【正文】 感器，電量監(jiān)測設(shè)備，變頻器等組成，完成對設(shè)備運行的自動控制和監(jiān)控設(shè)備本身的運行工況參數(shù)的采集。它要求PLC和變頻器的控制距離不是很遠，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，不能實現(xiàn)異步電機的無級平滑調(diào)速。通過對變頻器控制端子邏輯輸入口的邏輯組合，可以實現(xiàn)電機的啟停控制和輸出頻率的改變網(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行緩沖(4)控制電路控制電路是變頻器的核心，它通常由運算電路、檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路和保護電路等組成，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，對異步電機進行變頻調(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)機的轉(zhuǎn)速的方式，可以改變通風(fēng)機的功率輸入，可以節(jié)省大量的電能。當通風(fēng)機穩(wěn)定運行時，風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速有以下比例關(guān)系：===式中： 、—通風(fēng)機調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min； 、—通風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa； 、—通風(fēng)機轉(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，代表軸功率的面積B比調(diào)節(jié)前減少不多。假設(shè)風(fēng)機設(shè)計工作在A點效率最高，輸出風(fēng)量為100%，對應(yīng)的軸功率從與風(fēng)量和風(fēng)壓的乘積面積A成正比。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()，曲線2為風(fēng)機在轉(zhuǎn)速為和時壓力－流量特性曲線()，交點A、B、C為礦井通風(fēng)機的工況點。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。當電源頻率增加時，同步轉(zhuǎn)速增加，交流異步電機的實際轉(zhuǎn)速n也增加。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。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。(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。(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。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。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。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。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。當周圍溫度變化時，所使用的儀器導(dǎo)線(鍍銅)將會帶來測量誤差。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，故熱敏電阻通常所用的溫度范圍較狹窄。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。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。溫度傳感器選用Pt100鉑電阻傳感器。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。10%20W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。1％(6)信號輸出：電流輸出4～20mA，輸出負載≤500Ω(7)精確度：177。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。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。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。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。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。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。風(fēng)量監(jiān)測采用KGF2型礦用智能風(fēng)量傳感器。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+852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。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。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。(3)輸出刷新階段：當所有的程序指令執(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。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。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。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。(3)I/O接口輸入，輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備相連接的部件，它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換位PLC 能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的強電信號。用戶程序存儲器主要包括用戶程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)二個部分。(2)存儲器存儲器是PLC存放程序和數(shù)據(jù)的地方，它包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。它的主要任務(wù)有:控制接收和存儲編程設(shè)備輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的錯誤。它采用一種可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。本文所研究的風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)當中，風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)選用變頻調(diào)節(jié)。變速調(diào)節(jié)大大減少附加的節(jié)流損失，在很大變工況范圍內(nèi)保持較高的效率，與傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)相比，不產(chǎn)生其他調(diào)節(jié)方式附加損失，降低了功率消耗，節(jié)約了電能，具有良好的經(jīng)濟效益。定速調(diào)節(jié)包括入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)及動葉調(diào)節(jié)。當然這比不進行調(diào)節(jié)而供給過多的風(fēng)量還是有利的（對功率曲線在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)隨風(fēng)量增加而上升的風(fēng)機而言）。主要的調(diào)節(jié)方法或改變風(fēng)機運行工況有兩大類：改變管網(wǎng)性能曲線和改變通風(fēng)機性能曲線。圖1 軸流式風(fēng)機的性能曲線通風(fēng)機的調(diào)節(jié)是為了改變通風(fēng)機的流量，以滿足實際工作的需要，故通風(fēng)機的調(diào)節(jié)又稱流量調(diào)節(jié)。至此，由Q－H曲線和Q－n曲線也就決定了軸流式風(fēng)機的正常工作范圍，即在Q－H曲線駝峰點右側(cè)和Q門曲線效率大于60%的公共部分。Q－n曲線在整個流量變化過程中是先增大后減少，為此可用二次方程來擬合它的形狀。－n曲線在最高效率點附近迅速下降流量不在設(shè)計工況下的氣流情況迅速變壞，以至效率下降很快，所以軸流式風(fēng)機的最佳工作范圍較窄，一般都沒有調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)流量。－N曲線在流量為零時最大當流量增大時，H下降很快，軸功率也有所下降，這樣往往使軸流式風(fēng)機在零流量下啟動時的軸功率為最大。軸流式風(fēng)機的性能曲線如圖1所示。5轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是指通風(fēng)機在單位時間內(nèi)的實際轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為r/min。若通風(fēng)機的風(fēng)壓用靜壓表示，則通風(fēng)機靜壓有效功率可用下式計算:=式中:——通風(fēng)機靜壓有效功率，kW。2)動壓指單位體積的流體所具有的動能，攜帶該能量的氣體微團被滯止后表現(xiàn)的壓力，故稱為動壓，其大小用下式計算：=式中：——氣體中某點的動壓，Pa；——動壓測量處的空氣密度，kg/；——氣體的流速，m/s3)全壓氣流中某一點的滯止壓力，亦是該點靜壓和動壓的代數(shù)和，以表示：=3功率通風(fēng)機的功率分為軸功率和有效功率。本論文中采用某實驗風(fēng)機，其技術(shù)參數(shù)如下：風(fēng)機基本性能參數(shù)轉(zhuǎn)速（r/min）風(fēng)量（/h）全壓（Pa）效率（%）直徑（mm）29005400900012002400400配用電機基本參數(shù)型號轉(zhuǎn)速（r/min）功率（Kw）額定電壓（V）額定電流（A）Y112M2290042380單位時間內(nèi)通風(fēng)機吸入的氣體的體積稱為通風(fēng)機的風(fēng)量，以Q表示，單位為m/在通風(fēng)中所稱的風(fēng)壓是指單位體積的空氣所具有的能量，按其類型可分為靜壓、動壓和全壓，其單