔離開關(guān)；FA為主電路的熔斷器；BBBB2為電機(jī)MAMA2的熱繼電器。借助于CP2431，S7200可以用于遠(yuǎn)程組態(tài)，編程和診斷。S7200 PLC可以通過EM277 PROFIBUSDP通信模塊連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)中。PROFIBUSDP一般用于車間設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)通信，主站（PLC或IPC等）通過標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUSDP專用電纜與分散的現(xiàn)場設(shè)備（遠(yuǎn)程I/O，驅(qū)動器，閥門，智能傳感器等）進(jìn)行通信，對整個DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制。工業(yè)控制領(lǐng)域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)平臺，可以避免，現(xiàn)場總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展主流之外，從而使現(xiàn)場總線技術(shù)和其它網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互相促進(jìn)、共同發(fā)展，并保證技術(shù)上的可持續(xù)發(fā)展在技術(shù)升級方面無需單獨(dú)的研究投入。一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)常采用兩級網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。工業(yè)以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于工廠的控制級通信，以實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間，PLC與PC機(jī)之間的通信。以太網(wǎng)將能逐步勝任那些目前由工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)的控制任務(wù)，基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制系統(tǒng)將會更多地出現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中，成為一種簡單、廉價(jià)、實(shí)用的企業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)方案。與此同時(shí)，以太網(wǎng)作為一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)正向自動化領(lǐng)域逐步滲透，從企業(yè)決策層、生產(chǎn)管理調(diào)度層向現(xiàn)場控制層延伸。對于礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言，為保證通風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行，其功能必須涵蓋通風(fēng)機(jī)電動機(jī)啟停控制、風(fēng)門的開合、風(fēng)量調(diào)節(jié)、各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測以及上下位機(jī)通信等多個方面。圖6 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨著計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。通過以太網(wǎng)交換機(jī)與上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)聯(lián)網(wǎng)，向工控機(jī)傳送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)(運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等)，同時(shí)接收工控機(jī)的控制命令，采集風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工況參數(shù)(如風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)機(jī)軸承溫度、電機(jī)定子繞組溫度、電壓、電流、功率因數(shù)、功率和開關(guān)狀態(tài)等)，其采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后遠(yuǎn)傳給上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)。3通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)共分三層：設(shè)備層，控制層，監(jiān)控層設(shè)備層即現(xiàn)場測量層主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變量參數(shù)的測量和風(fēng)機(jī)的控制，由各種傳感器，電量監(jiān)測設(shè)備，變頻器等組成，完成對設(shè)備運(yùn)行的自動控制和監(jiān)控設(shè)備本身的運(yùn)行工況參數(shù)的采集。它要求PLC和變頻器的控制距離不是很遠(yuǎn)，且是一對一的控制場合，但這種控制方式使用起來比較簡單，對PLC的要求也不是很高。由于變頻器的種類很多，不同廠家生產(chǎn)的變頻器使用不同的通信協(xié)議，有Modbus從站協(xié)議、USS協(xié)議和用戶自定義協(xié)議等，必須用變頻器支持的協(xié)議來完成PLC和變頻器的通訊。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。(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。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。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?？刂坪洼敵鲱l率的改變網(wǎng)。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。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。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。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。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。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。當(dāng)通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，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： nn2—通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min； PP2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa； NN2—通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，W。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