【正文】 的 降 低 生 產(chǎn) 成 本 ， 減 少 能 量 損 耗 和 對(duì) 環(huán) 境 的 污 染 ， 為 企 業(yè) 帶 來觀 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 和 社 會(huì) 效 益 。部 分 的 主 要 功 能 如 下 ：監(jiān) 控 系 統(tǒng) （ SCADA） ： 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 全 風(fēng) 場 風(fēng) 機(jī) 狀 況 的 監(jiān) 視 與 啟 、 停操 它 包 括 大 型 監(jiān) 控 軟 件 及 完 善 的 通 訊 網(wǎng) 絡(luò) 。 它 對(duì) 外 的 三 個(gè) 主 要 接 口 系 統(tǒng) 就 是 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 、變 槳 控 制 系 統(tǒng) 以 及 變 頻 系 統(tǒng) （ 變 頻 器 ） ， 它 與 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 接 口 完 成 風(fēng) 機(jī) 實(shí) 時(shí) 數(shù)據(jù) 及 統(tǒng) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 的 交 換 ， 與 變 槳 控 制 系 統(tǒng) 接 口 完 成 對(duì) 葉 片 的 控 制 ， 實(shí) 現(xiàn) 最 大風(fēng) 能 捕 獲 以 及 恒 速 運(yùn) 行 ， 與 變 頻 系 統(tǒng) （ 變 頻 器 ） 接 口 實(shí) 現(xiàn)有 功 率 以 及 無 功 功 率 的 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 。 目 前 來 看 ， 變槳 控 制 系 統(tǒng) 的 葉 片 驅(qū) 動(dòng) 有 液 壓 和 電 氣 兩 種 方 式 ， 電 氣 驅(qū) 動(dòng) 方 式 中 又 有 采 用 交流 電 機(jī) 和 直 流 電 機(jī) 兩 種 不 同 方 案 。變 頻 系 統(tǒng) （ 變 頻 ） 器 ： 與 主 控 制 系 統(tǒng) 接 口 ， 和 發(fā) 電 機(jī) 、 電 網(wǎng) 連 接 ， 直 接承 擔(dān) 著 保 證 供 電 品 質(zhì) 、 提 高 功 率 因 素 ， 滿 足 電 網(wǎng) 兼 容 性 標(biāo) 準(zhǔn) 等 重 要 作 用 。而 最 常 用 的 控 制 手 段 則 是 調(diào) 節(jié) 風(fēng) 門 、 擋 板 開 度 的 大 小 來 調(diào) 整 受 控 對(duì) 象 。 在 生 產(chǎn) 過 程 中 ， 不 僅 控 制 精 度 受 到限 制 ， 而 且 還 造 成 大 量 的 能 源 浪 費(fèi) 和 設(shè) 備 損 耗 。 為 此 ， 需 要 采 用 多 項(xiàng) 措施 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 離 心 風(fēng) 機(jī) 的 自 動(dòng) 控 制 ， 以 使 系 統(tǒng) 的 各 種 性 能 達(dá) 到 合 理 的 要 求 。從 而 大 大 的 降 低 生 產(chǎn) 成 本 ， 減 少 能 量 損 耗 和 對(duì) 環(huán) 境 的 污 染 ， 為 企 業(yè) 帶 來觀 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 和 社 會(huì) 效 益 。 由 PLC控 制 的 變 頻調(diào) 速 離 心 風(fēng) 機(jī) 的 通 風(fēng) 系 統(tǒng) ， 具 有 較 高 的 可 靠 性 和 較 好 的 節(jié) 能 效 果 ， 易 于 組 建成 整 體 的 自 控 系 統(tǒng) ， 很 方 便 地 實(shí) 現(xiàn) 各 種 控 制 切 換 和 遠(yuǎn) 程 監(jiān) 控 ， 本 文 通 過 一 個(gè)實(shí) 例 ——基 于 離 心 風(fēng) 機(jī) 的 礦 井 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 分 析 。 隨 著 我 國 政 府 對(duì) 各 行 各 業(yè) 安全 生 產(chǎn) 監(jiān) 管 力 度 的 不 斷 加 強(qiáng) ， 尤 其 對(duì) 煤 礦 安 全 生 產(chǎn) 的 要 求 越 來 越 高 ， 對(duì) 煤 礦礦 井 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 技 術(shù) 改 造 ， 提 高 其 運(yùn) 行 穩(wěn) 定 性 、 可 靠 性 、 節(jié) 能 降 耗 等 勢 在必 行 。 針 對(duì) 這 一 系 列 問 題本 系 統(tǒng) 將 PLC與 變 頻 器 有 機(jī) 地 結(jié) 合 起 來 ， 采 用 以 礦 井 氣 壓 壓 力 為 主 控 參 數(shù) ，實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 電 動(dòng) 機(jī) 工 作 過 程 和 運(yùn) 轉(zhuǎn) 速 度 的 有 效 控 制 使 礦 井 中 用 的 離 心 通 風(fēng) 機(jī) 通風(fēng) 高 效 、 安 全 ， 達(dá) 到 了 明 顯 的 節(jié) 能 效 果 。 PLC及 風(fēng) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 狀 況 經(jīng) 過 幾 十 年 的 迅 速 發(fā) 展 ， PLC的 功 能 越 來 越 強(qiáng) 大 ， 應(yīng) 用 范 圍 也 越 來 越 廣泛 ,其 足 跡 已 遍 及 國 民 經(jīng) 濟(jì) 的 各 個(gè) 領(lǐng) 域 ,形 成 了 能 夠 滿 足 各 種 將 需 要 的 PLC應(yīng) 用 系 統(tǒng) 。安 徽 工 程 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 3 小 型 化 、 微 型 化 和 大 型 化 、 多 功 能 兩 個(gè) 方 向 發(fā) 展  程 控 制 功 能 不 斷 增 強(qiáng) 力 開 發(fā) 智 能 型 I/O模 塊 個(gè) 人 計(jì) 算 機(jī) 日 益 緊 密 結(jié) 合 程 語 言 趨 向 標(biāo) 準(zhǔn) 化 信 與 聯(lián) 網(wǎng) 能 力 不 斷 增 強(qiáng)近 年 來 隨 著 科 技 的 飛 速 發(fā) 展 ， PLC的 應(yīng) 用 正 在 不 斷 地 走 向 深 入 ， 同 時(shí) 帶動(dòng) 傳 統(tǒng) 的 控 制 檢 測 技 術(shù) 不 斷 更 新 。 通 過 模 擬 /數(shù) 字 ，（ A/D） 轉(zhuǎn) 換 器 和 數(shù) 字 /模 擬 （ D/A） 轉(zhuǎn) 換 器 也 可 以 控 制 模 擬 量 例 如 控 制 溫 度 、壓 力 、 流 量 、 成 分 等 參 數(shù) 。 如 果 對(duì) 外 部 電 路 稍 加 修 改 或 者在 系 統(tǒng) 程 序 中 加 入 分 支 可 以 把 八 路 搶 答 器 變 為 更 多 路 的 搶 答 器 。 如 果 將 手 動(dòng) 按 鈕 變 為 觸 摸 屏 可 以 使 搶 答 器 更 為 簡 單 方便 。風(fēng) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 研 究 現(xiàn) 狀 ： 風(fēng) 機(jī) 的 控 制 系 統(tǒng) 是 風(fēng) 機(jī) 的 重 要 組 成 部 分 ， 它承 擔(dān) 著 風(fēng) 機(jī) 監(jiān) 控 、 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 、 實(shí) 現(xiàn) 最 大 風(fēng) 能 捕 獲 以 及 保 證 良 好 的 電 網(wǎng) 兼 容 性等 重 要 任 務(wù) ， 它 主 要 由 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 、 主 控 系 統(tǒng) 、 變 槳 控 制 系 統(tǒng) 以 及 變 頻 系（ 變 頻 器 ） 幾 部 分 組 成 。主 控 系 統(tǒng) ： 主 控 系 統(tǒng) 是 風(fēng) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 主 體 ， 它 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 啟 動(dòng) 、 自 動(dòng) 調(diào)向 、 自 動(dòng) 調(diào) 速 、 自 動(dòng) 并 網(wǎng) 、 自 動(dòng) 解 列 、 故 障 自 動(dòng) 停 機(jī) 、 自 動(dòng) 電 纜 解 繞 及 自 動(dòng)記 錄 與 監(jiān) 控 等 重 要 控 制 、 保 護(hù) 功 能 。變 槳 控 制 系 統(tǒng) ： 與 主 控 系 統(tǒng) 配 合 ， 通 過 對(duì) 葉 片 節(jié) 距 角 的 控 制 ， 實(shí) 現(xiàn) 最 大風(fēng) 能 捕 獲 以 及 恒 速 運(yùn) 行 ， 提 高 了 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 的 運(yùn) 行 靈 活 性 。 究 竟 采 用 何 種 方 式 主 要 取 決 于 制 造 廠家 多 年 來 形 成 的 技 術(shù) 路 線 及 傳 統(tǒng) 。 風(fēng)機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 趨 勢 ： 隨 著 國 內(nèi) 企 業(yè) 所 開 發(fā) 風(fēng) 機(jī) 容 量 越 來 越 大 ， 風(fēng) 機(jī) 控 制技 術(shù) 必 須 不 斷 發(fā) 展 才 能 滿 足 這 一 要 求 ， 如 葉 片 的 驅(qū) 動(dòng) 和 控 制 技 術(shù) 、 如 更 大 容量 的 變 頻 器 開 發(fā) ， 都 是 必 須 不 斷 解 決 的 新 的 課 題 ， 這 里 不 進(jìn) 行 詳 細(xì) 闡 述 。（ 1） 采 用 統(tǒng) 一 和 開 放 的 協(xié) 議 以 實(shí) 現(xiàn) 不 同 風(fēng) 場 、 不 同 廠 家 和 型 號(hào) 的 風(fēng) 機(jī) 之間 的 方 便 互 聯(lián) 。 因 此 ， 現(xiàn) 實(shí) 不 同 風(fēng) 機(jī) 之 間 的 方便 互 聯(lián) 是 一 個(gè) 亟 待 解 決 的 重 要 課 題 。 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 組 ，尤 其 是 雙 饋 型 風(fēng) 機(jī) ， 抵 抗 電 網(wǎng) 電 壓 跌 落 的 能 力 本 身 較 差 。 當(dāng) 風(fēng) 機(jī) 在 電 網(wǎng) 中 所 占 比 例 較 小 時(shí) ，這 種 做 法 對(duì) 電 網(wǎng) 的 影 響 還 可 以 忽 略 不 計(jì) 。 歐 洲很 多 國 家 ， 如 德 國 、 西 班 牙 、 丹 麥 等 國 家 ， 早 就 出 臺(tái) 了 相 關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn) ， 要 求 在 這種 情 況 下 風(fēng) 機(jī) 能 保 持 在 網(wǎng) 運(yùn) 行 以 支 撐 電 網(wǎng) 。 我 國 也 于 今 年 8月 由 國 家 電 網(wǎng) 公 司 出 臺(tái) 了 《 風(fēng) 電 場 接 入 電 網(wǎng) 技術(shù) 規(guī) 定 》 ， 其 中 規(guī) 定 了 我 國 自 己 的 低 電 壓 穿 越 技 術(shù) 要 求 ， 明 確 要 求 風(fēng) 電 機(jī) 組在 并 網(wǎng) 點(diǎn) 電 壓 跌 落 至 20%額 定 電 壓 時(shí) 能 夠 保 持 并 網(wǎng) 運(yùn) 行 625ms、 當(dāng) 跌 落 發(fā) 生3s內(nèi) 能 夠 恢 復(fù) 到 額 定 電 壓 的 90%時(shí) ， 風(fēng) 電 機(jī) 組 保 持 并 網(wǎng) 運(yùn) 行 的 低 電 壓 穿 越 運(yùn)行 要 求 。 在 今 后 可 能還 會(huì) 出 臺(tái) 更 為 嚴(yán) 格 的 上 網(wǎng) 限 制 措 施 。（ 3） 實(shí) 現(xiàn) 在 功 率 預(yù) 估 條 件 下 的 風(fēng) 電 場 有 功 及 無 功 功 率 自 動(dòng) 控 制 。 但 是 ， 隨 著 風(fēng) 電 上 網(wǎng) 電 量 的 大 幅度 增 加 ， 在 用 電 低 谷 段 往 往 是 風(fēng) 機(jī) 出 力 最 大 的 時(shí) 段 ， 造 成 電 網(wǎng) 調(diào) 峰 異 常 困難 ， 電 網(wǎng) 頻 率 、 電 壓 均 易 出 現(xiàn) 較 大 波 動(dòng) 。安 徽 工 程 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 5 第 二 章 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 控 制 系 統(tǒng) 的 要 求（ 1） 高 可 靠 性 ， 以 適 應(yīng) 工 業(yè) 現(xiàn) 場 十 分 惡 劣 和 復(fù) 雜 的 工 作 條 件 。 （ 3） 有 豐 富 的 可 與 工 業(yè) 現(xiàn) 場 信 號(hào) 相 連 接 的 工 業(yè) 接 口 ， 方 便 實(shí) 現(xiàn) 在 線監(jiān) 控 。（ 5） 有 先 進(jìn) 的 系 統(tǒng) 環(huán) 境 和 應(yīng) 用 軟 件 便 于 開 發(fā) 。 （ 7） 有 可 靠 的 報(bào) 警 系 統(tǒng) ， 在 風(fēng) 機(jī) 電 機(jī) 過 熱 ， 變 頻 器 出 現(xiàn) 故 障 時(shí) 能 及時(shí) 發(fā) 出 報(bào) 警 信 號(hào) 。 這 樣 ， 既 可 滿 足 工 作 要 求 ，又 不 使 電 動(dòng) 機(jī) 空 轉(zhuǎn) ， 而 造 成 電 能 的 浪 費(fèi) 。 工 業(yè) 現(xiàn) 場 的 溫 度 由 溫 度 傳 感 器 檢 測 ， 變 換 成 模 擬 輸 入 反 饋 信 號(hào) ，經(jīng) A/D轉(zhuǎn) 換 后 與 PLC中 給 定 值 比 較 ， 再 經(jīng) D/A轉(zhuǎn) 換 變 成 模 擬 量 輸 出 信 號(hào) ， 控制 變 頻 器 調(diào) 節(jié) 風(fēng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 ， 從 而 達(dá) 到 控 制 工 廠 車 間 溫 度 的 目 的 系 統(tǒng) 組 成 簡 圖如 圖 21所 示 。 由 流體 力 學(xué) 的 基 本 定 律 可 知 ： 風(fēng) 機(jī) 、 泵 類 設(shè) 備 均 屬 平 方 轉(zhuǎn) 矩 負(fù) 載 ， 其 轉(zhuǎn) 速 n與 流黃 煒 ： 基 于 PLC的 風(fēng) 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 6 量 Q， 壓 力 H以 及 軸 功 率 P具 有 如 下 關(guān) 系 ： Q∝n， H∝n2， P∝n3， 即 流 量 與 轉(zhuǎn)速 成 正 比 ， 壓 力 與 轉(zhuǎn) 速 的 平 方 成 正 比 ， 軸 功 率 與 轉(zhuǎn) 速 的 立 方 成 正 比 。 其 中 ， 曲 線 1是 風(fēng) 機(jī) 在 額 定 轉(zhuǎn) 速 下 的 HQ曲 線 ，曲 線 2是 風(fēng) 機(jī) 在 某 一 較 低 速 度 下 的 HQ曲 線 ， 曲 線 3是 風(fēng) 門 開 度 最 大 時(shí) 的 HQ曲 線 ， 曲 線 4是 風(fēng) 機(jī) 在 某 一 較 小 開 度 下 的 HQ曲 線 。 顯 然 ， B點(diǎn) 與 C點(diǎn) 的風(fēng) 量 相 同 ， 但 C點(diǎn) 的 壓 力 要 比 B點(diǎn) 壓 力 小 得 多 。 曲 線 5為 變 頻 控 制 方 式 下 的PQ曲 線 ， 曲 線 6為 風(fēng) 門 調(diào) 節(jié) 方 式 下 的 PQ曲 線 。Qe為 風(fēng) 門 開 度 為 最 大 ， 且 電 機(jī) 運(yùn) 行 在 額 定 轉(zhuǎn) 速 時(shí) 的 風(fēng) 量 。通 過 以 上 分 析 得 出 ， 采 用 轉(zhuǎn) 速 進(jìn) 行 調(diào) 節(jié) 風(fēng) 量 ， 比 起 用 擋 板 調(diào) 節(jié) 風(fēng) 量 節(jié) 省能 源 ， 風(fēng) 量 調(diào) 節(jié) 幅 度 越 大 ， 節(jié) 電 效 果 越 高 。圖 22 變 頻 調(diào) 速 在 風(fēng) 機(jī) 中 的 節(jié) 能 分 析 變 頻 調(diào) 速 的 依 據(jù)變 頻 調(diào) 速 技 術(shù) 的 基 本 原 理 是 根 據(jù) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 與 工 作 電 源 輸 入 頻 率 成 正比 的 關(guān) 系 ， 如 公 式 （ 22） 所 示 ： （ 22）0(1)/nfsp??其 中 n表 示 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 ；安 徽 工 程 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 7 f為 電 動(dòng) 機(jī) 工 作 電 源 頻 率 ；s為 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 差 率 ；p為 電 機(jī) 磁 極 對(duì) 數(shù) 。 交 流 電 動(dòng)機(jī) 調(diào) 速 方 法 有 三 種 ， 主 要 有 ：（ 1） 變 極 對(duì) 數(shù) 調(diào) 速 ，（ 2） 變 轉(zhuǎn) 差 率 調(diào) 速 ，（ 3） 變 頻 調(diào) 速 ， 即 改 變 電 源 的 頻 率 來 改 變 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 。 變 頻 調(diào) 速 傳 動(dòng) 效 率 高 ， 因 變 頻 調(diào)速 屬 于 電 氣 調(diào) 速 ， 無 中 間 機(jī) 械 設(shè) 備 ， 也 就 沒 有 附 加 的 轉(zhuǎn) 差 損 耗 ， 屬 于 低 損 耗的 高 效 調(diào) 速 ， 而 且 其 調(diào) 速 范 圍 廣 ， 反 應(yīng) 速 度 快 ， 精 度 高 ， 裝 置 安 全 可 靠 ， 安裝 調(diào) 試 方 便 ， 容 易 實(shí) 現(xiàn) 閉 環(huán) 控 制 ， 能 達(dá) 到 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 。 目 前 ， 變 頻 調(diào) 速 控 制 器 作 為 一 種 新 型 的 節(jié) 能 控 制 裝 置 ，已 開 始 在 各 行 各 業(yè) 逐 漸 得 到 推 廣 和 應(yīng) 用 。圖 23 變 頻 器 主 電 路 原 理 圖 離 心 風(fēng) 機(jī) 控 制 原 理 分 析三 臺(tái) 大 容 量 的 離 心 風(fēng) 機(jī) (1, 2, 3)根 據(jù) 工 作 狀 態(tài) 的 不 同 ， 具 有 變 頻 、 工頻 兩 種 運(yùn) 行 方 式 ， 因 此 每 臺(tái) 離 心 風(fēng) 機(jī) 均 要 求 通 過 兩 個(gè) 接 觸 器 分 別 與 工 頻 電 源和 變