洛阳理工学院毕业设计（论文）
第1章 瓦斯相关介绍
1.1瓦斯气体
1.1.1瓦斯气体性质
了解瓦斯的特点和性质是搞好瓦斯管理的先决条件。瓦斯是煤矿开采过程中的一种有害气体的总称，它有自己的性质和特点，是可以被认识的，也是可以被控制和利用的。所以说要搞好瓦斯管理工作，必须首先学习有关瓦斯的知识，了解瓦斯的性质和特点。矿井瓦斯是指从煤体和围岩中逸出的以及在生产过程中产生的多成分的混合气体，包括CH4、COZ、CO、NZ、CZH6、502、HZS等。主要成分是甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（COZ）、硫化氢（HZS）等。沼气是矿井瓦斯的主要成分，是一种无色无味的气体。不助燃，但当与空气混合到一定浓度时，遇火能燃烧或爆炸，爆炸界限为5一16.5%；空气中沼气浓度超过40%时，空气中的氧含量将下降到12%以下，此时空气与沼气的混合气体不再发生爆炸，但将使人窒息。
1.1.2瓦斯气体的爆炸
瓦斯爆炸须具备3个条件：C氏浓度、02浓度及引爆温度。瓦斯在煤体和围岩中以游离状态和吸附状态存在，一般情况下处于动态平衡，当外界温度、压力变化时，几种状态会互相转化，煤层在开采过程中，瓦斯被逸散出来，在井下积聚，造成瓦斯浓度增加，当CH4浓度达5%~16%时具有爆炸性，CH4浓度为9.5%时，爆炸威力最大，当CH4浓度小于5%或大于16%时，一般不会爆炸，遇明火只会燃烧，瓦斯爆炸的上下限是可变的，当CH4混合气体的温度和压力发生变化或混入煤尘及其它可燃气体时，可影响瓦斯爆炸的上下限，如空气中的煤尘含量为10-12mg/m3，cH4浓度达到4%时，遇火就会爆炸。要消除引爆火源，必须严禁明电、明火下井，禁止明电、明火放炮，并要求井下电器设备必须防爆。所以控制瓦斯浓度是防止瓦斯爆炸的根本，实时掌握瓦斯浓度状况是煤矿安全的头等大事。
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1.1.3本课题研究的意义
该项目的实施，可以提高煤炭安全生产作业率，加大安全生产管理力度，降低事故率，保障国家及人民生命财产安全。保障煤矿瓦斯监测、监控系统的正常运行，保障煤矿的每一次报警都能得到相应解决，及时发现并解决煤矿所存在的安全隐患，保障煤矿安全生产信息上下达的通畅，提高煤矿安全生产管理信息系统的应用水平，及煤炭从业人员的整体素质，力争使煤矿安全生产管理实现量化、标准化、规范化。因为信息化管理是一个量化、标准化、规范化管理的实现，其中系统的运行提供了一个量化井下工作作业环境的工具，计算机的处理过程则要求将整个管理过程展开成一个个标准化的单元，计算机系统的运行是一个由标准单元所组成的一个规范化的执行过程。瓦斯联网监测系统的建立将使安全生产的整个管理工作向量化、标准化、规范化的工作管理模式转变。该项目的建设将为我国乡镇中小煤矿行业信息化建设做出积极贡献。该项目的建设是以煤矿瓦斯联网监测系统为龙头，建成提供数据、语音、视频传输的统一系统平台，实现信息资源的充分共享和广泛使用。实现煤炭信息化管理，实施“煤电强县”的战略，建设中国煤炭大县，抓“滇东电厂”和曲靖煤化工基地建设的机遇，建设富源煤炭瓦斯联网监测系统非常必要。以信息化带动工业化，为推进富源经济社会的快速发展和全面进步做出贡献。
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第2章 监控系统控制方案
本设计系统中使用了PLC所以与使用常规继电器实施的通风系统相比，具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点，PLC的自动控制功能和程序化工作方式使通风系统的自动化程度大大提高，降低了岗位人员的劳动强度。PLC与空气压力变送器，以及瓦斯浓度检测器的配合使用，使系统控制的可靠性和安全性以及稳定性大大提高，降低了通风机运行的成本，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率。
通风机主要工作部分由两台离心通风机组成，每台通风机有一台电机，每台电机驱动一组扇叶片，两组扇叶片是对旋的，一组的作用吸风，一组的作用增加风速，对井下进行供风。根据井下用风量的不同，采用不同型号的风机。本系统设计选用风机的功率为45 kW 。
控制部分选用一台三菱公司的FX2N系列的PLC， 并需要增加模拟量转换模块。输入部分包括：启动，停止按钮，空气断路器、空气压力传感器，瓦斯浓度检测器等组成一个完整的闭环控制系统。其中还包括电机用接触器、中间继电器、热继电器、矿用防爆型断路器等系统保护电器，实现对通风电机和 PLC的有效保护，以及对电机的切换控制。共计8个输入点和6个输出点。
因此本论文以三菱FX2N系列可编程逻辑控制器作为监控核心，运用温度、压力、瓦斯浓度等传感器和电量采集单元对风机运行的状态以及对各种电量参数进行细致的检测。同时利用PLC和上位机之间的通信实现对矿井通风机运行的实时监控。本论文还利用变频器来控制通风机的变频运行，实现风机的高效节能运行。
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第3章 系统硬件设计
3.1控制核心PLC概述
3.1.1三菱PLC FX2N—16MR简介
本设计采用的PLC是日本三菱公司的FX2N系列的继电器输出型PLC。 它带有16个I/O点，分别为8个输入点，8个输出点。输出形式为继电器形式，输出端最大电流可以达到5A工作电流。输入侧为NPN漏型输入。其特点是：
1. 内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K。 2. CPU运算处理速度0.08μS/基本指令。
3. 在PLC右侧可连接各种输入输出扩展模块和特殊功能模块。 4. 基本单元中内置2轴独立最高的20kHz定位功能(晶体管,继电器输出型）。
5. 快速断开端子块，其采用优良的可维护性快速断开端子块，（类似于热插型，接上电缆的时候也可以更换但元。）
6. 时钟功能及小时表功能，所有的FX2N 系列PLC中都有实时时钟标准。
7. 持续扫描功能，为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。 8. 输入滤波器调节功能，通过用输入滤波器来平整输入信号（在基本单元中x0到x17）。
9. 注解记录功能，元件注释可以在程序寄存器当中记录。 PLC在本设计电气原理图中的接线以及I/O分布点如图3-1
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图3-1 PLC I/O接线图
表3-1所示为I/O接口分配表
表3-1 PLC I/O接口分配表
输入 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 启动按钮 停止按钮 主断路器输入 1#风机电源输入 2#风机电源输入 1#变频报警输入 2#变频报警输入 地址 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 1 2 3 4 5 6 序号 输出 名称 主接触器 1#风机工作指示 2#风机工作指示 报警 1#风机启动 2#风机启动 地址 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 主接触器吸合指示 X7
3.1.2 A/D转换模块FX2N—4AD
三菱FX2n-4AD是三菱电机公司推出的一款FX2n系列PLC模拟量输入模块，有CH1~CH4四个通道，每个通道都可进行AD转换，分辩率为
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