【正文】 。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由以上的比例關(guān)系，可以看出風(fēng)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速。 變頻器的結(jié)構(gòu) 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(fù)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(chǔ)能環(huán)節(jié)，這是因?yàn)槟孀兤鞯呢?fù)載多為感性負(fù)載，其功率因數(shù)小于 1，使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)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： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 (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(gè)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(jìn)而控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，這種控制方式只適合不需要電機(jī)連續(xù)調(diào)速就能滿足生產(chǎn)要求的場(chǎng)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(tái)變頻器，還可以通過通訊修改變頻器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器的聯(lián)動(dòng)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(hào)處理的功能，模擬量信號(hào)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(tái)變頻器控制對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)兩臺(tái)電機(jī)的方案，是一對(duì)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(yuǎn)程輸入站作為從站，采用 PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)程監(jiān)控管理層直接接入礦調(diào)度室，由上位工控機(jī)、打印機(jī)、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(shí)現(xiàn)監(jiān)控風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行工況、故障報(bào)警與分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表生成打印、歷史數(shù)據(jù)記錄管理等操作。相對(duì)于傳統(tǒng)的 DCS 控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線有著分散控制更徹底、開放性好、 可靠性高、總體價(jià)格也較便宜等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又一個(gè)新時(shí)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(duì)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(chǎng)總線技術(shù)將各生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)地連為一體，則難以及時(shí)有效地對(duì)各設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)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(jí)以太網(wǎng)部件推出，使影響以太網(wǎng)進(jìn)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)。 現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)的互連 為了解決現(xiàn)場(chǎng)總線面臨著標(biāo)準(zhǔn)繁多、難以與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)集成等諸多問題，于是就出現(xiàn)了把自動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)結(jié)合起來，集管理和控制為一體的系統(tǒng)。底層用現(xiàn)場(chǎng)總線以便控制裝置盡可能靠近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，上層采用工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的集中管理和分散控制，這種將兩層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到自動(dòng)化系統(tǒng)的方法，實(shí)現(xiàn)信息的完全共享，極大的提高了對(duì)復(fù)雜生產(chǎn)過程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能，提高了系統(tǒng)的利用率 。其互連模型如圖 7所示： 圖 7現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)互聯(lián) 網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)方法 本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線采用 PROFIBUSDP總線。 DP采用雙絞線或光纜作為傳輸介質(zhì)，傳輸速率從 。 同時(shí)本系統(tǒng)中采用 CP2431 以太網(wǎng)通信模塊將 S7200 PLC 連接到工業(yè)以太網(wǎng)中。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件連接 系統(tǒng)的硬件連接見附錄 1。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 圖 8 主電路圖 在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路的控制電路部分，利用 PLC 進(jìn)行控制，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省大量的繼電器、實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯控制以及進(jìn)行模擬量控制等功能。本控制系統(tǒng)接線圖如下圖 9所示。在風(fēng)機(jī)自動(dòng)變頻運(yùn)行時(shí)，是利用采集到的風(fēng)壓信號(hào)進(jìn)行通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制。 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 24 圖 9 控制電路 系統(tǒng)的 I/O 地址分配如下表所示： 名稱 代碼 地址編碼 輸入信號(hào) 自動(dòng)變頻按鈕 SF0 手動(dòng)變頻按鈕 SF1 工頻運(yùn)行切換按鈕 SF2 停止運(yùn)行按鈕 SF3 變頻器 1 故障輸入 1RL1 變頻器 2 故障輸入 2RL1 試燈鈴按鈕 SF4 消鈴按鈕 SF5 振動(dòng)變送器輸入 TF AIW0 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 負(fù)壓傳感器輸入 BP1 AIW2 壓力傳感器輸入 BP2 AIW4 1電機(jī)定子溫度輸入 BT1 AIW6 1電機(jī)軸承溫度輸入 BT2 AIW8 2電機(jī)定子溫度輸入 BT3 AIW10 2電機(jī)軸承溫度輸入 BT4 AIW12 名稱 代碼 地址編碼 輸出信號(hào) 1風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行接觸器 指示燈 QA3， PG1 1風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行接觸器 指示燈 QA4， PG2 2風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行接觸器 指示燈 QA5， PG3 2風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行接觸器 指示燈 QA6， PG4 變頻器 1 啟動(dòng) 1DIN1 變頻器 1 故障復(fù)位 1DIN3 變頻器 2 啟動(dòng) 2DIN1 變頻器 2 故障故障復(fù)位 2DIN3 變頻器故障信號(hào)燈 PG5 1電機(jī)振動(dòng)異常指示燈 PG6 2電機(jī)振動(dòng)異常指示燈 PG8 井巷壓力下限指示 燈 PG8 1電機(jī)溫度上限指示燈 PG9 2電機(jī)溫度上限指示燈 PG10 報(bào)警電鈴 PB 風(fēng)壓模擬量輸出 AQW0 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 26 器件的選型 的選型 在進(jìn)行 PLC型號(hào)的選擇時(shí)，要考慮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，選擇低檔機(jī)、中檔機(jī)還是高檔機(jī)。同時(shí)，還要考慮 PLC 的存儲(chǔ)容量，還要留有 30%一 50%的裕量。 CPU226 具有 24輸入 /16 輸出，共 40 個(gè)數(shù)字量 IO點(diǎn)；有 2個(gè) RS485 通信 /編程接口；有 PID控制器，具有 PID 自整定的功能；也有 PPI/MPI 和自由方式通信的能力。 在本設(shè)計(jì)中共有 8輸入 /11 輸出， 7 點(diǎn)模擬量輸入和 1 點(diǎn)模擬量輸出。另外選用 EM235 模塊和 EM231模塊。 EM231 有 4點(diǎn)模擬量輸入。若考慮更大的余量 ,也可以選擇比電動(dòng)機(jī)容量大一個(gè)級(jí)別的變頻器 ,但價(jià)格要高出不少 風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制后 ,操作人員可以通過調(diào)節(jié)安裝在工作臺(tái)上的按鈕或電位器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,操作十分簡易方便。并且，從節(jié)能的角度考慮， V/F 控制方式是最低的。根據(jù)變頻器的選擇原則，該系統(tǒng)中選用的是兩臺(tái)型號(hào)為 Siemens MM430 風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專用變頻器。 MicroMaster430 是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家，功率范圍 至 250kW?？刂栖浖梢詫?shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動(dòng) /自動(dòng)切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測(cè)、節(jié)能運(yùn)行方式等。 變頻器與 PLC 的連接 圖 10 變頻器與 PLC的連接 圖 10中變頻器的故障信號(hào)輸出接 PLC 的 端口， PLC 的輸出端口 與 接變頻器的數(shù)字輸入端 DIN1 和 DIN3，用于變頻器啟動(dòng)和停止控制。 風(fēng)量的控制算法 變頻器輸入值計(jì)算 上面提到：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。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中： 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； 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 28 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 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)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率， W。 /s假設(shè)某煤礦一井下掘進(jìn)工作面需要 19 人工作，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》規(guī)定每人每分鐘需要的風(fēng)量應(yīng)不少于 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /s，可計(jì)算出要求風(fēng)機(jī)管道的出氣風(fēng)量為 Q=錯(cuò)誤 !未找到引用源。令 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。 /s，根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，可求出掘進(jìn)巷道開始掘進(jìn)時(shí)，風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的起始速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =1744r/min。 = !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)巷道中的管網(wǎng)阻力增加時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量隨之減小，為了滿足所需風(fēng)量的要求，要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。首先，用壓力傳感器采集風(fēng)機(jī)的出氣風(fēng)壓。接著，根據(jù)風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的壓力一流量特性曲線方程，求出此風(fēng)壓下對(duì)應(yīng)的風(fēng)量大小。 /s 時(shí)，風(fēng)機(jī)需要調(diào)整的轉(zhuǎn)速大小。根據(jù)此線性關(guān)系，可以求出風(fēng)機(jī)達(dá)到需要調(diào)整的轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻器需要的模擬輸入電壓值。 圖 11 風(fēng)機(jī)及管網(wǎng)風(fēng)量 風(fēng)壓特性曲線 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 29 風(fēng)機(jī)在剛開始啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力最小為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。由以上表 4中的實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)，可知此工況點(diǎn)的風(fēng)量 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /s，風(fēng)壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =1744r/min。 =30HZ 時(shí)，對(duì)應(yīng)變頻器的模擬輸入電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 10=。 增加到 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 減小到 錯(cuò)誤 !未找到引用源。此時(shí)，壓力傳感器采集的壓力為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (41) 式中： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 工況點(diǎn) 3時(shí)出氣風(fēng)壓， Pa； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 工況點(diǎn) 3時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 工況點(diǎn) 3時(shí)變頻器輸出電壓頻率，HZ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 — 工況點(diǎn) 3時(shí)變頻器輸入模擬電壓，V。 =2900r/min，錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =10V，并且 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。 根據(jù)風(fēng)機(jī)工頻的 PQ特性曲線方程把由式 (42)求得的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 到設(shè)定的 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。 工況點(diǎn) 3時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min； 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 30 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 工況點(diǎn) 3時(shí)變頻器輸出電壓頻率，HZ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 工況點(diǎn) 3時(shí)變頻器輸入模擬電壓，V。 ，使風(fēng)機(jī)的風(fēng)量達(dá)到設(shè)定的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。同理，當(dāng)風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力再變化時(shí)，根據(jù)采集的風(fēng)壓大小，依據(jù)此算法即可及時(shí)地調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。該擬合方程是根據(jù)以上所述算法，理論計(jì)算出不同出氣風(fēng)壓對(duì)應(yīng)的變頻器模擬輸入電壓值，然后對(duì)這些理論數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合求得的。其擬合方程是把采集的不同出氣風(fēng)壓轉(zhuǎn)換到工頻風(fēng)壓，然后根據(jù)風(fēng)機(jī)工頻的壓力流量特性曲線方程求出所對(duì)應(yīng)的風(fēng)量值，對(duì)理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合求得的。 PLC 軟件設(shè)計(jì) PLC 軟件部分用 STEP7Micro/WIN 編程。 主控制程序流程 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 32 開 始風(fēng) 機(jī) 自 動(dòng) 變 頻 運(yùn) 行 ？S M 0 . 1 調(diào) 用 子 程 序 0 初 始 化S M 0 . 0 調(diào) 用 子 程 序 1 ， 檢 查 E M 2 3 5 和 E M 2 3 1調(diào) 用 子 程 序 2 , 3 , 4E M 2 3 5 有 錯(cuò) ？E M 2 3 1 有 錯(cuò) ？設(shè) 定 中 斷 時(shí) 間連 接 中 斷 子 程 序變 頻 器 有 故 障 ？風(fēng) 機(jī) 電 機(jī) 過 熱 ？風(fēng) 機(jī) 運(yùn) 行 輸 出 控 制電 機(jī) 振 動(dòng) 異 常 ？風(fēng) 機(jī) 手 動(dòng) 變 頻 運(yùn) 行 ？風(fēng) 機(jī) 工 頻 運(yùn) 行結(jié) 束YNY