基于PLC的矿井通风机设计正文.docVIP

目 录 第1章 绪论 1 1.1 课题研究的目的意义 1 1.2 国内外研究状况 2 1.2.1 国内研究状况 2 1.2.2 国外研究状况 2 1.3 课题的主要研究内容 3 第2章 通风系统结构及控制方案 4 2.1 通风系统要求 4 2.2 通风机控制方案 4 第3章 相关技术介绍 6 3.1 PLC可编程控制器 6 3.1.1 PLC简介 6 3.1.2 PLC组成 6 3.2 模拟量输入、输出模块 7 3.3 PID算法 7 3.4 变频调速技术 8 第4章　通风系统硬件的设计 10 4.1　通风系统硬件电路 10 4.2　I/O接线图 11 4.3 元件选型 12 4.3.1 传感器的选择 12 4.3.2 风机的选择 12 4.3.3 电机的选择 13 4.3.4　变频器的选择 14 4.3.5 PLC的选择 15 4.3.6 其他器件选型 15 4.4 元件清单 17 第5章 软件设计 18 5.1 系统流程图 18 5.2 I/O分配表 19 5.3 程序分析 21 5.3.1 模拟量输入 21 5.3.2 系统启动及停止 22 5.3.3 工频、变频模式 22 5.3.4 风压的监控 24 5.3.5 瓦斯浓度的监控 27 5.3.6 温度的监控 28 5.4 模拟调试 29 5.4.1 自动模式程序调试 29 5.4.2 变频器故障及复位调试 31 5.4.3 风压监控程序调试 31 第6章 结论与展望 33 6.1 结论 33 6.2 展望 33 参考文献 34 致谢 35 附录 36 附录A 外文资料 36 附录B 梯形图 45 附录C 指令表 54 第1章 绪 论 1.1 课题研究的目的意义 随着社会的发展，能源需求快速增长，电能的需求量相当大，其中风机水泵类负载占很大比重。根据不完全统计，1995年我国风机、水泵设备装机总功率达到1. 6 亿kW，年耗电量3200亿kWh，风机、水泵耗电量就占全国工业耗电量的1/2，而平均效率只有41%-50%。有不少风机、水泵变风量(流量)运行状态，这类电动机的共同特点是风量(流量)小于额定量，电能利用率太低，运行时间长，节能的潜力是很大的。 对于煤炭行业而言，我国煤炭资源丰富，能够为社会建设提供能源支持，但煤炭生产本身耗能较高，再加上生产工艺等原因，电能浪费严重。其中风机控制就存在很大的浪费性。 矿井通风机是矿井的关键设备，一方面，风机的正常、稳定运行直接影响到矿井生产和工人的人身安全；另一方面，风机又是耗电大户，通风机的耗电在整个煤矿生产中占有相当大的分量，因此需要对风机风量进行有效地控制以达到节能的效果。传统上采用恒速电动机拖动风机，通过调节挡板或阀门来调节风机的风量，其功率损耗大，运行效率低。引入变频调速后，可以根据所需的风量来调节电机转速，获得很好的控制性能和节能效果。因而采用变频调速的风量控制方案逐步取代了风门、挡板、阀门的控制方案。目前通风机变频调速系统，多采用单片机控制，控制策略简单，通风效率低。而采用功能可靠的PLC控制可以提高系统的稳定性与可靠性。 PLC的显著特点是能够在恶劣的环境中运行，具有很强的抗干扰能力，可靠性高，便于维护，因此，已在机械、冶金、电子、化工、煤炭和轻工等行业部门中得到了广泛的应用，并取得了显著的社会经济效益。目前，煤矿高产高效综合机械化采煤设备中广泛采用PLC进行控制和通讯，增强了这些设备的功能。例如：神府精煤公司大柳塔矿的英国布拉什(Bmsh)公司生产的LC33型负荷控制中心(带有7组起动器)就采用了PLC控制技术，该系统可以实现独立先导控制、C接头控制、主-从顺序控制、顺序联锁控制等多种控制方案。多数高产高效矿井的采煤、掘进、运输等机械设备也都选用PLC作为整个控制统的指挥中心。美国久益(JOY)公司生产的12CM18型连续采煤机的控制系统采用了计算机控制技术，主控由可编程控制器(PLC)承担，该系统不但能可靠完成采煤机正常工作所要求的各种控制任务，而且具有保护、状态监测、故障诊断及机器状态显示等功能。 1.2 国内外研究状况 1.2.1 国内研究状况 长期以来国内掘进工作面局部通风机一直采用空气接触器对局部通风机进行控制，其功能简单，可靠性差，经常造成“无计划”停电停风，引起瓦斯积聚。早期国内掘进工作面局部通风系统普遍采用单回路供电方式，电气故障经常影响掘进工作面的供风。从80年代后期，国内推行掘进工作面“三专两闭锁”供电方式，它从一定程度上降低了掘进工作面“无计划停电停风的次数，但供电系统中任何一个环节出现停电检修或发生局部通风机机械故障，都会影响矿井局部通风系统的工作。从90年代后期，国内一些特大型矿井开始