基于PSAT的電力系統(tǒng)低頻振蕩分析論文定稿

1、基于PLC的礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要煤礦的安全生產(chǎn)中，礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用，它是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而礦井通風(fēng)機(jī)又是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，因此對(duì)其進(jìn)行PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。煤礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括風(fēng)機(jī)性能檢測(cè)和風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)控制兩部分。本文以一臺(tái)礦用對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)為控制對(duì)象，結(jié)合PLC控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和組態(tài)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了PLC控制的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)和研究。監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機(jī)加下位機(jī)的設(shè)計(jì)模式。下位機(jī)采用可靠性高的可編程邏輯控制器，通過(guò)各種傳感

2、器和電量采集單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)、電機(jī)的電氣參數(shù)并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。上位機(jī)應(yīng)用北京亞控科技公司開(kāi)發(fā)的KINGVIEW6.52組態(tài)軟件編寫(xiě)人機(jī)界面，將風(fēng)機(jī)工作流程以直觀的畫(huà)面顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和顯示、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄和報(bào)警、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和報(bào)表輸出、為操作員提供良好的操作界面，完成了風(fēng)機(jī)房的無(wú)人值守自動(dòng)化監(jiān)控和管理的設(shè)計(jì)和改造。在變風(fēng)量系統(tǒng)中，主要比較了風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)，顯示出了變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅能使風(fēng)機(jī)工作在高效區(qū)，并且其節(jié)能效果要優(yōu)于其它調(diào)節(jié)方法，具有很重要的應(yīng)用前景。風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)控制由PLC+變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制。同時(shí)本文還研究了風(fēng)量調(diào)節(jié)的算法。關(guān)鍵詞：PLC控制；

3、變頻調(diào)速技術(shù)； 礦井通風(fēng)機(jī)； 組態(tài)王軟件； ABSTRACTAs the key component of coal mine safety，mine ventilation system plays an important role in coal mine safety. It is one of the main equipments in the system. So research and design of its variable frequency speed regulation system with PLC control have good economic ben

4、efits. It not only improves the mechanical and automatic level of coal production, but also saves large electrical energy.Mine main ventilator monitoring system includes testing and adjusting air volume fan control in two parts. In this paper, a rotating axial flow fan of mine as a control object，co

5、mbined with PLC control， frequency conversion technology and configuration monitoring technology，PLC control of the mine fan was the state of monitoring and frequency control design and research.Monitoring system uses the host computer plus lower machine design patterns. High reliability and lower m

6、achine using programmable logic controller，through a variety of sensors and real-time monitoring of power acquisition unit fan performance parameters and state parameters，the motor electrical parameters and to achieve long-distance communication. We used KINGVIEW6.52 written man-machine interface co

7、nfiguration software developed by Beijing Asia PC application control technology company，the fans to an intuitive work flow screen display， data acquisition and display, record and alarm of critical data，production data storage and Report output for the operator to provide a good user interface，comp

8、leted the fan room unattended automated monitoring and management of the design and reconstruction.In VAV systems，the main damper adjustment compared with the frequency adjustment，frequency regulation system shows not only make the fans work in high areas，and its energy is more effective than other

9、adjustment methods，a very important application. Regulation and control by the PLC + fan drive motor speed to achieve control of air volume control. At the same time we study the air volume control algorithm.朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音 字典Keywords： PLC control； Variable frequency speed regulation technology；

10、 Mine ventilator； Kingview software；目 錄1 緒論11.1選題的背景和意義11.2風(fēng)機(jī)監(jiān)控在國(guó)內(nèi)外研究狀況 11.3礦井主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控的展望 11.4本論文的主要工作和安排22系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能42.1礦井主扇風(fēng)機(jī)42.1.1礦井主扇風(fēng)機(jī)概述42.1.2風(fēng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)42.1.3風(fēng)機(jī)的特性曲線52.1.4風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法72.2可編程控制器的應(yīng)用72.2.1 PLC概述72.2.2 PLC的基本構(gòu)成72.2.3 PLC的工作原理82.3風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測(cè)82.3.1風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測(cè)92.3.2振動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)102.3.3電氣參數(shù)的檢測(cè)102.3.4電機(jī)軸承

11、和定子溫度檢測(cè)102.3.5開(kāi)關(guān)量檢測(cè)112.4 變頻調(diào)速112.4.1變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用概述112.4.2變頻調(diào)速的基本原理112.4.3風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析122.4.4變頻器的結(jié)構(gòu)142.4.5 PLC控制變頻器的方式153通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)163.1風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)163.2基于現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)163.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù)163.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)的互連173.2.3網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)方法184系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)194.1系統(tǒng)硬件連接194.2主電路194.3控制電路的設(shè)計(jì)194.4 器件的選型224.4.1PLC的選型224.4.2變頻器

12、的選型224.5變頻器與PLC的連接234.6風(fēng)量的控制算法234.6.1變頻器輸入值計(jì)算234.6.2 U-P和Q-P曲線的擬合255主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)265.1 PLC軟件設(shè)計(jì)265.1.1主控制程序流程265.1.2子程序0和1程序流程275.1.3子程序2和3程序流程285.1.4子程序4程序流程295.1.5中斷子程序305.2組態(tài)軟件設(shè)計(jì)305.2.1KINGVIEW 6.52操作界面305.2.2煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面305.2.3 PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面31結(jié)論33參考文獻(xiàn)34附錄35翻譯部分40英文原文40中文譯文46致謝52第41頁(yè)1 緒論1.1選題

13、的背景和意義通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大固定設(shè)備之一，它擔(dān)負(fù)著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任，具有“礦井肺腑”之稱。由于井下工作環(huán)境惡劣，主通風(fēng)機(jī)工作電壓較高，電流較大，出現(xiàn)故障的概率也較大。一旦發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)整個(gè)礦區(qū)的生產(chǎn)和安全造成重大影響。因此，有必要建立一套功能完善的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井主通風(fēng)機(jī)性能及狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便在生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)掌握主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，這也是主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤礦事故70%以上是由于通風(fēng)設(shè)備故障、通風(fēng)管理不善等所造成。隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、生產(chǎn)效率的提高，井下通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)監(jiān)控也必須提出了更高的要求。利用設(shè)備在線監(jiān)測(cè)

14、監(jiān)控等相關(guān)技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)故障隱患十分必要。高壓變頻技術(shù)、智能控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，為滿足煤礦生產(chǎn)的上述要求提供了可能。本監(jiān)控系統(tǒng)就是在此背景下提出的。1.2 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究狀況國(guó)外很早就對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了研究。至90年代，一般的風(fēng)機(jī)均配有在線監(jiān)控系統(tǒng)，集保護(hù)、檢測(cè)、控制于一體，不但能實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，主要能進(jìn)行故障診斷，預(yù)測(cè)使用壽命，預(yù)報(bào)維修極限，成功地對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了檢測(cè)，有效的保證了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。美國(guó)煤礦使用的主風(fēng)機(jī)以軸流式為主，近年來(lái)開(kāi)始采用在運(yùn)行中可以改變?nèi)~片角度的液壓式動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，節(jié)能效果好。德國(guó)以TLT公司

15、為代表，采用液壓式動(dòng)葉調(diào)節(jié)的軸流通風(fēng)機(jī)，其運(yùn)行效率可保持在83%88%以內(nèi)。國(guó)內(nèi)在這兩方面起步比較晚。風(fēng)量調(diào)節(jié)方法都比較落后，需要在停機(jī)的情況下進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)或者是隔一段時(shí)間才能調(diào)節(jié)一次。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(shí)連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且實(shí)時(shí)性差，風(fēng)量控制不準(zhǔn)確，自動(dòng)化程度不高；另外，我國(guó)煤礦主通風(fēng)機(jī)一般都在遠(yuǎn)離煤礦管理部門(mén)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(cè)而成為煤礦自動(dòng)化管理的薄弱環(huán)節(jié)。目前大部分廠家只對(duì)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的點(diǎn)測(cè)，或是對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)易的診斷。近幾年來(lái)，陸續(xù)有幾家大中型企業(yè)開(kāi)始安裝了專用檢測(cè)診斷設(shè)備對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)期檢測(cè)。近幾年來(lái)，陸續(xù)有幾家大中型企

16、業(yè)開(kāi)始安裝了專用檢測(cè)診斷設(shè)備對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)期檢測(cè)。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(dòng)控制與檢測(cè)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(shí)別、趨勢(shì)分析、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡等功能，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。但與國(guó)外還是存在著一定的距離。1.3礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控的展望隨著科學(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(cè)監(jiān)控取得了一定的成績(jī),但也明顯存在一些不足礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控主要還處在監(jiān)測(cè)水平，其控制功能很弱，對(duì)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(cè)監(jiān)控的可靠性有待進(jìn)一步提高，礦井主通風(fēng)

17、機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控是一個(gè)較獨(dú)立的系統(tǒng),未與整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)、整個(gè)煤礦管理系統(tǒng)取得協(xié)調(diào)的聯(lián)系。針對(duì)以上不足，為了進(jìn)一步提高煤礦自動(dòng)化管理水平,提高生產(chǎn)的安全程度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，礦并主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控應(yīng)在如下幾個(gè)方面發(fā)展：(1)煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向集散化結(jié)構(gòu)發(fā)展新推出的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)基本上都采用集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一般由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控分站和控制中心主站組成。分站以脫離主站自動(dòng)實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)測(cè)和控制功能，一般由中小型可編程控制器組成。主站一般采用PC機(jī)，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警、處理、分析、報(bào)表打印等。(2)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)放化新推出的集散監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)均采用開(kāi)放系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)模型、通信協(xié)議或

18、規(guī)程，支持多種互連標(biāo)準(zhǔn)。任何集散測(cè)控系統(tǒng)，只要遵循這些規(guī)程，就能夠與其它系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，方便地組成多節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的通信和數(shù)據(jù)共享。(3)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)智能化主要是指?jìng)鞲衅鞯闹悄芑绮粩嗤瞥龅木哂凶詣?dòng)校正、靈敏度自動(dòng)補(bǔ)償、非線性自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ艿闹悄軅鞲衅鳌?4)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件發(fā)展趨勢(shì)包括操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)多任務(wù)化，控制軟件的組態(tài)化、智能化和圖形化，軟件系統(tǒng)的開(kāi)放化、標(biāo)準(zhǔn)化。(5)煤礦安全監(jiān)測(cè)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)

19、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。(6)發(fā)展專家診斷、專家決策系統(tǒng)軟件我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件目前停留在對(duì)被監(jiān)測(cè)量的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、超限報(bào)警及斷電、以曲線、圖形和報(bào)表形式輸出的水平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的最基本處理，在此基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)正在開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)和礦井安全預(yù)警系統(tǒng)。在礦難發(fā)生前就能對(duì)各種安全隱患進(jìn)行預(yù)測(cè)，使安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。1.4本論文的主要工作和安排本論文以礦井對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，以西門(mén)子 S7-200 可編程邏輯控制器作為監(jiān)控核心，運(yùn)用溫度，壓力，振動(dòng)等傳感器和電量采集單元對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及各種電量參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，利用PLC和上位機(jī)之間的通信

20、實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的在線監(jiān)控。本論文還討論了利用變頻器控制通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行。具體地說(shuō)，本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：1實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(dòng)、軸承溫度、定子溫度、電壓、電流、功率、效率等。2控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)手動(dòng)和自動(dòng)變頻運(yùn)行的切換，使風(fēng)機(jī)處于工頻或變頻運(yùn)行狀態(tài)。在變頻運(yùn)行時(shí)，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(duì)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(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。3本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能，如風(fēng)機(jī)定子，軸承溫度超限，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)異常報(bào)警，以及變頻器出現(xiàn)故

21、障及時(shí)報(bào)警，及時(shí)處理的功能。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。5 用STEP7-Micro/WIN編程軟件編出PLC梯形圖。6 用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)完成對(duì)PLC通信網(wǎng)絡(luò)的組建。7模擬風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，用組態(tài)王軟件繪制煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面和PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)主界面。并生成性能參數(shù)實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)報(bào)表查詢及打印，以及瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量、風(fēng)壓等監(jiān)控量的趨勢(shì)曲線、超限報(bào)警和數(shù)據(jù)報(bào)表功能。2 系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能本論文設(shè)計(jì)的礦井主扇風(fēng)機(jī)的監(jiān)控包括風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)兩部分。本系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以工控領(lǐng)

22、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(hào)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)的煤礦主通風(fēng)機(jī)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及通風(fēng)機(jī)房與工業(yè)以太網(wǎng)和煤礦安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息共享。風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)中引入變頻器對(duì)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(guò)變頻器來(lái)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(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)和保護(hù)等要求。2.1礦井主扇風(fēng)機(jī)2.1.1礦井主扇風(fēng)機(jī)概述礦井通風(fēng)機(jī)按結(jié)構(gòu)來(lái)分，有離心通風(fēng)機(jī)和軸流通風(fēng)機(jī)，目前礦上使用最多的是軸流通風(fēng)機(jī)。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

23、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)。在兩級(jí)的軸流通風(fēng)機(jī)中，有一種性能比較好的軸流通風(fēng)機(jī)對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，它的一個(gè)葉輪裝在另一個(gè)葉輪的后面，同時(shí)兩個(gè)葉輪的旋轉(zhuǎn)方向彼此相反。它具有結(jié)構(gòu)尺寸短，效率高，反風(fēng)性能好的特點(diǎn)。目前礦井中主扇風(fēng)機(jī)大部分采用對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)。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（/h）全壓（Pa）效率（%）直徑（mm）29005400-90001200-240085.5400配用電機(jī)基本參數(shù)型號(hào)轉(zhuǎn)速（r/min）功率（Kw）額定電壓（V）額定電流（A）Y112M229004×23808.52.1.2風(fēng)機(jī)主要技

24、術(shù)指標(biāo)1.風(fēng)量單位時(shí)間內(nèi)通風(fēng)機(jī)吸入的氣體的體積稱為通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，以Q表示，單位為m/s32.風(fēng)壓在通風(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(dòng)壓和全壓，其單位為Pa。1)靜壓通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中單位體積流體所具有的壓力能量，即為氣體的靜壓力，以Psti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(guò)流截面上個(gè)點(diǎn)的靜壓值可以認(rèn)為相等。2)全壓氣流中某一點(diǎn)的滯止壓力，亦是該點(diǎn)靜壓和動(dòng)壓的代數(shù)和，以Pi表示：Pi=Pdi+Psti3功率通風(fēng)機(jī)的功率分為軸功率和有效功率。軸功率是指原動(dòng)機(jī)傳遞給通風(fēng)機(jī)軸上的功率，有功

25、功率是指風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣體做的有用功，通風(fēng)機(jī)的全壓有效功率用下式計(jì)算:Nx=PiQ1000Nx通風(fēng)機(jī)全壓有效功率，kW；Pi通風(fēng)機(jī)的全壓，Pa；Q通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m/s3。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:Nxst=PstQ1000式中:Nxst通風(fēng)機(jī)靜壓有效功率，kW。4效率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,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。5轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是指通風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為r/min。2.1.3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

26、徑向流動(dòng)，但當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)值時(shí)，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(shí)，會(huì)發(fā)生二次回流現(xiàn)象。軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線如圖1所示。1.QH曲線大都屬于陡降型曲線流量偏小時(shí)，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。2.QN曲線在流量為零時(shí)最大當(dāng)流量增大時(shí)，H下降很快，軸功率也有所下降，這樣往往使軸流式風(fēng)機(jī)在零流量下啟動(dòng)時(shí)的軸功率為最大。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(kāi)動(dòng)，盡管如此當(dāng)啟動(dòng)與停車時(shí)，總是會(huì)經(jīng)過(guò)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。3.Qn曲線在最高效率點(diǎn)附近迅速下降流

27、量不在設(shè)計(jì)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(jī)的最佳工作范圍較窄，一般都沒(méi)有調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量。因此，QH曲線和QN曲線都是在流量從小到大增加時(shí)先下降，再上升，然后再下降，有兩個(gè)拐點(diǎn)，正常工作工況點(diǎn)應(yīng)選在QH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(lái)擬合，但在整個(gè)趨勢(shì)中它和Q-H曲線的擬合方法一樣，選用有兩個(gè)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。Qn曲線在整個(gè)流量變化過(guò)程中是先增大后減少，為此可用二次方程來(lái)擬合它的形狀。一般工作的工況點(diǎn)選在效率大于60%的曲線段。至此，由QH曲線和Qn曲線也就決定了軸流式風(fēng)機(jī)的正常工作范圍，即在QH曲線駝峰點(diǎn)右側(cè)

28、和Q門(mén)曲線效率大于60%的公共部分。同樣是由于在風(fēng)量較小的情況下，風(fēng)機(jī)二次回流現(xiàn)象的影響，使得到某一流量時(shí)，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(cè)試過(guò)程中，一般由此點(diǎn)開(kāi)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(kāi)始。圖1 軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線2.1.4風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)是為了改變通風(fēng)機(jī)的流量，以滿足實(shí)際工作的需要，故通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)又稱流量調(diào)節(jié)。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(gè)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。主要的調(diào)節(jié)方法或改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況有兩大類：改變管網(wǎng)性能曲線和改變通風(fēng)機(jī)性能曲線。改變管網(wǎng)曲

29、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(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量，風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)是利用風(fēng)門(mén)來(lái)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。當(dāng)然這比不進(jìn)行調(diào)節(jié)而供給過(guò)多的風(fēng)量還是有利的（對(duì)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(jī)而言）。改變風(fēng)機(jī)性能曲線是通過(guò)改變風(fēng)機(jī)自身運(yùn)行曲線，主要有定速和變速兩類。定速調(diào)節(jié)包括入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)及動(dòng)葉調(diào)節(jié)。變速調(diào)節(jié)是管路特性曲線不變時(shí)，用變轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，從而改變風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。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，

30、具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。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(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)和保護(hù)等要求，已開(kāi)始應(yīng)用在風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中。本文所研究的風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)選用變頻調(diào)節(jié)。2.2可編程控制器的應(yīng)用2.2.1 PLC概述國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)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(lái)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)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械或生

31、產(chǎn)過(guò)程。2.2.2 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。它的主要任務(wù)有:控制接收和存儲(chǔ)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(cuò)誤;掃描I/O接收的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放PLC生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在PROM或EPROM存儲(chǔ)器中，用戶不可訪問(wèn)和修改。用戶程序存儲(chǔ)器主要包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

32、區(qū)二個(gè)部分。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)用戶編寫(xiě)的控制程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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。(3)I/O接口輸入，輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備相連接的部件，它的作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換位PLC 能夠接收和處理的信號(hào)，將CPU送來(lái)的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的強(qiáng)電信號(hào)。(4)電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲(chǔ)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。(5)外設(shè)接口與擴(kuò)展接口PLC可以通過(guò)外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機(jī)、PLC或計(jì)算機(jī)相連。擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的

33、配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。2.2.3 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(guò)程一般分為三個(gè)階段-輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期，在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，各個(gè)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(jìn)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(gè)掃描周期的輸入采樣階段。(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(hào)狀態(tài)，

34、按一定的掃描原則執(zhí)行用戶編寫(xiě)的程序，然后把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像寄存器中。(3)輸出刷新階段：當(dāng)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(dòng)外部負(fù)載。2.3風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測(cè)本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用的傳感器較多，如壓力、溫度、振動(dòng)及轉(zhuǎn)速等。為減少傳輸誤差，提高檢測(cè)精度，均選用帶變送器、性能可靠、壽命長(zhǎng)、輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)420 mA的傳感器，直接采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并配以二線制RVVP電纜單獨(dú)傳送，以進(jìn)一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。其結(jié)構(gòu)如圖3所示：圖3 傳感器與PLC擴(kuò)展模塊的連接2.3.1風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的檢測(cè)1.風(fēng)壓(這里主要測(cè)靜壓)

35、一般都是采取鉆孔取壓法，測(cè)點(diǎn)選擇在風(fēng)機(jī)的入口，將取得的壓力信號(hào)通過(guò)壓力傳感(變送)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。壓力傳感器的選型需考慮礦井通風(fēng)機(jī)最大風(fēng)壓及測(cè)量精度的要求。本設(shè)計(jì)中選用CYBZI系列中量程為0-3KPa的壓力傳感器。CYBZI系列微差壓變送器采用進(jìn)口高精度、高穩(wěn)定性微壓力敏芯片，經(jīng)嚴(yán)格精密的溫度補(bǔ)償，線性補(bǔ)償，信號(hào)放大，V/I轉(zhuǎn)換，逆極性保護(hù)，壓力過(guò)載限流等信號(hào)處理，將很微小的差壓信號(hào)可靠的轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流或 010V電壓信號(hào)輸出，可測(cè)小于100Pa的壓力其主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍0-3Kpa零點(diǎn)漂移0.025%FS4h測(cè)量介質(zhì)非腐蝕性氣體零點(diǎn)溫度漂移0.006%/CFS輸出信號(hào)

36、標(biāo)準(zhǔn)量程的1.5倍非線性0.0378%FS輸出信號(hào)4-20mA遲滯0.0500%FS供電24VDC重復(fù)性0.0320%FS精度0.3%溫度范圍-20-+852風(fēng)量風(fēng)量參數(shù)是利用風(fēng)機(jī)入口靜壓差及入口溫度計(jì)算得來(lái)的。計(jì)算公式：式中P2為CP201測(cè)量到靜壓，P1為入口壓力CP202(表壓)的絕對(duì)值(正值)，T1為入口溫度，系數(shù)k因風(fēng)機(jī)參數(shù)的不同而異。風(fēng)量監(jiān)測(cè)采用KGF-2型礦用智能風(fēng)量傳感器。3. 負(fù)壓對(duì)于負(fù)壓參數(shù)的采集主要用于與設(shè)定的負(fù)壓值進(jìn)行比較，調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率,使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在指定的工況點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制。2.3.2振動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)風(fēng)機(jī)軸承的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷功能及原理：通過(guò)速度傳感器測(cè)

37、量軸承的振動(dòng)峰值、均方根值或均值，將這些測(cè)量值與事先標(biāo)定出的允許門(mén)檻值作比較，指示出軸承運(yùn)行情況的正常與否。具體測(cè)試方法為：通過(guò)安裝在軸承部位的速度傳感器拾取振動(dòng)烈度信號(hào)，經(jīng)過(guò)振動(dòng)變送器送到PLC中，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。通過(guò)風(fēng)機(jī)振動(dòng)位移和振動(dòng)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。常用的振動(dòng)測(cè)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。根據(jù)所需測(cè)量的參數(shù)要求，一般在選用時(shí)應(yīng)考慮以下因素：若需測(cè)量振動(dòng)位移值則應(yīng)選用電渦流式傳感器；若需測(cè)量振動(dòng)速度或烈度值則應(yīng)選用速度式傳感器；若需測(cè)量振動(dòng)加速度值則應(yīng)選用加速度式傳感器。經(jīng)過(guò)比較之后，本系統(tǒng)選擇南京東大測(cè)振儀器

38、廠生產(chǎn)的MT3T型電磁式速度傳感器。其技術(shù)指標(biāo)如下：測(cè)量范圍：151000Hz靈敏度：30mv/mm/s精度：線性誤差：±0.5%測(cè)量方向：水平或垂直電源：±12V DC，<20mA容許加速度：沿工作方向：10g連續(xù)橫向：30g短時(shí)此外，在檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)參數(shù)時(shí)，還需要有變送器和檢測(cè)儀表將測(cè)量的振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA的直流電流信號(hào)或0-5V的電壓信號(hào)，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝的需要，以及增強(qiáng)報(bào)警和顯示等功能，又選擇了南京東大測(cè)振儀器廠生產(chǎn)的與MT-3系列磁電式振動(dòng)速度傳感器配套使用的30ZXP-J210型振動(dòng)速度監(jiān)控裝置。該監(jiān)控儀主要用于對(duì)

39、轉(zhuǎn)速6006000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)烈度進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)當(dāng)振動(dòng)值超限時(shí)，本儀器可外接聲光報(bào)警器以提示現(xiàn)場(chǎng)操作人員采取防范措施。其具體參數(shù)如下：(1)量程：010mm/s，020mm/s，050mm/s(均方根值)(2)頻率范圍：101000Hz(3)信號(hào)輸入：MT-3系列磁電式振動(dòng)速度傳感器的信號(hào)(4)靈敏度：30mV/mm/s3%(5)儀表顯示顯示方式：高分辨率LCD顯示，精確度±1(6)信號(hào)輸出：電流輸出420mA，輸出負(fù)載500(7)精確度：±0.5%(8)報(bào)警輸出：警告、危險(xiǎn)兩極報(bào)警；(9)繼電器節(jié)點(diǎn)容量：DC30V/1A，AC125V/0.3A(10)使用電源：AC

40、220V/50HZ±10%<20W2.3.3電氣參數(shù)的檢測(cè)電氣參數(shù)指配套電機(jī)的負(fù)載和空載的電流、電壓、勵(lì)磁電流和電壓、功率、功率因數(shù)等。電量參數(shù)監(jiān)測(cè)采用EDA9033電量參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊。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。在該系統(tǒng)中，PLC通過(guò)CP341模塊與EDA9033通過(guò)MODBUS-RTU協(xié)議進(jìn)行通信，所以電氣參數(shù)通過(guò)由安裝在各開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的智能儀表單元與PLC以通訊的方式得到。2.3.4電機(jī)軸承和定子溫度檢測(cè)溫度傳感器選用Pt100鉑電阻傳感器。該傳感器利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身阻值也隨之改變的特性來(lái)測(cè)量溫度，能夠準(zhǔn)確的測(cè)出軸承或定子的溫

41、度并將它們傳給PLC 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中存在溫度梯度時(shí)，所測(cè)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。這中溫度傳感器的特點(diǎn)：耐振動(dòng)，可靠性高，同時(shí)具有精確的靈敏性，穩(wěn)定性好等。其性能指標(biāo)如下：連續(xù)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)工作時(shí)的軸承溫度和電機(jī)的軸承溫度，也是風(fēng)機(jī)工況監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。溫度參數(shù)檢測(cè)時(shí)，主要由溫度檢測(cè)元件和變送器、電壓調(diào)理電路構(gòu)成的檢測(cè)電路與PLC進(jìn)行通信，將溫度參數(shù)上傳至工控機(jī)。常用的溫度檢測(cè)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。熱敏電阻傳感器雖然價(jià)格低廉，但由于它們的阻值對(duì)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。熱電偶式傳感器在中溫或高

42、溫外露條件使用時(shí)的穩(wěn)定性不如熱電阻式傳感器。對(duì)于控制條件下校驗(yàn)熱電偶性能，其可移動(dòng)性或測(cè)試行較差。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。當(dāng)周圍溫度變化時(shí)，所使用的儀器導(dǎo)線(鍍銅)將會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。因此，結(jié)合本系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)要求，選擇熱電阻式熱電傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)溫度。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?jī)x器的溫標(biāo)基準(zhǔn)。按照不同測(cè)點(diǎn)對(duì)溫度測(cè)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(hào)選擇如下：測(cè)點(diǎn)型號(hào)測(cè)量范圍風(fēng)機(jī)主軸承溫度STT-S-AI-T0150電機(jī)軸承溫度STT-S-AI-T3-50200電機(jī)三相繞組溫

43、度STT-S-AI-T3-50200另外，在檢測(cè)溫度參數(shù)時(shí)，還需要有變送器將測(cè)量的溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號(hào)或0-5V的電壓信號(hào)，以便于傳送給PLC的模擬量模塊。本系統(tǒng)考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝的需要，選擇性能/價(jià)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(hào)：Pt100、Pt1000、Cu50、K、E、S供電電壓：24V負(fù)載電阻：0500輸出信號(hào)：DC420mA電壓誤差：<0.005%V精度：0.1%，0.2%，0.5%工作環(huán)境：溫度：-2080；濕度：<95%RH2.3.5開(kāi)關(guān)量檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的輸入開(kāi)關(guān)量主要包括一些開(kāi)關(guān)、繼電器的動(dòng)作信號(hào)，如：泵站電機(jī)運(yùn)行

44、、主電機(jī)正反向合閘反饋、制動(dòng)器限位開(kāi)關(guān)、風(fēng)門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉、風(fēng)門(mén)過(guò)力矩、葉片執(zhí)行器自動(dòng)以及測(cè)振器報(bào)警等。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出開(kāi)關(guān)量主要包括：泵站電機(jī)控制、風(fēng)門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉控制、主電機(jī)正反向合閘、主電機(jī)正反向分閘、主電機(jī)正反向跳閘、制動(dòng)器控制以及聲光報(bào)警等。在PLC控制系統(tǒng)中，輸入輸出開(kāi)關(guān)量可通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊與PLC連接，由于本系統(tǒng)涉及的開(kāi)關(guān)量較多，在此不進(jìn)行討論。2.4 變頻調(diào)速2.4.1變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用概述近幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的價(jià)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(jī)、電梯等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。通風(fēng)機(jī)在煤礦上

45、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。一般地來(lái)講，將變頻器應(yīng)用在礦井通風(fēng)機(jī)上，具有以下的功能和優(yōu)點(diǎn)：(l)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，及時(shí)滿足礦井生產(chǎn)的風(fēng)量需求，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)省大量的電能損耗。(2)限制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電流，減少啟動(dòng)時(shí)的峰值功率損耗，消除電機(jī)起動(dòng)和停止時(shí)，對(duì)機(jī)械和電氣元件的沖擊，延長(zhǎng)其使用壽命。(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(jī)的檢修和維護(hù)的工作量，節(jié)約設(shè)備的費(fèi)用。(4)變頻器自身的保護(hù)功能齊全，有欠電壓保護(hù)、過(guò)

46、電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、短路保護(hù)、風(fēng)機(jī)軸承過(guò)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。2.4.2變頻調(diào)速的基本原理交流異步電機(jī)以其體積小、重量輕、價(jià)格低廉、運(yùn)行性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械的電力傳動(dòng)中應(yīng)用最為普遍。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(wèn)題一直比較困難。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展，出現(xiàn)了許多交流電機(jī)的調(diào)速方式，如異步電機(jī)的變極調(diào)速、定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等。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(wèn)題得以解決。由電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)原理，可知交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為: (2-1)由上式(2-1)、(

47、2-2)和(2-3)可以看出，如果改變輸入到異步電機(jī)定子繞組的電源頻率f1，就可以改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速ns和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n由電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速ns，而且它是隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化的。當(dāng)電源頻率f1增加時(shí)，同步轉(zhuǎn)速增加，交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n也增加。反之，當(dāng)電源頻率f1降低，同步轉(zhuǎn)速ns降低，交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n也降低。這種通過(guò)改變電源頻率來(lái)改變交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式稱為變頻調(diào)速。在變頻調(diào)速技術(shù)中，使用變頻器向電動(dòng)機(jī)提供頻率可變的電源，去改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.4.3風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析閥門(mén)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(jī)的壓力流量(HQ)

48、特性曲線圖，其中曲線a、b為管網(wǎng)阻力的特性曲線(Ra<Rb)，曲線1、2為風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為n1和n2時(shí)壓力流量特性曲線(n1>n2)，交點(diǎn)A、B、C為礦井通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。圖4 風(fēng)機(jī)及管網(wǎng)的HQ特性曲線圖圖4中曲線1為風(fēng)機(jī)開(kāi)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)。假設(shè)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工作在A點(diǎn)效率最高，輸出風(fēng)量Q1為100%，對(duì)應(yīng)的軸功率N1從與風(fēng)量Q1和風(fēng)壓H1的乘積面積AH1OQ1成正比。如果生產(chǎn)要求風(fēng)量從Q1減少到Q2時(shí)，若采用關(guān)小風(fēng)機(jī)管路閥門(mén)的方法調(diào)節(jié)，相當(dāng)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(diǎn)也由A點(diǎn)變到B點(diǎn)。從圖中可以看出，風(fēng)

49、量雖然減小了，風(fēng)壓反而增加了，代表軸功率的面積BH2OQ2比調(diào)節(jié)前減少不多。 若采用變頻調(diào)速控制局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，風(fēng)壓風(fēng)量特性變?yōu)榍€2，系統(tǒng)工況也由A點(diǎn)變到C點(diǎn)，代表軸功率的面積CH3OQ2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。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：Q1/Q2=n1/n2P1/P2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3式中： 、通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)前后的轉(zhuǎn)速，r/min； 、通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的風(fēng)壓，Pa； 、通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)前后的功率，W。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，

50、功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。如果通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低為原來(lái)的50%，則風(fēng)量也變?yōu)樵瓉?lái)的50%，功率降低為原來(lái)的12.5%，這說(shuō)明通過(guò)改變通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方式，可以改變通風(fēng)機(jī)的功率輸入，可以節(jié)省大量的電能。根據(jù)上述變頻調(diào)速的原理，礦井通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。的改變，可以通過(guò)改變通風(fēng)機(jī)輸入電源的頻率f1來(lái)改變，這一過(guò)程可以通過(guò)變頻器來(lái)完成。2.4.4變頻器的結(jié)構(gòu)變頻器按結(jié)構(gòu)來(lái)分，分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩種。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。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

51、為間接變頻器。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。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。六個(gè)半導(dǎo)體主少干關(guān)器件組成的橋式電路是常見(jiàn)的逆變電路，通過(guò)控制電路控制開(kāi)關(guān)器件的通、斷，可以得到所需頻率的交流電輸出。(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

52、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(wú)功率的交換。這種無(wú)功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來(lái)進(jìn)行緩沖(4)控制電路控制電路是變頻器的核心，它通常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路和保護(hù)電路等組成，其作用主要是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制和頻率控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等2.4.5 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(dòng)化水平，需要把PLC和變頻器結(jié)合起來(lái)使用，對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制?？偟膩?lái)說(shuō)，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(gè)不同的頻率輸出控制端

53、子，我們可以通過(guò)變頻器參數(shù)的設(shè)定，設(shè)置控制端子不同的頻率輸出。通過(guò)對(duì)變頻器控制端子邏輯輸入口的邏輯組合，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟?？刂坪洼敵鲱l率的改變網(wǎng)。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。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(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的無(wú)級(jí)平滑調(diào)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。(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。通過(guò)串行電纜把PLC和變頻器的RS485通訊接口連接起來(lái)，用通訊

54、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。在這種控制方式中，要占用PLC的一個(gè)通訊接口，如果PLC的通訊接口為RS232接口，加一個(gè)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485接口就可以了。如PLC通過(guò)通訊的方式來(lái)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(guò)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。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(lái)完成PLC和變頻器的通訊。(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(guò)A/D模塊和

55、D/A模塊轉(zhuǎn)換后，輸出010V的電壓或420mA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。它要求PLC和變頻器的控制距離不是很遠(yuǎn)，且是一對(duì)一的控制場(chǎng)合，但這種控制方式使用起來(lái)比較簡(jiǎn)單，對(duì)PLC的要求也不是很高。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(shuō)明問(wèn)題，本系統(tǒng)采用PLC控制變頻器的模擬量控制方式。3通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)3.1風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共分三層：設(shè)備層，控制層，監(jiān)控層設(shè)備層即現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量層主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變量參數(shù)的測(cè)量和風(fēng)機(jī)的控制，由各種傳感器，電量監(jiān)

56、測(cè)設(shè)備，變頻器等組成，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)控制和監(jiān)控設(shè)備本身的運(yùn)行工況參數(shù)的采集。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PROFIBUS-DP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。通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)聯(lián)網(wǎng)，向工控機(jī)傳送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)(運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等)，同時(shí)接收工控機(jī)的控制命令，采集風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工況參數(shù)(如風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)機(jī)軸承溫度、電機(jī)定子繞組溫度、電壓、電流、功率因數(shù)、功率和開(kāi)關(guān)狀態(tài)等)，其采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后遠(yuǎn)傳給上層監(jiān)控管理層的工控機(jī)。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。圖6 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.2基于現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)3.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。相對(duì)于傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)，