武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸
目 录
摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 1 引论.................................................................................................................... 4 2 系统构成及各部分功能.................................................................................... 5
2.1矿井主扇风机.......................................................................................... 5 2.2 PLC概述 ................................................................................................. 7 3通信网络的实现................................................................................................. 8
3.1风机自动化监控系统的整体结构.......................................................... 8 3.2基于现场总线和工业以太网的控制系统.............................................. 9 3.2.2现场总线与以太网的互连................................................................... 9 4系统的硬件设计............................................................................................... 11
4.1系统硬件连接........................................................................................ 11 4.2主电路.................................................................................................... 11 4.3控制电路的设计.................................................................................... 11 4.4 器件的选型........................................................................................... 14 4.5变频器与PLC的连接 .......................................................................... 15 4.6风量的控制算法.................................................................................... 16 5主通风机监控系统的软件设计....................................................................... 19
5.1 PLC软件设计 ....................................................................................... 19 5.2组态软件设计........................................................................................ 23 5.2.3 PLC控制变频器调速系统主界面 .................................................... 25 结语...................................................................................................................... 26 致 谢................................................................................................................. 27 主要参考文献...................................................................................................... 28 附录...................................................................................................................... 29
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1 引 论
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。
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2系统构成及各部分功能
本论文设计的矿井主扇风机的监控包括风机运行状态的监测和风机风量的调节两部分。本系统中风机运行状态的监测以工控领域的可编程控制器(PLC)和组态软件为核心，以标准控制柜作为信号采集和控制输出装置,辅以传感器、中间继电器和其它辅助设备构建整个监控系统。通过的煤矿主通风机的计算机监控管理系统,实现了通风机的计算机实时监控以及通风机房与工业以太网和煤矿安全监控网络系统的信息共享。
风机风量的调节中引入变频器对风机风速的调节，据所需风量和风压大小通过变频器来调节风机的转速在节能和提高风机效率方面具有无与伦比的优点，还能实现风机的软启动和保护等要求。 2.1矿井主扇风机 2.1.1矿井主扇风机概述
矿井通风机按结构来分，有离心通风机和轴流通风机，目前矿上使用最多的是轴流通风机。轴流通风机是气体沿轴向进入旋转叶片通道，由叶片与气体的相互作用，使气体被压缩并沿轴向排出的通风机。在两级的轴流通风机中，有一种性能比较好的轴流通风机—对旋式轴流通风机，它的一个叶轮装在另一个叶轮的后面，同时两个叶轮的旋转方向彼此相反。它具有结构尺寸短，效率高，反风性能好的特点。目前矿井中主扇风机大部分采用对旋式轴流风机。
本论文中采用某实验风机，其技术参数如下表2.1所示：
表2.1 技术参数 风机基本性能参数 转速（r/min） 2900 型号 Y112M2 1.风量
单位时间内通风机吸入的气体的体积称为通风机的风量，以Q表示，单位为m/
风量（/h） 全压（Pa） 1200-2400 配用电机基本参数 转速（r/min） 2900 功率（Kw） 4×2 额定电压（V） 额定电流（A） 380 8.5 效率（%） 85.5 直径（mm） 400 5400-9000 2.1.2风机主要技术指标
2.风压
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在通风中所称的风压是指单位体积的空气所具有的能量，按其类型可分为静压、动压和全压，其单位为Pa。
1)静压
通风网络中单位体积流体所具有的压力能量，即为气体的静压力，以
表
示，在实际的通风网路中，通风截面一般不是很大，可以忽略同一截面上任意两地之间气体的位能之差，因此在缓变流条件下，同一过流截面上个点的静压值可以认为相等。
2)全压
气流中某一点的滞止压力，亦是该点静压和动压的代数和，以=3功率
通风机的功率分为轴功率和有效功率。轴功率是指原动机传递给通风机轴上的功率，有功功率是指风机在单位时间内对气体做的有用功，通风机的全压有效功率用下式计算:
=
表示：
——通风机全压有效功率，kW； ——通风机的全压，Pa； ——通风机的风量，m/
。
若通风机的风压用静压表示，则通风机静压有效功率可用下式计算: =式中:
——通风机静压有效功率，kW。 4效率
效率是全压有效功率或静压有效功率与轴功率的比值，前者称为全压效率，后者称为静压效率，计算公式如下：
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式中
,——通风机的全压效率和静压效率； N——通风机的轴功率，kW。 5转速
转速是指通风机在单位时间内的实际转数，以n表示，单位为r/min。 2.2 PLC概述
国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是：可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，是用来取代电机控制的顺序继电器电路的一种器件，专为在工业环境下应用而设计。它采用一种可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出来控制各种类型的机械或生产过程。
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