新型矿井通风控制系统的设计Word格式文档下载.docx

新型矿井通风控制系统的设计Word格式文档下载.docx

《新型矿井通风控制系统的设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型矿井通风控制系统的设计Word格式文档下载.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Abstract

Inviewofthedefectsintheoldundergroundmineventilationcontrolsystemsuchaslargesize，complexwireconnection，manymechanicalcontacts，difficultfailureshooting，poorreliabilityandlowautomationdegree，amineventilationsafetycontrolsystembasedonadvancedPLCandtransducercontroltechnologyisdesigned．Itsstructure，controlscheme，workmechanism，hardwareandsoftwaredesignmethodarediscussedindetail．ThecontrolleradjustfanspeedbyFrequencyControlSystemcontrolledofPLC,throughcollectingStatussignalofeveryoutsideequipmentinMinepressuretocontrolparameters.Thefansetsoftwooftheventilationunitachieveoptimalcontrolbymanualandautomaticcontrol.Thecontrolsystemcontrolsstartandstopofeverymotorreasonably,andachievesfailurealarmatthesame.UndergroundMineVentilationnotonlysaveselectricity,improvesefficiency,andalsoachievesthepurposeofmonitoringsafety,createsagoodeconomicreturnsforcoalminebytheapplicationofPLCandtransducer.

Keywords：

PLC,FrequencyControl,VentilationSystem,Transducer

目录

1绪论1

2设计方案的确定1

3系统的结构及工作原理2

3.1系统的结构2

3.2系统的控制原理2

3.3系统的运行方式3

3.4变频调速原理4

3.5PID调节原理介绍5

4硬件设计7

4.1PLC类型的选用7

4.2变频器类型的选用及接线方式8

4.3瓦斯传感器的选择8

4.4压力出感器的选择9

4.5变送器的选择10

4.6电机的选择10

4.7电源供电方式10

4.8故障处理及保护功能12

5软件的设计13

5.1I/O分配14

5.2PLC接线图14

5.3程序控制流程图15

6软件操作注意事项16

7结束语16

致谢16

参考文献17

附录18

1绪论

随着国际经济一体化的进展，我国经济迅猛发展。

对能源的需求与日俱增。

在我国能源结构中煤炭比较重大。

这样一来，我国煤炭时常得到了前所未有的机遇，煤炭企业满负荷生产。

超能力生产现象比较普遍。

虽然企业效益提高了但是不要忘了，随着企业的不断发展灾害事故正在悄悄的走近我们，致使企业和矿工们得不到安全保障，煤矿开采深度的不断增加。

地温在升高，煤质的优化，不断的为灾害事故的发生创造良好的条件。

原先用人工进行通风控制，由于无法每时每刻对矿井的风量进行准确的定位监测，很难准确控制风机的启停；

并且出现故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。

以往通风控制系统中有很大一部分通风电机是不变速拖动，不变速电机的电能大多消耗在适应风量的变化而频繁的开停风机中，这样不但使电机工作在低效区、减短电机的使用寿命，而且电机的频繁开停使设备故障率很高，系统的维护、维修工作量较大；

另一方面，由于风量的随机性，所使用的风量是动态的，采用传统方法难以保证通风的实时性。

从整体最优目标要求出发，这些因素必须在控制设计中加以考虑，这就需要寻找并应用行之有效的理论，从而来满足这些要求使设计变得简单易行。

针对以上提出的问题，本文采用自动化控制对整个矿井通风系统进行改进，将所关心区域主风流作为当前状态，井下环境干扰作为外部扰动输入，通风机输出功率作为控制输入，并考虑实际上瓦斯浓度、风流流速检测滞后的基础上，应用控制理论与技术解决这类矿井通风控制问题，在整体上求得技术与经济的最佳效益。

2设计方案的确定

用变频调速来控制风机的运行，通常有单片机或PLC控制两种方式，但在软件设计上，PLC比单片机的编程更简洁、直观；

从硬件接口考虑，单片机电路稍微复杂一些；

从经济方面考虑，由于PLC工艺的日渐成熟，小型PLC的成本与单片机相差无几，由于要根据现场情况调整系统参数，PLC的软件中时间参数的调整更简单，硬件接口简易可行、提高系统运行的可靠性，特别是整个系统的稳定性和抗干扰能力很强，这样更有利于售后服务人员掌握。

本设计方案将PLC与变频器结合在一起组成自动化的通风控制系统，更好的优化了传统的通风系统，解决了传统系统中能耗大、通风质量差等诸多问题，它用PLC进行逻辑控制，用变频器对电机速度进行调节，自动控制电机转速，在保持恒压状况下，达到控制风量的目的[1]。

系统通过瓦斯传感器检测瓦斯浓度和压力传感器检测的负压，经变送器转换后，送到PLC进行比较、判断，将控制信号送给变频器，从而控制通风电机的转速，使之实现最优控制。

系统应具有“变频/工频”切换功能，当变频器出现故障或电机需要长期在工频状态下运行时，可将电机切换到工频状态，有手动和自动切换2种方式，同时还有手动“启/停”功能、电机过热保护、声光报警等功能，提高了系统可靠性[2]。

3系统的结构及工作原理

3.1系统的结构

系统的结构框架如图1所示，该系统由PLC、传感器、变频器、电动机、通风机等组成，主控参数为瓦斯浓度和井下气体压力。

图1系统控制原理框图

3.2系统的控制原理

通过安装在矿井内部的瓦斯传感器和压力传感器，将信号传给变送器变成标准电信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数送给变频器，由变频器控制风机电机的转速。

系统工作主电路如图2所示，当系统切换到自动状态时，根据检测到矿井内负压的大小，首先控制通风电机M1软启动，变频运转并随时检测其数值，如果得到设定值，系统将处于当前状态恒速运行。

否则频率上升到50Hz，M1工频运行，如果还未得到设定值，系统软启动M2电机，变频运行并无冲击切换到工频电源，直到矿井内负压达到设定值为止，实现通风电机循环软起动。

当所需负压减小时，M2电机转速逐渐下降到某一个设定低速值，如井内负压仍高于设定值，然后停止该台电机运转。

停止一台电机后，如果仍高于设定值，系统将M1电机由工频切换为变频运行，以此实现通风电机循环运行，直到压力等于设定值。

M3做备用电机，当M1或M2发生故障，以及需要维修和紧急情况时，通过启用M3电机来达到正常工作的目的。

图2系统工作主电路图

控制系统用一台变频器可以带两台电机，M1、M2、M3电机可以工作在常规工频模式，M1、M2可以工作在变频模式。

每台电机只能处于变频或工频其中一种工作模式，通过PLC的程序和外部接触器进行互锁，保证了安全与可靠的运行。

利用安置在矿井内部的传感器将信号传输到变送器，转换成数字信号，再传送给PLC，数值在PLC内部进行比较后，控制变频器从而对电机的速度控制。

电机的起、停分别由PLC内部参数所决定。

根据所需负压的大小由PLC控制工作组电机数量的增减及变频器对电机的调速，实现稳定的负压值。

采用变频器控制通风电机的转速，并自动调节风机的运行台数，完成系统的闭环控制，达到稳定的负压和节能的目的。

系统任意设定所需负压值，其反馈值通过PID调节后控制调速装置，以调节通风电机的运行速度，从而调节井内的瓦斯浓度。

这与传统的手动控制相比，该控制系统具有通风质量高、灵活性强、能耗少、电动机启/停平稳等许多优点[3]。

3.3系统的运行方式

该系统包括自动和手动两种运行方式：

（1）手动运行

该系统设有“手动/自动”转换开关。

当开关切换到“手动”时，可在现场启动、停止各台通风电机。

当变送器或变频器发生故障时，为确保通风可靠，三台通风电机可分别采取手动工频运行，该方式主要供检修或变送器和变频器发生故障以及紧急时用。

（2）自动运行

当转换开关转至“自动”状态时，电机的“启/停”及“变频/工频”切换，完全由PLC根据矿井内通风状况及程序内部的设定自动调整，最终达到现场无人值守、系统本身全自动运行。

合上自动开关后，M1通风电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PLC接收传感器的信号，经运算与给定参数进行比较，控制变频器调节电机转速，如果风量不足，则频率上升到50Hz，M1由变频切换为工频，M2电机变频启动，变频器逐渐上升频率直到满足设定值为止。

变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对二台通风电机软启动、停止、循环变频的全部操作过程。

3.4变频调速原理

变频通风控制主要由变频器、控制系统、电机及传感器等部分组成。

该系统通过控制变频调速器，将50Hz的交流电从0～50Hz之间频率输出，实现交流电机的无极调速，从而实现矿井通风机的优化控制，当变频系统为开环时，设备可以人为设定输出任意频率控制电机转速；

当变频系统为闭环时，随着反馈等要求的变化，自动得到相应的频率[4]。

通风电机通常由三相交流异步电动机来拖动，对通风机的调速是通过对其电机转速的调节来实现。

我们知道：

异步电动机转速n=60f（1-S）/P。

在这个公式中，f为电机电源的频率，P为电机的磁极对数，S为转差率（0～3%或0～6%）。

由上述电机的转速公式可见：

要想改变电机的转速，可以通过三种方法来实现：

（1）改变电动机的频率f；

（2）改变电动机的转差率S；

（3）改变电动机的磁极对数P。

通过对上面三种方法的分析可以知道：

改变电动机的转速的最好方法是改变电动机电源的频率。

因为转差率S的范围在（0～3%或0～6%）之间，由此转差率S对电动机的影响不大，调速效果不明显，效率相对较低。

改变磁极对数P这种方法，首先它不容易实现，其次由电机的工作原理决定了电机的磁极数是固定不变的。

由于该磁极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适合通过改变该磁极对数P来调整电机的速度。

电动机的转速n和供电电源的频