【正文】 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(dòng)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。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 31 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。 /s。則 (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 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 工況點(diǎn) 3時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)量， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /s時(shí)，需要給變頻器的模擬輸入電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 代入，可求得此壓力對(duì)應(yīng)的風(fēng)量 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 是由壓力傳感器測(cè)得的。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =50HZ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (42) 其中，工況 點(diǎn) 3為風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行是的工況點(diǎn)， 錯(cuò)誤 !未找到引用源 。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，可由下面風(fēng)機(jī)的比例關(guān)系式求出工 況點(diǎn) 3 的壓力值。 。 ，時(shí)，工況點(diǎn)由 0到 1，風(fēng)量由 錯(cuò)誤 !未找到引用源。當(dāng)風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力由 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =30/50錯(cuò)誤 !未找到引用源。根據(jù)變頻器的輸出頻率與其輸入模擬電壓的線性關(guān)系，可知 錯(cuò)誤 !未找到引用源。=，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = !未找到引用源。 ，輸入電源電壓頻率為 30Hz(變頻器設(shè)定 )，其工作的工況點(diǎn)為 0。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(duì)應(yīng) 050Hz 的輸出電壓頻率，而 0~50Hz 的電壓頻率又對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī) 02900r/min 的轉(zhuǎn)速。最后，再根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，求出風(fēng)量達(dá)到設(shè)定的 !未找到引用源。然后，根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，把風(fēng)壓轉(zhuǎn)換到風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速卞的壓力。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本系統(tǒng)采用根據(jù)風(fēng)機(jī)出氣風(fēng)壓的變化進(jìn)行風(fēng)量的控制。 =30Hz。 /錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /s時(shí)，變頻器輸出給風(fēng)機(jī)的電源電壓頻率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。再根據(jù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入電源頻率的線性關(guān)系，可估算出 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 )錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =(錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /s， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =2900r/min， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /s。/s，如設(shè)定為 5錯(cuò)誤 !未找到引用源。 風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，在穩(wěn)定工作區(qū)的出氣靜壓為 一 ，風(fēng)機(jī)管道的出氣風(fēng)量為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用 源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。壓力傳感器采集的信號(hào)經(jīng) PLC 處理后，由 EM235 模塊的 3口和 5 口輸出，連接 MM430 變頻器的 AIN+和 AIN端口，進(jìn)而控制兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行。 本系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的功率 為 2 4Kw，因此可以選擇同樣功率的變頻器。它按照專用要求設(shè)計(jì)，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)（ BiCo）技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性。使用 V/F 控制方式的變頻器來(lái)控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載在一定的速度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣或液體所產(chǎn)生的阻力大致與轉(zhuǎn)速功能 型號(hào) 數(shù)量 主控單元 CPU226 AC/DC/RELAY 1 模擬量擴(kuò)展 EM235 4AI/1DO EM231 4AI 1 1 通訊模塊擴(kuò)展 以太網(wǎng) CP2431 1 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 27 n的平方成正比， 轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方的變化而變化，這類負(fù)載稱為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變頻器的運(yùn)行控制方式選擇，可依據(jù)風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，阻轉(zhuǎn)矩很小，不存在低頻時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載的問(wèn)題，故采用 V/F（恒壓頻比）控制方式即可。 表 2 CPU 單元選型 CPU 系統(tǒng)配置具體如下： 變頻器的選型 風(fēng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí) ,其阻轉(zhuǎn)矩一般不會(huì)發(fā)生變化 ,只要轉(zhuǎn)速不超過(guò)額定值 ,電動(dòng)機(jī)也不會(huì)過(guò)載 ,一般變頻器在出廠標(biāo)注的額定容量都具有一定的余量安全系數(shù) ,所以選擇變頻器容量 與所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量相同即可。 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(chǔ)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(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕 SB1 控制風(fēng)機(jī)的手動(dòng)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； PG PG3分別為MA MA2 變頻運(yùn)行指示燈； PG PG4 分別為 MA MA2 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(dòng)異常指示燈； PG7 為 2電機(jī)振動(dòng)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 PLC 控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)手動(dòng)工頻、自動(dòng)變頻和手動(dòng)變頻運(yùn)行的切換，其中手動(dòng)變頻是指使用變頻器控制面板手動(dòng)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 主電路中 MA1， MA2 為對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)，交流接觸器 QA QA6 分別控制MA MA2 的工頻運(yùn)行；交流接觸器 QA QA5 分別控制 MA MA2 的變頻運(yùn)行； QA1 為主電路電源的隔離開(kāi)關(guān)； FA 為主電路的熔斷器； BB BB2 為電機(jī) MA MA2 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(guò) 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(jí)的高速數(shù)據(jù)通信，主站（ PLC 或 IPC 等）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 PROFIBUSDP 專用電纜與分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（遠(yuǎn)程 I/O，驅(qū)動(dòng)器， 閥門，智能傳感器等）進(jìn)行通信，對(duì)整個(gè) 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(chǎng)設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以避免，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(jí)方面無(wú)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(jí)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(jí) 通信，以實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC 之間，陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 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(dòng)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(huì)更多地出現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中，成為一種簡(jiǎn)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(dòng)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(chǎng)控制層延伸。 對(duì)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(dòng)機(jī)啟?？刂?、風(fēng)門的開(kāi)合、風(fēng)量調(diào)節(jié)、各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)以及上下位機(jī)通信等多個(gè)方面。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 圖 6 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù) 隨著計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。通過(guò)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(kāi)關(guān)狀態(tài)等 )，其采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后遠(yuǎn)傳給上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 3 通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 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(chǎng)測(cè)量層主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變量參數(shù)的測(cè)量和風(fēng) 機(jī)的控制，由各種傳感器，電量監(jiān)測(cè)設(shè)備，變頻器等組成，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)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(duì)一的控制場(chǎng)合，但這種控制方式使用起來(lái)比較簡(jiǎn)單，對(duì) 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(lái)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(gè)通訊接口，如果 PLC 的通訊接口為 RS232 接口，加一個(gè)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(wú)級(jí)平滑調(diào)速。通過(guò)對(duì)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(wú)功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來(lái)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(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)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(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制和頻率控制、對(duì)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(dòng)化水平，需要把 PLC 和變頻器結(jié)合起來(lái)使用，對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。六個(gè)半導(dǎo)體主少干關(guān)器件組成的橋式電路是常見(jiàn)的逆變電路，通過(guò)控制電路控制開(kāi)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。交一交變頻器可陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 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(guò)改變通風(fēng)機(jī)輸入電源的頻率 f1 來(lái)改變，這一過(guò)程可以通過(guò)變頻器來(lái)完成。如果通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低為原來(lái)的 50%，則風(fēng)量也變?yōu)樵瓉?lái)的 50%，功率降低為原來(lái)的 %，這說(shuō)明通過(guò)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。 — 通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率， W。 — 通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓， Pa； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 通風(fēng)機(jī) 調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速， r/min； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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€ 系統(tǒng)工況也由 A點(diǎn)變到 C點(diǎn)，代表軸功率的面積 C 錯(cuò)誤 !未找到引用源。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 B錯(cuò)誤 !未找到引用源。 減少到 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 成正比。和風(fēng)壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為 100%，對(duì)應(yīng)的軸功率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 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(kāi)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 )。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。在變頻調(diào)速技術(shù)中，使用變頻器向電動(dòng)機(jī)提供頻率可變的電源，去改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 降低，交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 n也降低。反之，當(dāng)電源頻率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。增加時(shí)，同步轉(zhuǎn)速 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，