資源目錄里展示的全都有，所見(jiàn)即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問(wèn)可加】 摘 要 針對(duì)礦井舊通風(fēng)控制系統(tǒng)中存在的體積龐大、接線(xiàn)復(fù)雜、機(jī)械觸點(diǎn)多、排除故障困難、可靠性差、自動(dòng)化程度低等缺陷,設(shè)計(jì)了一種基于先進(jìn)PLC和變頻器控制技術(shù)的礦井通風(fēng)安全控制系統(tǒng)。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制方案、工作原理、硬件與軟件設(shè)計(jì)方法。該控制器通過(guò)采集外界各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，以礦井壓力為主控參數(shù),通過(guò)PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng),來(lái)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)2臺(tái)風(fēng)機(jī)組電機(jī)進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。該控制系統(tǒng)合理控制各臺(tái)電機(jī)的啟停，同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警。通過(guò)PLC和變頻器的應(yīng)用，礦井通風(fēng)系統(tǒng)不僅節(jié)約了電能，提高了效率，并且還達(dá)到安全監(jiān)控的目的,為煤礦創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞: PLC，變頻器，通風(fēng)系統(tǒng)，礦井，S7—200PLC New Underground Mine Ventilation Planning Based on PLC Abstract In view of the defects in the old underground mine ventilation control system such as large size，complex wire connection，many mechanical contacts，difficult failure shooting，poor reliability and low automation degree，a mine ventilation safety control system based on advanced PLC and transducer control technology is designed．Its structure，control scheme，work mechanism，hardware and software design method are discussed in detail．The controller adjust fan speed by Frequency Control System controlled of PLC, through collecting Status signal of every outside equipment in Mine pressure to control parameters. The fan sets of two of the ventilation unit achieve optimal control by manual and automatic control. The control system controls start and stop of every motor reasonably, and achieves failure alarm at the same. Underground Mine Ventilation not only saves electricity, improves efficiency, and also achieves the purpose of monitoring safety, creates a good economic returns for coal mine by the application of PLC and transducer. Keywords：PLC, Transducer, Ventilation System, Underground Mine, S7—200PLC 目 錄 1 緒論 2 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案 2 2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能 2 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及方案 3 3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及各部分功能 3 3.1 PLC可編程控制器部分 4 3.1.1 PLC概述 4 3.1.2 PLC選型和性能指標(biāo) 6 3.1.3 PLC內(nèi)部分配 7 3.1.4 輸入輸出外部接線(xiàn) 7 3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 9 3.3 傳感器部分 10 3.4 變頻器部分 12 3.5 監(jiān)控對(duì)象 13 4 軟件設(shè)計(jì) 15 4.1 溫度控制部分 15 4.2 瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠?18 4.3 壓力控制部分 20 4.4 機(jī)械故障處理部分 23 致謝 24 參考文獻(xiàn) 24 附錄 程序總圖 26 1 緒論 煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分，煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)能否正常工作與礦井內(nèi)工作環(huán)境條件、生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)密切相關(guān)。隨著我國(guó)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(lái)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(shì)在必行。目前在煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，大多仍采用繼電 接觸器控制系統(tǒng)，但這種控制系統(tǒng)存在著體積大、機(jī)械觸點(diǎn)多、接線(xiàn)復(fù)雜、可靠性低、排除故障困難等很多的缺陷；且因工作通風(fēng)機(jī)一直高速運(yùn)行，備用通風(fēng)機(jī)停止，不能輪休工作，易使工作通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障，降低使用壽命。針對(duì)這一系列問(wèn)題，本系統(tǒng)將 PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，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(guò)程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制，使礦井通風(fēng)機(jī)通風(fēng)高效、安全，達(dá)到了明顯的節(jié)能效果。PLC控制系統(tǒng)具有對(duì)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)過(guò)熱保護(hù)、故障報(bào)警、機(jī)械故障報(bào)警和瓦斯?jié)舛葦嚯姷裙δ芴攸c(diǎn)，為煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造提供一條新途徑。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案 2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能 本控制系統(tǒng)具有通風(fēng)機(jī)組的啟動(dòng)、互鎖和過(guò)熱保護(hù)等功能。與常規(guī)繼電器實(shí)施的通風(fēng)系統(tǒng)相比，PLC系統(tǒng)具有故障率低 、可靠性高、接線(xiàn)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，PLC的控制功能使通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，減輕了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。PLC和變頻器與空氣壓力變送器配合使用，使系統(tǒng)控制的安全性、可靠性大大提高，也使通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的故障率大大降低，不僅節(jié)約了電能，而且還提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。為滿(mǎn)足礦井通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求，系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求如下： （1）本系統(tǒng)提供手動(dòng)／自動(dòng)兩種工作模式，具有狀態(tài)顯示以及故障報(bào)警等功能。 （2）模擬量壓力輸入經(jīng)PID運(yùn)算，輸出模擬量控制變頻器。 （3）在自動(dòng)方式下，當(dāng)井下壓力低于設(shè)定壓力下限時(shí)，兩組風(fēng)機(jī)將同時(shí)投入工作運(yùn)行，同時(shí)并發(fā)出指示和報(bào)警信號(hào)。 （4）模擬量瓦斯輸入，當(dāng)?shù)V井瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定報(bào)警上限時(shí)，發(fā)出指示和報(bào)警。當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定斷電上限時(shí)，PLC將切斷工作面和風(fēng)機(jī)組電源，防止瓦斯爆炸。 （5）運(yùn)用溫度傳感器測(cè)定風(fēng)機(jī)組定子溫度或軸承溫度，當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過(guò)設(shè)定報(bào)警上線(xiàn)時(shí)，發(fā)出指示和報(bào)警信號(hào)。當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過(guò)設(shè)定風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度界線(xiàn)時(shí)，PLC將切斷指示和報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)切斷當(dāng)前運(yùn)行風(fēng)機(jī)組，在自動(dòng)方式下并能自動(dòng)接入另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組運(yùn)行，若在手動(dòng)方式下，工作人員手動(dòng)切換。 （6）為防止通風(fēng)機(jī)的疲勞運(yùn)行，在任何狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)在累計(jì)運(yùn)行設(shè)定時(shí)間后都會(huì)自動(dòng)切換至另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組運(yùn)行。 （7）手動(dòng)方式下，有防止風(fēng)機(jī)組頻繁啟動(dòng)功能。由于定子溫度或軸承溫度過(guò)高，若當(dāng)前風(fēng)機(jī)組停止運(yùn)行后，當(dāng)其溫度下降到設(shè)定下限時(shí)該風(fēng)機(jī)組不能連續(xù)二次啟動(dòng)，只有接入另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組進(jìn)行工作，即防止溫度在臨界線(xiàn)狀態(tài)而頻繁啟動(dòng)。 （8）有風(fēng)機(jī)組機(jī)械卡死指示報(bào)警功能。 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及方案 通風(fēng)控制系統(tǒng)主要由2臺(tái)通風(fēng)機(jī)組成，每臺(tái)通風(fēng)機(jī)有2臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)1組扇片，2組扇片是對(duì)旋的，1組用于吸風(fēng)，1組為增加風(fēng)速，對(duì)井下進(jìn)行供風(fēng)。根據(jù)井下用風(fēng)量的不同，采用不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)。本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組 2×30kW為例，選用 1臺(tái)西門(mén)子S7—200可編程控制器(PLC)，空氣壓力變送器等組成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中還包括瓦斯傳感器、溫度傳感器、接觸器、中間繼電器、熱繼電器、礦用防爆型磁力起動(dòng)器、斷路器等系統(tǒng)保護(hù)電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)和 PLC的有效保護(hù)，以及對(duì)電機(jī)的切換控制。 1#定子溫度傳感器 2#軸承溫度傳感器 2#定子溫度傳感器 1#軸承溫度傳感器 空氣壓力傳感器 瓦斯?jié)舛葌鞲衅? 2#通風(fēng)機(jī)組 1#通風(fēng)機(jī)組 聲光報(bào)警 控制回路 S7-200可編程控制器 EM231擴(kuò)展模塊 開(kāi)關(guān)信號(hào) EM235擴(kuò)展模塊 變頻器 3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成及各部分功能 圖1 硬件系統(tǒng)功能塊框架圖 本控制系統(tǒng)有可編程控制器（PLC）、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、變頻器、傳感器部分、監(jiān)控對(duì)象和電控回路組成。其硬件功能框架圖如圖1所示。 3.1 PLC可編程控制器部分 3.1.1 PLC概述 PLC是以微處理器為核心的一種特殊的工業(yè)用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)與一般的計(jì)算機(jī)相類(lèi)似，由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM等）、輸入接口、輸出接口、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口以及電源等組成。 CPU單元由微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等組成，它是PLC的核心部件，是由大規(guī)模或超大規(guī)模的集成電路微處理芯片構(gòu)成，主要完成運(yùn)算和控制任務(wù)，可以接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)。進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，用掃描的方式接收輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，從內(nèi)存逐條讀取用戶(hù)程序，通過(guò)解釋后按指令的規(guī)定產(chǎn)生控制信號(hào)。分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、比較和變換等處理過(guò)程，完成用戶(hù)程序所設(shè)計(jì)的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制輸出設(shè)備。 存儲(chǔ)器單元按照物理性能分為兩類(lèi)，隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。隨機(jī)存儲(chǔ)器由一系列寄存器陣組成 ，每位寄存器可以代表一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，在剛開(kāi)始工作時(shí)，它的狀態(tài)是隨機(jī)的，只有經(jīng)過(guò)置“1”或清“0”的操作后，它的狀態(tài)才確定。若關(guān)斷電源，狀態(tài)丟失。這種存儲(chǔ)器可以進(jìn)行讀、寫(xiě)操作，主要用來(lái)存儲(chǔ)輸入輸出狀態(tài)和計(jì)數(shù)器、定時(shí)器以及系統(tǒng)組態(tài)的參數(shù)。為防止斷電后數(shù)據(jù)丟失，可采用后備電池進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，一般可以保存5年，當(dāng)電池電壓降低時(shí)，欠電壓指示燈發(fā)光，提醒用戶(hù)更換電池。只讀存儲(chǔ)器在兩種，一種是不可擦除ROM，這種ROM只能寫(xiě)入一次，不能改寫(xiě)。另一種是可擦除ROM，這種ROM經(jīng)過(guò)擦除以?huà)[這可以重寫(xiě)。其中EPROM只能用紫外線(xiàn)探險(xiǎn)內(nèi)部信息，E2PROM可以用電擦除內(nèi)部信息，這兩種存儲(chǔ)器的信息可以保留10年左右。 輸入輸出單元由輸入模塊、輸出模塊和功能模塊構(gòu)成，是PLC與現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC通過(guò)輸入模塊把工業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)或信息讀入中央處理單元，通過(guò)用戶(hù)程序的運(yùn)算與操作，把結(jié)果通過(guò)輸出模塊輸出給執(zhí)行單元。輸出模塊用于把用戶(hù)程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC外部，輸出模塊具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行單元的作用，還具有功率放大的作用。輸出模塊有晶體管輸出模塊、晶閘管輸出模塊和繼電器輸出模塊。 接口單元包括擴(kuò)展接口、編程器接口、存儲(chǔ)器接口和通信接口。擴(kuò)展接口是用于擴(kuò)展輸入輸出單元。它使PLC的控制規(guī)模配置得更加靈活。這種接口為總線(xiàn)形式，可以配置開(kāi)關(guān)量的I/O單元，也可以配置如模擬量、高速計(jì)數(shù)等特殊I/O單元及通信適配器等。編程器接口是連接編程器的，PLC本體通常是不帶編程器的。為了能對(duì) 表1 CPU226技術(shù)指標(biāo) 程序存儲(chǔ)器 4096字 用戶(hù)存儲(chǔ)器 2560字 存儲(chǔ)器類(lèi)型 EEPROM 存儲(chǔ)卡 EEPROM 數(shù)據(jù)后備（超級(jí)電容） 190h 編程語(yǔ)言 LAD、FBD和STL 程序組織 1個(gè)組織塊（可以包含子程序和中斷程序） 本機(jī)I/O 24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出 擴(kuò)展模塊數(shù)量 7個(gè)模塊 數(shù)字量I/O映像區(qū) 256點(diǎn)（128點(diǎn)輸入/128點(diǎn)輸出） 數(shù)字量I/O物理區(qū) 248點(diǎn)（128點(diǎn)輸入/240點(diǎn)輸出） 模擬量I/O映像區(qū) 32路畭32路輸出 模擬量I/O物理區(qū) 35路（28路畭7路輸出）或14路輸出 布爾指令執(zhí)行速度 0.37μs/指令 計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 256/256個(gè) 順序控制繼電器 256個(gè) 基本運(yùn)算指令 11項(xiàng) 增強(qiáng)功能指令 8項(xiàng) FOR/NEXT循環(huán) 有 整數(shù)運(yùn)算（算術(shù)運(yùn)算） 有 實(shí)數(shù)運(yùn)算（算術(shù)運(yùn)算） 有 內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器 6個(gè)（30kHz） 內(nèi)置模擬電位器 2個(gè)（8位分辯率） 脈沖輸出 2個(gè)高速輸出（20kHz） 通信中斷 1發(fā)送器/2接收器 定時(shí)中斷 2個(gè)（1～255ms） 輸入中斷 4個(gè) 口令保護(hù) 3級(jí)口令保護(hù) 通信 2個(gè)2個(gè)RS-485通信接口可用作PPI接口、MPI從站接口和自由口 PLC編程及監(jiān)控，PLC上專(zhuān)門(mén)設(shè)置有編程器接口。通過(guò)這個(gè)接口可以接各種形式的編程裝置，還可以利用此接口做通信、監(jiān)控工作。存儲(chǔ)器接口是為了擴(kuò)展存儲(chǔ)器而設(shè)置的。用于擴(kuò)展用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)和用戶(hù)數(shù)據(jù)參數(shù) 存儲(chǔ)區(qū)，可以根據(jù)使用的需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器。其內(nèi)部也是接到總線(xiàn)上的。通信接口是為了在微機(jī)與PLC、PLC與PLC之間建立通信網(wǎng)絡(luò)而建立的接口。 3.1.2 PLC選型和性能指標(biāo) 根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、采集數(shù)據(jù)的類(lèi)型和大小、I/O點(diǎn)數(shù)、以及設(shè)置數(shù)據(jù)需要得內(nèi)存大小，本文中所選用的PLC是西門(mén)子公司的產(chǎn)品S7-200系列，CPU的型號(hào)是CPU226[1]。 表2 I/O接口分配表 輸入 輸出 風(fēng)機(jī)啟動(dòng) SB1 I0.0 風(fēng)機(jī)組1輸出 KM1 Q0.0 風(fēng)機(jī)停止 SB2 I0.1 風(fēng)機(jī)組2輸出 KM2 Q0.1 手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換 SB3 I0.2 工頻輸出 KM3 Q0.2 風(fēng)機(jī)組選擇 SB4 I0.3 壓力下限指示燈 L1 Q0.4 變頻工頻轉(zhuǎn)換 SB5 I0.4 風(fēng)機(jī)組1運(yùn)行指示燈 L2 Q0.5 報(bào)警解除按鈕 SB6 I0.5 風(fēng)機(jī)組2運(yùn)行指示燈 L3 Q0.6 風(fēng)機(jī)組1轉(zhuǎn)子測(cè)速器輸入 SB7 I0.6 風(fēng)機(jī)組1溫度上限指示燈 L4 Q0.7 風(fēng)機(jī)組2轉(zhuǎn)子測(cè)速器輸入 SB8 I0.7 風(fēng)機(jī)組2溫度上限指示燈 L5 Q1.0 急停 SB9 I1.0 蜂鳴器1 Speaker Q1.1 壓力傳感器輸入 AIW0 急停指示燈 L6 Q1.2 瓦斯?jié)舛葌鞲衅? AIW2 風(fēng)機(jī)組錯(cuò)選指示燈 L7 Q1.3 風(fēng)機(jī)組1軸溫度傳感器輸入 AIW4 風(fēng)機(jī)組1機(jī)械故障指示燈 L8 Q1.4 風(fēng)機(jī)組1定溫度傳感器輸入 AIW6 風(fēng)機(jī)組2機(jī)械故障指示燈 L9 Q1.5 風(fēng)機(jī)組2軸溫度傳感器輸入 AIW8 手動(dòng)自動(dòng)指示燈 L10 Q1.6 風(fēng)機(jī)組2定溫度傳感器輸入 AIW10 瓦斯上限指示燈 L11 Q1.7 壓力模擬量輸出 QW0 CPU226集成了24點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248點(diǎn)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O。CPU226有13KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。CPU226配有2個(gè)RS-485通信編程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式 通信能力，用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。其性能指標(biāo)如表1。 3.1.3 PLC內(nèi)部分配 CPU226I/O接口及內(nèi)部寄存器分配如表2和表3。 表3 內(nèi)部存儲(chǔ)器使用 觸摸屏PID參數(shù)設(shè)定置 VW10 風(fēng)機(jī)組啟動(dòng)位 M0.0 觸摸屏PID參數(shù)增益 VW12 瓦斯?jié)舛葓?bào)警位 M0.1 觸摸屏PID參數(shù)采樣時(shí)間 VW14 瓦斯?jié)舛葦嚯娢? M0.2 觸摸屏PID參數(shù)積分時(shí)間 VW16 自動(dòng)風(fēng)機(jī)組1啟動(dòng)位 M1.0 觸摸屏PID參數(shù)微分時(shí)間 VW18 自動(dòng)風(fēng)機(jī)組2啟動(dòng)位 M1.1 PID反饋量（PVn） VD100 手動(dòng)風(fēng)機(jī)組1啟動(dòng)位 M1.2 PID給定置（SPn） VD104 手動(dòng)風(fēng)機(jī)組2啟動(dòng)位 M1.3 PID輸出置（Yn） VD108 防止風(fēng)機(jī)組1頻繁啟動(dòng)位 M1.4 PID增益（KC） VD112 防止風(fēng)機(jī)組2頻繁啟動(dòng)位 M1.5 PID采樣時(shí)間（T） VD116 壓力下限位 M2.0 PID積分時(shí)間（TI） VD120 風(fēng)機(jī)組1軸溫報(bào)警位 M20.0 PID微分時(shí)間（TD） VD124 風(fēng)機(jī)組1軸溫?cái)嚯娗袚Q位 M20.1 模擬輸入壓力值存儲(chǔ) VD128 風(fēng)機(jī)組1定溫報(bào)警位 M20.2 壓力下限存儲(chǔ) VD132 風(fēng)機(jī)組1定溫?cái)嚯娗袚Q位 M20.3 風(fēng)機(jī)組1軸承溫度 VD180 風(fēng)機(jī)組2軸溫報(bào)警位 M20.4 風(fēng)機(jī)組1定子溫度 VD184 風(fēng)機(jī)組2軸溫?cái)嚯娗袚Q位 M20.5 風(fēng)機(jī)組2軸承溫度 VD188 風(fēng)機(jī)組2定溫報(bào)警位 M20.6 風(fēng)機(jī)組2定子溫度 VD192 風(fēng)機(jī)組2定溫?cái)嚯娗袚Q位 M20.7 瓦斯?jié)舛却鎯?chǔ) VD196 3.1.4 輸入輸出外部接線(xiàn) CPU226接線(xiàn)規(guī)則如下： （1）DC輸入端中1M、I0.0～I(xiàn)1.4為第1組，2M、I1.5～I(xiàn)2.7為第2組組成，1M、2M分別為各級(jí)公共端。 DC24V的負(fù)極接公共端1N或2M。輸入開(kāi)關(guān)的一端接天DC24V的正極，輸入開(kāi)關(guān)的另一端連接到CPU226各輸入端。 DC輸出端中1M、1L+、Q0.0～Q0.7為第1組，2M、2L+、Q1.0～Q1.7為第2組組成。1L+、2L+分別為公共端。第1組DC24V的負(fù)極接1M端，正極接1L+端。輸出負(fù)載的一端接到1M端，輸出負(fù)載的另一端接到CPU226各輸出端。第2組的接線(xiàn)與第1組相似。 2L Q0.6 L3 Q0.4 L1 L2 Q0.7 L4 Q1.0 L5 3L Q1.6 L10 Q1.7 L11 Q1.2 L6 Q1.3 L7 Q1.4 L8 Q1.5 L9 Q1.1 Speaker EM231模數(shù)轉(zhuǎn)換 溫度傳感器1 溫度傳感器2 溫度傳感器3 溫度傳感器4 KM1 Q0.0 KM2 Q0.1 1L KM3 Q0.2 1M I0.0 SB1 I0.1 SB2 I0.2 SB3 I0.3 SB5 I0.5 SB7 I0.6 SB8 I0.7 SB9 I1.0 SB10 I0.4 SB6 EM235模擬量輸入輸出模塊 瓦斯?jié)舛葌鞲衅? 傳感器4 壓力傳感器 QW0+ QW0- AIN1+ AIN- M 3～ ～220V Q 3 4 MM440 KM3 S7-PLC 。 圖2 PLC輸入/輸出和變頻器接線(xiàn)圖 （2）DC輸入繼電器輸出端與CPU226的DC輸入DC輸出的相同。 繼電器輸出端由3組構(gòu)成，其中N（—）、1L、Q0.0～Q0.3為第1組，N（—）、2L、Q0.4～Q1.0為第2組，N（—）、3L、Q1.1～Q1.7為第3組。各組的公共端為1L、2L和3L。第1組負(fù)載電源的一端N接負(fù)載的N（—）端，電源的另一L（+）接繼電器輸出端的1L端。負(fù)載的另一端分別接到CPU226各繼電器輸出端子。第2組、第3組的接線(xiàn)與第1組相似。 根據(jù)接線(xiàn)規(guī)則，PLC輸入/輸出接線(xiàn)和變頻器接線(xiàn)圖如圖2所示。 3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊分為A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊。PLC模擬量處理功能主要通過(guò)模擬量輸入輸出模塊及用戶(hù)程序來(lái)完成。模擬量輸入模塊接受各種傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)或電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到PLC中。PLC根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求，通過(guò)用戶(hù)程序?qū)D(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行處理并將處理結(jié)果通過(guò)模擬量輸出模塊轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。 表3 EM231性能指標(biāo) 型號(hào) 6ES7231-7PD22-0XA0 模塊更新時(shí)間 405ms 模塊名稱(chēng)及描述 EM231模擬輸入熱電偶4輸入 數(shù)據(jù)字格式 -32767到+32767 尺寸（mm） W×H×D 71.2×80×62 基本誤差 0.1%FS（電壓） 重量 210g 冷端誤差 ±1.5℃ 功耗 1.8W 重復(fù)性 0.05%FS +5VDC 87mA 導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度 到傳感器最長(zhǎng)100m +24VDC 60mA 輸入阻抗 ≥1MΩ? 輸入類(lèi)型 懸浮型熱電偶 最大輸入電壓 30VDC 輸入范圍 TC類(lèi)型（選擇一種）S，T，R，E，N，K，J 電壓范圍：+/-80mV 輸入濾波衰減 -3dbat21kHz 輸入分辨率 0.1℃/0.1℉15位加符號(hào)位 24VDC電壓范圍 20.4～28.8VDC 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有6路模擬量輸入和1路模擬量輸出，其中有四路是溫度傳感器輸入。所以本設(shè)計(jì)選用一塊EM231熱電偶模擬量輸入模塊，該模塊完成四路溫度傳感器的模數(shù)字量轉(zhuǎn)換功能；一塊EM235模擬量輸入輸出模塊，該模塊完成兩路傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換和一路數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。EM231性能指標(biāo)如表3所示。 熱電偶類(lèi)型選擇： 表4 熱電偶類(lèi)型選擇 熱電偶類(lèi)型 SW1 SW2 SW3 J 0 0 0 K 0 0 1 T 0 1 0 E 0 1 1 R 1 0 0 S 1 0 1 N 1 1 0 +/-80mV 1 1 1 EM231熱電偶模塊是專(zhuān)門(mén)用于對(duì)熱電 偶輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的智能模塊。它可以連接7種類(lèi)型的熱電偶（J，K，E，N，S，T和R），還可以用于測(cè)量0～+/-80mV范圍的低電平模擬信號(hào)，所以使用EM231模擬量輸入熱電偶模塊時(shí)，需要通過(guò)模塊右下側(cè)的設(shè)置開(kāi)關(guān)進(jìn)行心要的設(shè)置。對(duì)熱電偶模塊，其熱電偶的類(lèi)型通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)SW1、SW2、SW3選擇，如表4所示。 3.3 傳感器部分 該控制系統(tǒng)中存在大量的模擬量信號(hào)，這些信號(hào)的輸入都要通過(guò)傳感器是進(jìn)行模擬量采集，將采集的模擬量信號(hào)送入PLC輸入模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將連續(xù)的變化量（大部分為4－20mA的電流信號(hào)，0－5V或0－10V的電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換離散的數(shù)字量，存儲(chǔ)到PLC內(nèi)存里；輸出是由模擬量輸出模塊將我們要輸出的存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)字離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)或者電流信號(hào)。 本系統(tǒng)模擬量傳感器選用有KGJ16B型瓦斯傳感器用于檢測(cè)煤礦井下空氣中的瓦斯含量，HM23Y礦井專(zhuān)用型壓力變送器用于檢測(cè)礦井的井巷氣壓，Pt100鉑熱電阻作為測(cè)量溫度用的傳感器用于檢測(cè)風(fēng)機(jī)組軸承和定子溫度。要想正確的使用它們，首先了解各個(gè)傳感器的性能指標(biāo)。 KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅魇且环N智能型檢測(cè)儀表，具有穩(wěn)定可靠、使用方便等特點(diǎn)。調(diào)零、調(diào)精度、報(bào)警點(diǎn)設(shè)置等均可通過(guò)遙控器實(shí)現(xiàn)[2]。其性能指標(biāo)如表5所示。 HM23Y型壓力變送器采用歐洲先進(jìn)的濺射薄膜壓力傳感器作為敏感元件，和電子線(xiàn)路做成一體化結(jié)構(gòu)該型號(hào)壓力變送器為全不銹鋼圓柱型結(jié)構(gòu)，使用方便。特別適用于井田測(cè)井、制藥、紡織等粘稠宜堵、強(qiáng)振動(dòng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。并在國(guó)內(nèi)油田得到很好的應(yīng)用效果。 表5 KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅餍阅苤笜?biāo) 防爆型式 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型 工作電壓 DC 9～24 V 測(cè)量范圍 0～4%CH 工作電流 DC 18 V 不大于65 mA 測(cè)量誤差 0.00 1.00 0.10 標(biāo)定流量 1.00 3.00 0.10% 真值 3.00 4.00 0.30 響應(yīng)時(shí)間 小于20 外形尺寸 266 120 45 (mm) 遙控范圍 距離不大于5m，角度不大于120 重量 1 kg 報(bào)警點(diǎn) 0.3～4.00%CH可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.0% CH） 斷電點(diǎn) 0.3～4.00%CH可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.5% CH） 復(fù)電點(diǎn) 0.3～4.00%CH可任意設(shè)置（出廠調(diào)至1.0% CH） 輸出信號(hào) KGJ16B－1型：200～1000Hz頻率，負(fù)載電阻大于1.5 KΩ時(shí)，輸出高電平大于3 V。紅色發(fā)光二極管 H10為頻率輸出指示，發(fā)光二極管亮?xí)r，有頻率輸出，反之則無(wú)輸出 KGJ16B－2型：1～5mA恒流，負(fù)載電阻0～500Ω KGJ16B－3型：RS485接口，通信波特率1200bps 報(bào)警方式 蜂鳴器斷續(xù)鳴叫，響度大于80dB （18 V 供電，距離1 m） 該壓力變送器有高溫、高壓、高精度、高穩(wěn)定性、抗振動(dòng)、沖擊、耐腐蝕全不銹鋼結(jié)構(gòu)、體積小、重量輕直接過(guò)程安裝等特點(diǎn)。其性能參數(shù)如表6所示。 Pt100鉑熱電阻作為測(cè)量溫度用的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表及控制裝置配套使用，測(cè)量范圍-50℃～180℃?？梢杂迷陔姍C(jī)的軸承和定子測(cè)溫，也可以用在紡織、機(jī)械、鐵路機(jī)車(chē)等有需要測(cè)量溫度的場(chǎng)合。該溫度傳感器采用德國(guó)進(jìn)口薄膜鉑熱電阻元件，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到IEC751國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。鉑電阻的電阻值隨著溫度的變化而變化。溫度和電阻的關(guān)系接近于線(xiàn)性關(guān)系，偏差極小，且電氣性能穩(wěn)定。耐振動(dòng)、可靠性高，同時(shí)具有精確靈敏、穩(wěn)定性好、產(chǎn)品壽命長(zhǎng)和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 Pt100鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性來(lái)測(cè)量溫度的，能夠準(zhǔn)確的測(cè)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(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[3]。其性能參數(shù)如表7所示。 表6 HM23Y型壓力變送器性能參數(shù) 測(cè)量范圍 0～0.5MPa～220MPa 過(guò)載能力 2倍滿(mǎn)量程壓力(其中100Mpa以上過(guò)壓為1.1倍) 壓力類(lèi)型 表壓或絕壓 測(cè)量介質(zhì) 與316不銹鋼兼容的氣體或液體 供電電源 12～36VDC(一般為24V) 信號(hào)輸出 4～20mA/1～5VDC/0～5VDC/0.5～4.5VDC 綜合精度 ±0.1%FS ±0.25%FS ±0.5%FS 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 ±0.1%FS/年 使用溫度范圍 -40～+150℃ 補(bǔ)償溫度范圍 -40～+120℃ 溫度性能 零點(diǎn)溫度系數(shù)：≤±0.02%FS/℃ 靈敏度溫度系數(shù)：≤±0.02%FS/℃ 接液材料 膜片:17-4PN???? 連接件:1Cr18Ni9Ti 響應(yīng)時(shí)間 ≤2毫秒 負(fù)載電阻 ≤(U-10)/0.02Ω 絕緣電阻 100MΩ；50VDC 外殼防護(hù) 插頭型（IP65）；電纜型（IP67） 安全防爆 ExiaⅡ；CT5 重量 約0.25公斤 3.4 變頻器部分 本系統(tǒng)選用的是西門(mén)子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器MicroMaster440功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過(guò)載能力，以滿(mǎn)足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。 變頻器的選用： 變頻器的選用應(yīng)滿(mǎn)足以下規(guī)則，變頻器的容量應(yīng)大于負(fù)載所需的輸出；變頻器的容量不低于電機(jī)的容量；變頻器的電流大于電機(jī)的電流。由于本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組2×30kW為例，因此可選用37kW，額定電流75A的變頻器?？紤]到改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的可行性，調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性?xún)r(jià)比，我們采用西門(mén)子MM440，37kw，額定電流為75A?的通用變頻器。該變頻器采用高性能矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過(guò)載能力，可以控制電機(jī)從靜止到平滑起動(dòng)期間提供3S，有200％的過(guò)載能力。 表7 Pt100鉑熱電阻溫度傳感器性能指標(biāo) 型號(hào) WZPM-201 測(cè)溫范圍 -50℃～ 180℃ 分度號(hào) PT100 精度等級(jí) A 0℃阻值 100Ω?0.06Ω 熱響應(yīng)時(shí)間 6秒 絕緣電阻 ≥200MΩ 測(cè)溫端 Φ6X18 螺紋 M8X0.75 引線(xiàn) 長(zhǎng)度 引線(xiàn)長(zhǎng)度用戶(hù) 規(guī)格 3X0.2m㎡ 材料 F46導(dǎo)線(xiàn) 耐溫 200℃ 用途 軸承測(cè)溫 傳感器工作電流 ≤1mA 變頻器參數(shù)的設(shè)置： 負(fù)載為一大慣性負(fù)載，在停車(chē)時(shí)，為防止因慣性而產(chǎn)生的回饋制動(dòng)使泵升電壓過(guò)高的現(xiàn)象，加入制動(dòng)電阻，斜坡下降時(shí)間設(shè)定長(zhǎng)一些。外接制動(dòng)電阻的阻值和功率可按公式R≥2Ud／1P≥(0.3—0.5)選取。式中：U為變頻器直流側(cè)電壓，d?為變頻器的額定電流。本次設(shè)計(jì)采用西門(mén)子與37kW電機(jī)配套的制動(dòng)電阻響和對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)整的要求，系統(tǒng)用模擬量輸入作為附加給定，與固定頻率設(shè)定相疊加以滿(mǎn)足不同型號(hào)模具特殊要求。調(diào)速系統(tǒng)電路圖如圖2。制動(dòng)電阻的熱敏開(kāi)關(guān)4BD22-2EAO，1.5Q，2.2kW [4]。變頻器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置如表8所示。 3.5 監(jiān)控對(duì)象 風(fēng)機(jī)是礦井通風(fēng)的心臟，所以風(fēng)機(jī)的選擇在礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)中也尤其重要的。本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組2×30kW為例，選用FBCZ系列煤礦防爆抽出式軸流通風(fēng)機(jī)。 FBCZ系列(原BK54、BK55系列)風(fēng)機(jī)是結(jié)合中小型煤礦的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)研制成功的煤礦防爆軸流通風(fēng)機(jī)，具有高效、節(jié)能、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，是中小型煤礦專(zhuān)用作 表8 變頻器性能參數(shù)設(shè)置 參數(shù)號(hào) 設(shè)定值 說(shuō)明 P0100 0 歐洲/北美設(shè)定選擇 P0300 1 電機(jī)類(lèi)型選擇（異步電機(jī)） P0304 380 電機(jī)額定電壓 P0305 75 電機(jī)額定電流 P0307 37 電機(jī)額定功率 P0308 0.87 電機(jī)額定功率因數(shù) P0309 0.925 電機(jī)額定效率 P0310 50 電機(jī)額定頻率 P0311 1450 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 P0700 1 基本操作板（BOP）設(shè)置 P1000 2 變頻器頻率設(shè)定值通過(guò)外部模擬量給定 P1080 0 電機(jī)運(yùn)行的最小頻率 P1082 50 電機(jī)運(yùn)行的最大頻率 P1120 10 斜坡上升時(shí)間 P1121 10 斜坡下降時(shí)間 P1060 5 點(diǎn)動(dòng)斜坡上升時(shí)間 P1061 5 點(diǎn)動(dòng)斜坡下降時(shí)間 P1300 20 變頻器頻率的運(yùn)行方式為無(wú)速度反饋的矢量控制 P0701 16 Din1選擇固定頻率1運(yùn)行 P0702 16 Din2選擇固定頻率2運(yùn)行 P0703 16 Din3選擇固定頻率3運(yùn)行 P0705 1 Din5控制變頻器啟停 P0706 10 Din6正向點(diǎn)動(dòng) P1001 20 固定頻率1 P1002 30 固定頻率2 P1003 40 固定頻率3 P1004 45 固定頻率4 P1005 50 固定頻率5 為主扇的風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)所用的材料，已通過(guò)了中國(guó)煤炭科學(xué)院重慶分院檢測(cè)中心的摩擦火花試驗(yàn)，并達(dá)到了防爆要求，整機(jī)防爆性能已通過(guò)了國(guó)家防爆電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心的防爆檢驗(yàn)[5]。 主要特點(diǎn)： （1）采用電動(dòng)機(jī)與葉輪直聯(lián)的風(fēng)機(jī)最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)，改變了當(dāng)前煤礦抽出式軸流通風(fēng)及全部采用皮帶傳動(dòng)或長(zhǎng)軸傳動(dòng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，利于運(yùn)行和維修。 （2）該系列風(fēng)機(jī)在電機(jī)外面安裝全封閉型并具有一定耐壓強(qiáng)度的密閉散熱罩及氣壓平衡管，使電機(jī)始終處于無(wú)瓦斯空氣中運(yùn)行，達(dá)到了煤礦有關(guān)防爆規(guī)程的要求。 （3）該系列風(fēng)機(jī)為單級(jí)工作輪結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)可反轉(zhuǎn)反風(fēng)，其反風(fēng)量可達(dá)正風(fēng)量的65%～85%，不必另設(shè)反風(fēng)道，具有節(jié)約基建投資和反風(fēng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。 （4）葉輪的葉片安裝角的可調(diào)整，可根據(jù)生產(chǎn)的要求來(lái)調(diào)整葉片角度。該風(fēng)機(jī)采用特殊設(shè)計(jì)，性能曲線(xiàn)無(wú)駝峰，在任何網(wǎng)絡(luò)阻力的情況下，均能穩(wěn)定運(yùn)行。 根據(jù)井下用風(fēng)量的不同，采用不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)。本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組2×30kW為例。所選風(fēng)機(jī)的性能指標(biāo)如表9所示。 表9 FBCZ系列性能指標(biāo) 型號(hào) 轉(zhuǎn)速(r/min) 風(fēng)量(m3/s) 風(fēng)壓(Pa) 配用電機(jī)功率(kW) FBCZ-4-No11 1450 6.4～19.2 327～1193 30 4 軟件設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是分四部分實(shí)現(xiàn)的，主要包括手動(dòng)自動(dòng)控制部分、溫度轉(zhuǎn)換控制部分、瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠趾蛪毫ID控制部分。 本文中所采用的PLC是西門(mén)子公司的產(chǎn)品S7-200系列，CPU的型號(hào)是CPU226。 西門(mén)子PLC編程工具的使用可以參照西門(mén)公司的程序使用手冊(cè)或者在程序中按F1調(diào)出幫助文件參考。 下面介紹一下PLC程序的主要結(jié)構(gòu)。首先看流程圖圖3所示。 由系統(tǒng)流程圖可以看出本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是由六部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括手動(dòng)/自動(dòng)控制部分、溫度轉(zhuǎn)換控制部分、瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠?、壓力PID控制部分、PLC與變頻器通信和機(jī)械故障處理部分。其中手動(dòng)和自動(dòng)控制部分是在溫度、瓦斯和壓力控制中使用的。所以下面僅對(duì)溫度、瓦斯、壓力和通信控制子程序進(jìn)行分析。本系統(tǒng)控制程序可見(jiàn)附錄。 4.1 溫度控制部分 本設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)組設(shè)有軸承溫度和定子溫度過(guò)熱保護(hù)。綜合所選用的風(fēng)機(jī)組自身特性和國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置了風(fēng)機(jī)組軸承溫度和定子溫度報(bào)警溫度和跳閘溫度（本系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)組切換溫度）。 PLC主程序 通電初使化 掃描結(jié)束 手動(dòng)控制 自動(dòng)控制 溫度狀態(tài)采集 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 瓦斯?jié)舛炔杉? 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 壓力中斷 PID運(yùn)算 壓力濃度采集 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 機(jī)械故障處理 圖3 系統(tǒng)總流程圖 軸承溫度保護(hù)設(shè)置85℃為報(bào)警溫度，90℃為跳閘溫度。定子溫度保護(hù)設(shè)置120℃為報(bào)警溫度，125℃為跳閘溫度。 表10 工程值與數(shù)字量對(duì)應(yīng)關(guān)系 溫度值（℃） 數(shù)字量 電壓值（V） 120 23652.2 7.39 125 24347.8 7.61 85 18782.6 5.87 90 19478.3 6.09 由于PLC所能識(shí)別的是數(shù)字量信號(hào)，所以要對(duì)傳感器采集的電壓或電流信號(hào)的輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。若輸入電壓范圍為0～10V的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為0～32000或需要的數(shù)字。 模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換公式為： (y-AL)/(AH-AL)=(X-0)/(32000-0) （1） y:轉(zhuǎn)換過(guò)后的工程值（多少電流） AH：工程值的上限（電流的上限） AL：工程值的下限（電流的下限） X：工程轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值（電流轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值） 若數(shù)據(jù)格式為單極性，模擬量信號(hào)的類(lèi)型為電壓信號(hào)，滿(mǎn)量程為0～10V，那么根據(jù)公式1可得軸承溫度和定子溫度報(bào)警溫度和跳閘溫度所對(duì)應(yīng)的數(shù)量和電壓的關(guān)系如表10所示。 模擬量信號(hào)的類(lèi)型及范圍是通過(guò)模擬量模塊右下側(cè)的DIP設(shè)定開(kāi)關(guān)進(jìn)行輸入和輸出信號(hào)選擇的[6] 。 圖4 溫度控制子程序 本系統(tǒng)有自動(dòng)/手動(dòng)兩種控制方式。在自動(dòng)狀態(tài)下，根據(jù)風(fēng)機(jī)選擇按鈕的選擇風(fēng)機(jī)組運(yùn)行工作。在沒(méi)有出現(xiàn)異常的情況下，風(fēng)機(jī)組1和風(fēng)機(jī)組2根據(jù)需要所設(shè)定的時(shí)間交替運(yùn)行工作。主程序每次掃描都要調(diào)用溫度子程序。調(diào)用子程序后首先對(duì)程序中反復(fù)用到的累加器AC0清零。若運(yùn)行的是風(fēng)機(jī)組1，那么風(fēng)機(jī)組1運(yùn)行后其定子溫度和軸承就會(huì)上升，溫度傳感器將其連續(xù)變化的溫度轉(zhuǎn)換為0～10V的電壓送入A/D轉(zhuǎn)換模塊EM231，由EM231將連續(xù)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的離散數(shù)字量，并將其存入AIW4和AIW6。為了提高運(yùn)算精度，將AIW4和AIW6存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)進(jìn)行處理，分別存儲(chǔ)到VD180和VD184中。溫度控制子程序圖如圖4所示。 自動(dòng)方式下，存儲(chǔ)到VD180和VD184中的數(shù)據(jù)與設(shè)定的報(bào)警溫度上線(xiàn)進(jìn)行比較，當(dāng)軸承溫度VD180或定子溫度VD184的值過(guò)高超出設(shè)定置上線(xiàn)時(shí)，M20.0或M20.2閉合，指示燈Q0.7閉合，蜂鳴器Q1.1也閉合，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并有指示燈指示。若溫度繼續(xù)上升，當(dāng)其溫度超過(guò)風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度上線(xiàn)時(shí)，M20.1或M20.3閉合，PLC將自動(dòng)將風(fēng)機(jī)組1的電源切斷，并將風(fēng)機(jī)組2接入運(yùn)行。此時(shí)，若風(fēng)機(jī)組選擇按扭仍選風(fēng)機(jī)組1，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報(bào)警，只有工作人員將其按鈕撥到風(fēng)機(jī)組2才能解除報(bào)警和指示。同理，當(dāng)風(fēng)機(jī)組2的軸承溫度或定子溫度超出設(shè)定的報(bào)警溫度或風(fēng)機(jī)切換溫度時(shí)，將出現(xiàn)同上情況。其控制程序如圖5所示。 在手動(dòng)方式下，若風(fēng)機(jī)組選擇按扭撥到風(fēng)機(jī)組1，按下啟動(dòng)按鈕后風(fēng)機(jī)組1將投入運(yùn)行。風(fēng)機(jī)組1的軸承溫度和定子溫度經(jīng)溫度傳感器將連續(xù)變化的溫度轉(zhuǎn)換為1～10V的電壓，然后送入EM231模擬量輸入模塊，通過(guò)內(nèi)部的采樣，濾波，轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)。當(dāng)風(fēng)機(jī)組1的軸承溫度或定子溫度超出設(shè)定的報(bào)警溫度或風(fēng)機(jī)切換溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)組將報(bào)警并指示。當(dāng)其溫度超過(guò)一切風(fēng)機(jī)組的溫度時(shí)，PLC將切斷風(fēng)機(jī)1的控制回路。風(fēng)機(jī)組1停止工作，同時(shí)發(fā)出指示和報(bào)警。此時(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)組1的軸承溫度或定子溫度降低，即便再次低于設(shè)定的報(bào)警溫度或風(fēng)機(jī)切換溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)組1也不能再次啟動(dòng)，只有工作人員將風(fēng)機(jī)組選擇按扭撥向風(fēng)機(jī)組2時(shí)，風(fēng)機(jī)組2投入運(yùn)行工作。同時(shí)并切斷風(fēng)機(jī)組1的指示和報(bào)警。同理，若風(fēng)機(jī)組2的軸承溫度或定子溫度超限時(shí)，處理方式同上。其控制程序見(jiàn)附圖1的網(wǎng)絡(luò)6和網(wǎng)絡(luò)7。 4.2 瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠? 瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠趾蜏囟瓤刂撇糠窒嗨?。本設(shè)計(jì)用到的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛镵GJ16B 型。其性能參數(shù)見(jiàn)硬件設(shè)計(jì)部分。其原理分析參見(jiàn)附圖1。瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑦B續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)轉(zhuǎn)換為4～20毫安的電流，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊EM235，通過(guò)其內(nèi)部的采樣、濾波，轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)存儲(chǔ)到VD196中。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中若礦井工作面的瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定的報(bào)警瓦斯?jié)舛壬暇€(xiàn)時(shí)，M0.1閉 圖5 溫度控制程序 合，Q1.1也閉合，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報(bào)警。以警示工作人員工作面瓦斯涌出量已有安全隱患，做好排放瓦斯的準(zhǔn)備。若井巷工作面瓦斯?jié)舛壤^續(xù)增大，當(dāng)VD196的存儲(chǔ)值大于設(shè)定的斷電瓦斯?jié)舛壬暇€(xiàn)時(shí)，M0.2閉合，PLC將發(fā)出切斷電源的指令，將 PLC所有輸出和內(nèi)部位復(fù)位，并切斷風(fēng)機(jī)電源各井巷工作面的電源，防止有明火引起與其爆炸。同時(shí)并發(fā)出報(bào)警。抽放瓦斯后，當(dāng)瓦斯?jié)舛萔D196的存儲(chǔ)值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€(xiàn)時(shí)，風(fēng)機(jī)組并不能重新運(yùn)行工作。只有當(dāng)瓦斯?jié)舛萔D196的存儲(chǔ)值下降到小于瓦斯?jié)舛葓?bào)警上線(xiàn)時(shí)，PLC才恢復(fù)風(fēng)機(jī)組再次啟動(dòng)并將風(fēng)機(jī)組運(yùn)行工作。 PID 壓力給定量SP 偏差e PID輸出Y 過(guò)程變量 壓力反饋量PV _ + 變頻調(diào)速系統(tǒng) 4.3 壓力控制部分 圖6 PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖7 PID參數(shù)設(shè)置 壓力是本控制系統(tǒng)的主控參數(shù)，在壓力數(shù)據(jù)處理過(guò)程中運(yùn)用到PID算法。所謂的PID就是比例、積分、微分的總稱(chēng)。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。 PID運(yùn)算中的積分作用可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，提高精度，加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化的能力，而身分作用可以克服慣性滯后，提高抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。因此，對(duì)于速度、位置等快過(guò)程擴(kuò)溫度、化工合成等慢過(guò)程，PID控制都具有良好的實(shí)際效果。 在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，PID控制器的作用就是通過(guò)調(diào)節(jié)其輸出使偏差為零。偏差由定量（SP，希望值）與過(guò)程變量（PV，實(shí)際值）之差來(lái)確定。系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)的微分方程式由比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)組成。 在自動(dòng)方式下，利用遠(yuǎn)傳空氣壓力傳感器檢測(cè)礦井內(nèi)的氣壓信號(hào)，用變送器將現(xiàn)場(chǎng)的模擬壓力信號(hào)變換成統(tǒng)一的1～10V直流電壓信號(hào)，送人A／D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC內(nèi)部能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)。壓力參數(shù)的設(shè)置與礦井的深度、巷道的截面等諸多因素有關(guān)，所以本設(shè)計(jì)利用觸摸屏進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)置。其設(shè)置調(diào)用了壓力子程序見(jiàn)附圖1。PID參數(shù)設(shè)置好后要分別對(duì)壓力設(shè)定值、增益值、采樣值、積分時(shí)間和微分時(shí)間進(jìn)行填表。程序圖如圖7所示。 圖8 壓力中斷子程序 本系統(tǒng)的壓力控制是用SMB34定時(shí)設(shè)定的時(shí)間周期進(jìn)行中斷處理的，利用SMB34固定的時(shí)間間隔作為采樣周期，對(duì)模擬量AIW0輸入進(jìn)行采樣，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。中斷子程序如圖8所示。 壓力中斷程序分兩部分進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，一部分將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到VD128中與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較處理。假設(shè)礦井內(nèi)的氣壓在一個(gè)大氣壓或在設(shè)定的某個(gè)大氣壓力數(shù)值以上，PLC通過(guò)控制變頻器，工作通風(fēng)機(jī)與備用通風(fēng)機(jī)循環(huán)工作，由礦井的氣壓參數(shù)通過(guò)PLC運(yùn)算去控制變頻器來(lái)達(dá)到風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制；當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事故，或礦井內(nèi)的氣壓低于設(shè)定的某個(gè)氣壓參數(shù)時(shí)，VD128的壓力值與工頻壓力值VD136進(jìn)行比較，若VD128小于或等于VD136的值，則當(dāng)前運(yùn)行通風(fēng)機(jī)將由變頻轉(zhuǎn) 圖9 壓力中斷程序 到工頻運(yùn)行，此時(shí)如果仍滿(mǎn)足不了通風(fēng)的需要時(shí)，工作通風(fēng)機(jī)與備用通風(fēng)機(jī)不再循環(huán)工作，并自動(dòng)切換為同時(shí)工作，另外，接入的備用通風(fēng)機(jī)根據(jù)礦井的氣壓參數(shù)進(jìn)行變頻運(yùn)行，加大對(duì)礦井內(nèi)的通風(fēng)量，直至礦井內(nèi)的氣壓生至設(shè)定的大氣壓力數(shù)值以上，工作通風(fēng)機(jī)與備用通風(fēng)機(jī)恢復(fù)循環(huán)工作。壓力中斷程序如圖9所示。 另一部分直接送到AC0中進(jìn)行PID運(yùn)算，因參與PID運(yùn)算的過(guò)程量要求均為實(shí)數(shù)格式，且要求轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱的0.0～1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)，所以要對(duì)實(shí)際工程值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。處理過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化值經(jīng)PID運(yùn)算后再轉(zhuǎn)換為實(shí)際工程值進(jìn)行輸出，送到QW0中去控制變頻器。其控制程序如圖10所示。 圖10 PID運(yùn)算處理程序 4.4 機(jī)械故障處理部分 風(fēng)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些機(jī)械故障，如風(fēng)機(jī)組線(xiàn)圈燒壞或機(jī)械卡死等諸多電源通電風(fēng)機(jī)卻不運(yùn)轉(zhuǎn)的故障。本系統(tǒng)利用軟件設(shè)計(jì)了預(yù)防這種現(xiàn)象發(fā)生而造成重大事故的措施。其程序如圖11所示。 I0.6和I0.7分別為轉(zhuǎn)子測(cè)速器的輸出。所選的測(cè)速器輸出為數(shù)字信號(hào)。即轉(zhuǎn)子速度為零時(shí)測(cè)速器輸出為“0”， 轉(zhuǎn)子速度大于零時(shí)測(cè)速器輸出為“1”。當(dāng)PLC的Q0.0或Q0.1有輸出時(shí)，Q0.0或Q0.1觸點(diǎn)閉合，若風(fēng)機(jī)組1或風(fēng)機(jī)組2的轉(zhuǎn)子速度不轉(zhuǎn)為零時(shí)，I0.6或I0.7閉合，Q1.4或Q1.5閉合發(fā)出報(bào)警信息。以警告工作人員風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)故障請(qǐng)及時(shí)處理。 圖11 機(jī)械故障處理程序 5 結(jié)束語(yǔ) 西門(mén)子PLC控制變頻器在煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)備的操作和維護(hù)方便，節(jié)省能耗，同時(shí)也大大地提高了煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)。由于變頻器直接控制電機(jī)，通過(guò)調(diào)速來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)工作，從而提高了風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)效率，另外變頻器加減速時(shí)間可以任意設(shè)定，避免了風(fēng)機(jī)全負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，有利于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。此系統(tǒng)操作方便，控制精度高，響應(yīng)速度快，使整個(gè)系統(tǒng)工作平穩(wěn)。而且節(jié)電率在20%～70%之間，具有巨大的節(jié)效益。 致謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，一直得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷。特別是在課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)論文的技術(shù)問(wèn)題，導(dǎo)師都花費(fèi)了大量的心血，付出了大量的勞動(dòng)，并一直給予我無(wú)微不至的指導(dǎo)與多方面的幫助，使我的知識(shí)、能力等各方面都有了很大的進(jìn)步，在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x！在課題進(jìn)行期間，學(xué)院為我們提供了良好的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)境。在課題的研究和進(jìn)展中，同組成員也給予了很大的幫助，這里也一同表示感謝！由于時(shí)間和知識(shí)水平所限，論文中還可能會(huì)有許多紕漏或錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。 參考文獻(xiàn) ［1］殷洪義．可編程控制器選擇、設(shè)計(jì)與維護(hù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 ［2］周九寧．可編程控制器在礦山設(shè)備中的應(yīng)用［J］．采礦技術(shù)，2004，4(1)：45—46 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