【正文】 機應(yīng)當在管路暢通下開動，盡管如此當啟動與停車時，總是會經(jīng)過最低流量的，所以軸流式風(fēng)機所配用電機要有足夠的裕量。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，正常工作工況點應(yīng)選在Q－H曲線的二次下降段，也就是駝峰點的右側(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，選用有兩個拐點的三次方程，能很好的反映風(fēng)機工作情況的性能。一般工作的工況點選在效率大于60%的曲線段。同樣是由于在風(fēng)量較小的情況下，風(fēng)機二次回流現(xiàn)象的影響，使得到某一流量時，在風(fēng)機轉(zhuǎn)速的增大和減小的回復(fù)，這也就是風(fēng)機喘振點，在風(fēng)機性能測試過程中，一般由此點開始或到此點結(jié)束，所以大多數(shù)的風(fēng)機性能曲線的流量不是從零開始。反映在通風(fēng)機性能曲線圖上就是改變風(fēng)機工況點，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)機的運行效率。改變管網(wǎng)曲線主要是在通風(fēng)機的管路上設(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，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。改變風(fēng)機性能曲線是通過改變風(fēng)機自身運行曲線，主要有定速和變速兩類。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)機的性能曲線，從而改變風(fēng)機的工況點。由于高壓變頻器發(fā)展，煤礦主通風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于在節(jié)能和提高風(fēng)機效率方面具有無與倫比的優(yōu)點，還能實現(xiàn)風(fēng)機的軟啟動和保護等要求，已開始應(yīng)用在風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)當中。 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)字運算操作的電子系統(tǒng)，是用來取代電機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。 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，運算器和寄存器組成，它是PLC的核心部分。掃描I/O接收的現(xiàn)場狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M行處理，然后刷新輸出接口，對執(zhí)行部件進行控制。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。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。(4)電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。(5)外設(shè)接口與擴展接口PLC可以通過外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機、PLC或計算機相連。 PLC的工作原理PLC采用一種不同于一般微型計算機的運行方式即循環(huán)掃描技術(shù)，循環(huán)掃描技術(shù)是指當PLC投入運行后，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。(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。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。其結(jié)構(gòu)如圖3所示：圖3 傳感器與PLC擴展模塊的連接、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，測點選擇在風(fēng)機的入口，將取得的壓力信號通過壓力傳感(變送)器轉(zhuǎn)換成電信號。本設(shè)計中選用CYBZI系列中量程為03KPa的壓力傳感器。計算公式：式中為CP201測量到靜壓，為入口壓力CP202(表壓)的絕對值(正值)，為入口溫度，系數(shù)k因風(fēng)機參數(shù)的不同而異。對于負壓參數(shù)的采集主要用于與設(shè)定的負壓值進行比較，調(diào)整風(fēng)機的運行頻率,使風(fēng)機運行在指定的工況點，實現(xiàn)通風(fēng)機的閉環(huán)控制。具體測試方法為：通過安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動烈度信號，經(jīng)過振動變送器送到PLC中，以便實時監(jiān)控電動機的運行情況。常用的振動測量傳感器有電渦流式傳感器、速度式傳感器、加速度式傳感器。經(jīng)過比較之后，本系統(tǒng)選擇南京東大測振儀器廠生產(chǎn)的MT3T型電磁式速度傳感器。%測量方向：水平或垂直電源：177。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場安裝的需要，以及增強報警和顯示等功能，又選擇了南京東大測振儀器廠生產(chǎn)的與MT3系列磁電式振動速度傳感器配套使用的30ZXPJ210型振動速度監(jiān)控裝置。其具體參數(shù)如下：(1)量程：0～10mm/s，0～20mm/s，0～50mm/s(均方根值)(2)頻率范圍：10～1000Hz(3)信號輸入：MT3系列磁電式振動速度傳感器的信號(4)靈敏度：30mV/mm/s≤3%(5)儀表顯示顯示方式：高分辨率LCD顯示，精確度177。%(8)報警輸出：警告、危險兩極報警；(9)繼電器節(jié)點容量：DC30V/1A，AC125V/(10)使用電源：AC220V/50HZ177。電量參數(shù)監(jiān)測采用EDA9033電量參數(shù)監(jiān)測模塊。在該系統(tǒng)中，PLC通過CP341模塊與EDA9033通過MODBUSRTU協(xié)議進行通信，所以電氣參數(shù)通過由安裝在各開關(guān)柜內(nèi)的智能儀表單元與PLC以通訊的方式得到。該傳感器利用金屬鉑在溫度變化時自身阻值也隨之改變的特性來測量溫度，能夠準確的測出軸承或定子的溫度并將它們傳給PLC 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，當被測介質(zhì)中存在溫度梯度時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。其性能指標如下：連續(xù)監(jiān)測風(fēng)機工作時的軸承溫度和電機的軸承溫度，也是風(fēng)機工況監(jiān)測的一項重要任務(wù)。常用的溫度檢測傳感器有熱電阻式熱電傳感器、熱電偶式傳感器和熱敏電阻傳感器等。熱電偶式傳感器在中溫或高溫外露條件使用時的穩(wěn)定性不如熱電阻式傳感器。熱電偶外露線必須使用溝環(huán)才能與熱電偶儀器或控制設(shè)備相連。因此，結(jié)合本系統(tǒng)的監(jiān)測要求，選擇熱電阻式熱電傳感器檢測風(fēng)機溫度。按照不同測點對溫度測量范圍的要求，本系統(tǒng)選擇日本林電的PT100鉑電阻，具體型號選擇如下：測點型號測量范圍風(fēng)機主軸承溫度STTSAIT0~150℃電機軸承溫度STTSAIT350~200℃電機三相繞組溫度STTSAIT350~200℃另外，在檢測溫度參數(shù)時，還需要有變送器將測量的溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成420mA的電流信號或05V的電壓信號，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出開關(guān)量主要包括：泵站電機控制、風(fēng)門打開和關(guān)閉控制、主電機正反向合閘、主電機正反向分閘、主電機正反向跳閘、制動器控制以及聲光報警等。 變頻調(diào)速近幾年來，隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的價格不斷下降，其可靠性和功能性得到了不斷提高和完善，使其在水泵、風(fēng)機、電梯等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。一般地來講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風(fēng)機上，具有以下的功能和優(yōu)點：(l)可以實現(xiàn)風(fēng)機的無級平滑調(diào)速，及時滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，提高風(fēng)機的運行效率，節(jié)省大量的電能損耗。(3)PLC控制技術(shù)和變頻器結(jié)合使用，可以使通風(fēng)系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能和高可靠性，減少通風(fēng)機的檢修和維護的工作量，節(jié)約設(shè)備的費用。交流異步電機以其體積小、重量輕、價格低廉、運行性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在機械的電力傳動中應(yīng)用最為普遍。經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，出現(xiàn)了許多交流電機的調(diào)速方式，如異步電機的變極調(diào)速、定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。由電動機的拖動原理，可知交流異步電機的轉(zhuǎn)速表達式為: (21)由上式(21)、(22)和(23)可以看出，如果改變輸入到異步電機定子繞組的電源頻率，就可以改變異步電動機的同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n由電機學(xué)知識可知，交流異步電動機的轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速，而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。反之，當電源頻率降低，同步轉(zhuǎn)速降低，交流異步電機的實際轉(zhuǎn)速n也降低。在變頻調(diào)速技術(shù)中，使用變頻器向電動機提供頻率可變的電源，去改變電動機的轉(zhuǎn)速。圖4 風(fēng)機及管網(wǎng)的H－Q特性曲線圖圖4中曲線1為風(fēng)機開始調(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)。如果生產(chǎn)要求風(fēng)量從減少到時，若采用關(guān)小風(fēng)機管路閥門的方法調(diào)節(jié)，相當于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性曲線變化到b，系統(tǒng)工況點也由A點變到B點。 若采用變頻調(diào)速控制局部通風(fēng)機的運行，隨著風(fēng)機轉(zhuǎn)速的下降，風(fēng)壓－風(fēng)量特性變?yōu)榍€系統(tǒng)工況也由A點變到C點，代表軸功率的面積C比采用前一種方法調(diào)節(jié)顯著減少，兩者之差即是節(jié)省的氣體功率。由以上的比例關(guān)系，可以看出風(fēng)機的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。根據(jù)上述變頻調(diào)速的原理，礦井通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。變頻器按結(jié)構(gòu)來分，分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩種。交一直一交變頻器是把工頻交流電經(jīng)整流器先轉(zhuǎn)換成直流電，然后經(jīng)濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可控制的交流電，又稱為間接變頻器。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種(2)逆變器逆變器即是負載側(cè)的變流器，它的主要作用在控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)變成頻率、電壓調(diào)節(jié)后的交流電，輸出給外部設(shè)備。(3)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)又稱為中間儲能環(huán)節(jié)，這是因為逆變器的負載多為感性負載，其功率因數(shù)小于1，使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間存在著無功率的交換?？偟膩碚f，PLC控制變頻器的方式主要有以下三種方式：(1)頻率輸出控制端子的邏輯組合方式大多數(shù)變頻器都有幾個不同的頻率輸出控制端子，我們可以通過變頻器參數(shù)的設(shè)定，設(shè)置控制端子不同的頻率輸出。其邏輯組合控制是用PLC的輸出去控制變頻器控制端子的ON/OFF狀態(tài)，使變頻器輸出不同頻率的電源，進而控制異步電機的轉(zhuǎn)速。因此，這種控制方式只適合不需要電機連續(xù)調(diào)速就能滿足生產(chǎn)要求的場合。通過串行電纜把PLC和變頻器的RS485通訊接口連接起來，用通訊的方式把頻率由PLC傳給變頻器，這就是PLC控制變頻器的通訊方式。如PLC通過通訊的方式來監(jiān)控變頻器，可以傳送大量的信息，連續(xù)地監(jiān)控多臺變頻器，還可以通過通訊修改變頻器的參數(shù)，實現(xiàn)多臺變頻器的聯(lián)動控制和同步控制。(3)模擬量控制的方式現(xiàn)在生產(chǎn)的PLC一般都具有模擬量信號處理的功能，模擬量信號通過A/D模塊和D/A模塊轉(zhuǎn)換后，輸出0~10V的電壓或4~20mA的電流，把輸出的信輸入到變頻器相應(yīng)的模擬量輸入端子，可以控制變頻器輸出電源的頻率，這種PLC控制變頻器的方式，稱為模擬量的控制方式。由于本控制系統(tǒng)中采用的是兩臺變頻器控制對旋軸流風(fēng)機兩臺電機的方案，是一對一控制，為說明問題，本系統(tǒng)采用PLC控制變頻器的模擬量控制方式。中央控制層由帶有以太網(wǎng)接口的PLC組成，PLC作為總站，就地站以及遠程輸入站作為從站，采用PROFIBUSDP現(xiàn)場總線實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的互連，節(jié)省了大量的A/D等傳輸和轉(zhuǎn)換模塊。遠程監(jiān)控管理層直接接入礦調(diào)度室，由上位工控機、打印機、不間斷電源等設(shè)備組成，提供集中監(jiān)控管理功能，可以實現(xiàn)監(jiān)控風(fēng)機系統(tǒng)運行工況、故障報警與分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報表生成打印、歷史數(shù)據(jù)記錄管理等操作。相對于傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線有著分散控制更徹底、開放性好、可靠性高、總體價格也較便宜等優(yōu)點，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又一個新時代的開始。大型煤礦生產(chǎn)企業(yè)所應(yīng)用的生產(chǎn)設(shè)備往往多而分散，對于傳統(tǒng)的基于PC、PLC等產(chǎn)品的監(jiān)控系統(tǒng)來說，如不采用現(xiàn)場總線技術(shù)將各生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)有機地連為一體，則難以及時有效地對各設(shè)備的狀態(tài)進行協(xié)調(diào)管理，在很大程度上不利于生產(chǎn)效率和安全性的提升。以太網(wǎng)傳輸速度的提高、高速以太網(wǎng)的應(yīng)用以及工業(yè)級以太網(wǎng)部件推出，使影響以太網(wǎng)進入工控領(lǐng)域的確定性問題和可靠性問題逐漸得到解決。工業(yè)以太網(wǎng)是基于以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)開發(fā)出來的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。為了解決現(xiàn)場總線面臨