【正文】 而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。 ，就可以改變異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 錯誤 !未找到引用源。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(jī)調(diào)速困難的問題得以解決。但是交流電機(jī)不象直流電機(jī)那樣，可以很方便地進(jìn)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(hù)功能齊全，有欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、短路保護(hù)、風(fēng)機(jī)軸承過熱保護(hù)等，使風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的可靠性得到大大提高。 (2)限制風(fēng)機(jī)的啟動電流，減少啟動時的峰值功率損耗，消除電機(jī)起動和停止時，對機(jī)械和電氣元件的沖擊，延長其使用壽命。通風(fēng)機(jī)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(jī)運(yùn)行效率低，流失大量電能，因此變頻器在礦井通風(fēng)機(jī)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(jìn)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(fù)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 開關(guān)量檢測 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(jī)運(yùn)行、主電機(jī)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(bào)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(jì)量儀器的溫標(biāo)基準(zhǔn)。當(dāng)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(yàn)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，故熱陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 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(jìn)行通信，將溫度參數(shù)上傳至工控機(jī)。這中溫度傳 感器的特點(diǎn)：耐振動，可靠性高，同時具有精確的靈敏性，穩(wěn)定性好等。 電機(jī)軸承和定子溫度檢測 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)的檢測 電氣參數(shù)指配套電機(jī)的負(fù)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(fù)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(jī)械的振動烈度進(jìn)行長期監(jiān)測當(dāng)振動值超限時，本儀器可外接聲光報(bào)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(jī)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(biāo)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(jī)振動位移和振動周期可以反映風(fēng)機(jī)潛在的故障，避免風(fēng)機(jī)停機(jī)等嚴(yán)重故障發(fā)生。 振動參數(shù)的檢測 風(fēng)機(jī)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(biāo)定出的允許門檻值作比較，指示出軸承運(yùn)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。 為入口壓力CP202(表壓 )的絕對值 (正值 )， 錯誤 !未找到引用源。計(jì)算公式： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 式中 錯誤 !未找到引用源。本設(shè)計(jì)中選用CYBZI 系列中量程為 03KPa 的壓力傳感器。其結(jié)構(gòu)如圖 3所示： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 圖 3 傳感器與 PLC擴(kuò)展模塊的連接 風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測 (這里主要測靜壓 ) 一般都是采取鉆孔取壓法，測點(diǎn)選擇在風(fēng)機(jī)的入口，將取得的壓力信號通過壓力傳感 (變送 )器轉(zhuǎn)換成電信號。 本系統(tǒng)現(xiàn)場使用的傳感器較多，如壓力、溫度、振動及轉(zhuǎn)速等。 (2)程序執(zhí)行階段： PLC 根據(jù)讀入的輸入映像寄存器中的信號狀態(tài)，按一定的掃描原則執(zhí)行用戶編寫的程序，然后把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像寄存器中。 PLC 的工作原理 PLC 采用一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式即循環(huán)掃描技術(shù)，循環(huán)掃描技術(shù)是指當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段 輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。 (5)外設(shè)接口與擴(kuò)展接口 PLC 可以通過外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機(jī)、 PLC 或計(jì)算機(jī)相連 。 (4)電源單元 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 電源單元是 PLC的電源供給部分。用戶程序存儲區(qū)用于存儲用戶 編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲區(qū)用于存放用戶程序中使用器件的 ON/OFF 狀態(tài)和各種數(shù)值數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)存儲器用來存放 PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 PROM 或 EPROM 存儲器中，用戶不可訪問和修改。掃描 I/O 接收的現(xiàn)場狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，然后刷新輸出接口，對執(zhí)行部件進(jìn)行控制。 PLC 的基本構(gòu)成 圖 2 PLC的一般構(gòu)成 (l)中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)一般由控制器，運(yùn)算器和 寄存器組成，它是 PLC 的核心部分。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 可編程控制器的應(yīng)用 PLC 概述 國際電工委員會 (IEC)對 PLC 的定義是：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是用來取代電機(jī)控制的順序繼電器電路的一種器件，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。由于高壓變頻器發(fā)展，煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無與倫比的優(yōu)點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動和保護(hù)等要求，已開始應(yīng)用在風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中。變速調(diào)節(jié)是管路特性曲線不變時，用變轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，從而改變風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。改變風(fēng)機(jī)性能曲線是通過改變風(fēng)機(jī)自身運(yùn)行曲線，主要有定速 和變速兩類。 改變管網(wǎng)曲線主要是在通風(fēng)機(jī)的管路上設(shè)置節(jié)流閥或風(fēng)門來調(diào)節(jié)流量，風(fēng)門調(diào)節(jié)是利用風(fēng)門來增大風(fēng)道阻力，以較少風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)最不經(jīng)濟(jì)，人為的增加網(wǎng)絡(luò)的阻力也就是增大了每立方米空氣所消耗的電能。反映在通風(fēng)機(jī)性能曲線圖上就是 改變風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)，流量調(diào)節(jié)主要有兩個目的：第一，滿足礦井用風(fēng)量的要求，第二，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。同樣是由于在風(fēng)量較小的情況陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 下，風(fēng)機(jī)二次回流現(xiàn)象的影響，使得到某一流量時，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大和減小的回復(fù)，這也就是風(fēng)機(jī)喘振點(diǎn)，在風(fēng)機(jī)性能測試過程中，一般由此點(diǎn)開始或到此點(diǎn)結(jié)束，所以大多數(shù)的風(fēng)機(jī)性能曲線的流量不是從零開始。一般工作的工況點(diǎn)選在效率大于 60%的曲線段。因此， Q－ H曲線和 Q－ N曲線都是在流量從小到大增加時先下降，再上升，然后再下降，有兩個拐點(diǎn)，正常工作工況點(diǎn)應(yīng)選在 Q－ H 曲線的二次下降段，也就是駝峰點(diǎn)的右側(cè)，它可近似用三次方程來擬合，但在整個趨勢中它和 QH曲線的擬合方法一樣，選用有兩個拐點(diǎn)的三次方程，能很好的反映風(fēng)機(jī)工作情況的性能。因此與離心式風(fēng)機(jī)相比，軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)在管路暢通下開動，盡管如此當(dāng)啟動與停車時，總是會經(jīng)過最低流量的，所以軸流式風(fēng)機(jī)所配用電機(jī)要有足夠的裕量。 － H 曲線大都屬于陡降型曲線 流量偏小時，氣流將部分地發(fā)生二次回流現(xiàn)象，回流的液體被葉輪二次加壓，是流量較小的情況下，壓頭上升的緣故。 風(fēng)機(jī)的特性曲線 軸流式風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況下，基本上能消除氣流的徑向流動，但當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)值時，葉輪下游側(cè)氣流將由內(nèi)向外朝直徑較大處偏斜；反之，氣流將朝較小處偏轉(zhuǎn)，情況嚴(yán)重時，會發(fā)生二次回 流現(xiàn)象。 —— 通風(fēng)機(jī)的全壓效率和靜壓效率； N—— 通風(fēng)機(jī)的軸功率， kW。 4效率 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 效率是全壓有效功率或靜壓有效功率與軸功率的比值，前者稱 為全壓效率，后者稱為靜壓效率，計(jì)算公式如下： 式中 錯誤 !未找到引用源。 式中 : 錯誤 !未找到引用源。 若通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓用靜壓表示，則通風(fēng)機(jī)靜壓有效功率可用下式計(jì)算 : 錯誤 !未找到引用源。 —— 通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量， m/錯誤 !未找到引用源。 —— 通風(fēng)機(jī)全壓有效功率， kW； 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 3功率 通風(fēng)機(jī)的功率分為軸功率和有效功率。 表示： 錯誤 !未找到引用源。 ； 錯誤 !未找到引用源。 —— 氣體中某點(diǎn)的動壓， Pa； 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 表示，在實(shí)際的通風(fēng)網(wǎng)路中，通風(fēng)截面一般不是很大，可以忽略同一截面上任意兩地之間氣體的位能之差，因此在緩變流條件下，同一過流截面上個點(diǎn)的靜壓值可以認(rèn)為相等。 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 位為 Pa。 本論文中采用某實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下： 風(fēng)機(jī)基本性能參數(shù) 轉(zhuǎn)速（ r/min） 風(fēng)量（ 錯誤 !未找到引用源。它具有結(jié)構(gòu)尺寸短，效率高，反風(fēng)性能好的特點(diǎn)。軸流通風(fēng)機(jī)是氣體沿軸向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉片通道，由葉片與氣體的相互作用，使氣體被壓縮并沿軸向排出的通風(fēng)機(jī)。 風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)中引入變頻器對風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，據(jù)所需風(fēng)量和風(fēng)壓大小通過變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在節(jié)能和提高風(fēng)機(jī)效率方面具有無與倫比的優(yōu)點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動和保護(hù)等要求。 本系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測以工控領(lǐng)域的可編程控制器 (PLC)和組態(tài)軟件為核心，以標(biāo)準(zhǔn)控制柜作為信號采集和控制輸出裝置 ,輔以傳感器、中間繼電器和其它輔助設(shè)備構(gòu)建整個監(jiān)控系統(tǒng)。并生成性能參數(shù)實(shí)時曲線和歷史趨勢曲線，監(jiān)測數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)報(bào)表查詢及打印，以及瓦斯?jié)舛取L(fēng)量、風(fēng)壓等監(jiān)控量的趨勢曲線、超限報(bào)警和數(shù)據(jù)報(bào)表功能。 6 用 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)完成對 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)的組建。 4 用工程制圖軟件繪制系統(tǒng)主電路圖和 PLC及擴(kuò)展模塊接線圖。在變頻運(yùn)行時，該系統(tǒng)能根據(jù)壓力傳感器的模擬量輸入，經(jīng) PLC 內(nèi)部運(yùn)算，計(jì)算出系統(tǒng)滿足安全生產(chǎn)所需的風(fēng)量大小對應(yīng)的變頻器輸入電壓值，經(jīng)擴(kuò)展模塊模擬量輸出控制變頻器自動調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體地說，本論文的主要研究內(nèi)容如下： 1實(shí)現(xiàn)信號采集與實(shí)時監(jiān)測，包括風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、負(fù)壓、流量、軸承振動、軸承溫度、定子溫度、電壓、電流、 功率、效率等。同時，利用 PLC 和上位機(jī)之間的通信實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的在線監(jiān)控。在礦難發(fā)生前就能對各種安全隱患進(jìn)行預(yù) 測，使安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。 (5)煤礦安 全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)向綜合化方向發(fā)展 全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種可用于環(huán)境安全、軌道運(yùn)輸、皮帶運(yùn)輸、提升運(yùn)輸、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、礦山壓力、煤與瓦斯突出、自燃發(fā)火、大型機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況等多方面綜合監(jiān)控的系統(tǒng)，既可用于某一單方面的監(jiān)控，又可實(shí)現(xiàn)全面綜合監(jiān)控。 (3)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)智能化 主要是指傳感器的智能化，如不斷推出的具有自動校正、靈敏度自動補(bǔ)償、非線性自動補(bǔ)償?shù)裙δ艿闹悄軅鞲衅鳌? (2)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng) 開放化 新推出的集散監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)均采用開放系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)模型、通信協(xié)議或規(guī)程，支持多種互連標(biāo)準(zhǔn)。分站以脫離主站自動實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)測和控制功能，一般由中小型可編程控制器組成。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,科 技人員的不斷努力，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控取得了一定的成績 ,但也明顯存在一些不足礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控主要還處在監(jiān)測水平，其控制功能很弱，對主通風(fēng)機(jī)的控制和故障診斷基本上還處 在研究階段，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控的可靠性有待進(jìn)一步提高，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控是一個較獨(dú)立 的系統(tǒng) ,未與整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)、整個煤礦管理系統(tǒng)取得協(xié)調(diào)的聯(lián)系。 05 年南京因泰萊電器股份有限公司為銀川力城電子煤礦設(shè)計(jì)了綜合現(xiàn)代化通 信、計(jì)算機(jī)和自動控制與檢測技術(shù)的全分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它具有顯示、打印、報(bào)警、狀態(tài)識別、趨勢分析、現(xiàn)場動平衡等功能，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。近幾年來，陸續(xù)有幾家大中型企業(yè)開始安裝了專用檢測診斷設(shè)備對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了長期檢測。其一這種人工操作方法 只能做到階段性調(diào)節(jié)而不能做到及時連續(xù)自動調(diào)節(jié)，而且實(shí)時性差，風(fēng)量控制不準(zhǔn)確，自動化程度不高；另外，我國煤礦主通風(fēng)機(jī)一般都在遠(yuǎn)離煤礦管理部門的井田邊緣，通風(fēng)設(shè)備的管理由于風(fēng)量參數(shù)不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測而成為煤礦自動化管理的薄弱環(huán)節(jié)。國內(nèi)在這兩方面起步比較晚。美國煤礦使用的主風(fēng)機(jī)以軸流式為主，近年來開始采用在運(yùn)行中可以改變?nèi)~片角度的液壓式動葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，節(jié)能效果好。 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)外研究狀況 國外很早就對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了研究。高壓變頻技術(shù)、智能控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，為滿足煤礦生