PLC矿井通风机监控系统设计方案

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作者：PanHongliang

仅供个人学习

毕业设计（论文）

题目：基于plc的矿井通风监控系统的设计院系：电子工程系

专业班级：电气104班

指导教师：黄俊梅

学生姓名：李青洲

学号： 100433423

摘要

煤矿的安全生产中，矿井通风系统起着极其重要的作用，它是煤矿安全生产的关键环节。而矿井通风机又是矿井通风系统的主要设备之一，因此对其进行PLC控制的变频调速系统的设计和研究，不仅可以大大提高煤矿生产的机械化、自动化水平，还能节省大量的电能，具有较高的经济效益。

煤矿主通风机监控系统主要包括风机性能检测和风机风量调节控制两部分。本文以一台矿用对旋轴流风机为控制对象，结合PLC控制技术、变频调速技术和组态监控技术，对矿井通风机进行了PLC控制的状态监测和变频调速的设计和研究。

监控系统采用上位机加下位机的设计模式。下位机采用可靠性高的可编程逻辑控制器，通过各种传感器和电量采集单元实时监测通风机的性能参数和状态参数、电机的电气参数并能实现远程通讯。上位机应用北京亚控科技公司开发的KINGVIEW6.52组态软件编写人机界面，将风机工作流程以直观的画面显示出来，实现数据采集和显示、关键数据的记录和报警、生产数据的存储和报表输出、为操作员提供良好的操作界面，完成了风机房的无人值守自动化监控和管理的设计和改造。

在变风量系统中，主要比较了风门调节与变频调节，显示出了变频调节系统不仅能使风机工作在高效区，并且其节能效果要优于其它调节方法，具有很重要的应用前景。风机调节控制由PLC+变频器控制电机转速实现风量控制。同时本文还研究了风量调节的算法。

关键词：PLC控制；变频调速技术；矿井通风机；组态王软件。

目录

1 绪论2

1.1选题的背景和意义2

1.2 风机监控系统国内外研究状况2

1.3矿井主通风机在线监测监控的展望3

1.4本论文的主要工作和安排4

2 系统构成及各部分功能4

2.1矿井主扇风机5

2.1.1矿井主扇风机概述5

2.1.2风机主要技术指标5

2.1.3风机的特性曲线6

2.1.4风量的调节方法7

2.2可编程控制器的应用8

2.2.1 PLC概述8

2.2.2 PLC的基本构成8

2.2.3 PLC的工作原理9

2.3风机参数的检测9

2.3.1风压、风量参数的检测10

2.3.2振动参数的检测10

2.3.3电气参数的检测11

2.3.4电机轴承和定子温度检测12

2.3.5开关量检测13

2.4 变频调速13

2.4.1变频调速技术在矿井通风机上的应用概述13

2.4.2变频调速的基本原理14

2.4.3风机变频调速节能分析14

2.4.4变频器的结构15

2.4.5 PLC控制变频器的方式16

3 通信网络的实现17

3.1 风机自动化监控系统的整体结构17

3.2基于现场总线和工业以太网的控制系统17

3.2.1现场总线控制系统和以太网技术17

3.2.2现场总线与以太网的互连18

3.2.3网络的具体实现方法18

4 系统的硬件设计18

4.1系统硬件连接19

4.2主电路19

4.3控制电路的设计19

4.4 器件的选型21

4.4.1PLC的选型21

4.4.2变频器的选型21

4.5 变频器与PLC的连接22

4.6风量的控制算法22

4.6.1变频器输入值计算22

4.6.2 U-P和Q-P曲线的拟合24

5主通风机监控系统的软件设计24

5.1 PLC软件设计24

5.1.2子程序0和1程序流程25

5.1.3子程序2和3程序流程25

5.1.4子程序4程序流程25

5.1.5中断子程序26

5.2 组态软件设计26

5.2.1 KINGVIEW

6.52操作界面26

5.2.2煤矿主通风机在线监测系统主界面26

5.2.3 PLC控制变频器调速系统主界面27 结论27

致谢28

参考文献28

附录29

1 绪论

1.1选题的背景和意义

通风机是煤矿的四大固定设备之一，它担负着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流的重任，具有“矿井肺腑”之称。由于井下工作环境恶劣，主通风机工作电压较高，电流较大，出现故障的概率也较大。一旦发生故障，将会对整个矿区的生产和安全造成重大影响。因此，有必要建立一套功能完善的自动监控系统，实现矿井主通风机性能及状态的在线实时监测，以便在生产过程中及时掌握主通风机的运行参数和状态，这也是主通风机控制系统的发展方向。据统计，煤矿事故70%以上是由于通风设备故障、通风管理不善等所造成。随着煤矿生产规模的扩大、生产效率的提高，井下通风系统对通风设备的监测监控也必须提出了更高的要求。利用设备在线监测监控等相关技术，实时调节风机运行状态，及早发现故障隐患十分必要。高压变频技术、智能控制技术、传感器技术、现场总线技术以及工业以太网技术的迅速发展，为满足煤矿生产的上述要求提供了可能。本监控系统就是在此背景下提出的。

1.2 风机监控系统国内外研究状况

国外很早就对风机进行了研究。至90年代，一般的风机均配有在线监控系统，集保护、检测、控制于一体，不但能实现风量的自动调节，主要能进行故障诊断，预测使用寿命，预报维修极限，成功地对风机进行了检测，有效的保证了矿井通风系统的安全运行。美国煤矿使用的主风机以轴流式为主，近年来开始采用在运行中可以改变叶片角度的液压式动叶可调风机，节能效果好。德国以TLT公司为代表，采用液压式动叶调节的轴流通风机，其运行效率可保持在83%～88%以内。国内在这两方面起步比较晚。风量调节方法都比较落后，需要在停机的情况下进行手动调节或者是隔一段时间才能调节一次。其一这种人工操作方法只能做到阶段性调节而不能做到及时连续自动调节，而且实时性差，风量控制不准确，自动化程度不高；另外，我国煤矿主通风机一般都在远离煤矿管理部门的井田边缘，通风设备的管理由于风量参数不能实现在线监测而成为煤矿自动化管理的薄弱环节。目前大部分厂家只对设备进行简单的点测，或是对风机进行简易的诊断。近几年来，陆续有几家大中型企业开始安装了专用检测诊断设备对风机进行了长期检测。近几年来，陆续有几家大中型企业开始安装了专用检测诊断设备对风机进行了长期检测。05年南京因泰莱电器股份有限公司为银川力城电子煤矿设计了综合现代化通信、计算机和自动控制与检测技术的全分布式计算机监控系统，它具有显示、打印、报警、状态识别、趋势分析、现场动平衡等功能，在实际应用中取得了很好的效果。但与国