出的标准电压信号或电流信号，并将其转换为数字信号存储到PLC中。通过用户程序对转换后的信息进行处理并将处理结果通过模拟量输出模块转换为PLC能识别的数字信号。本系统设计有6路模拟量输入和1路模拟量输出组成：6路模拟量输入包括4路温度传感器输入和1路瓦斯传感器输入及1路压力传感器输入；1路模拟量输出是与变频器的连接的压力输出。
图4 PLC输入/输出接线图
本设计选用一块EM231热电偶模拟量输入模块，来完成4路温度传感器的模数字量转换功能；一块EM235模拟量输入输出模块，该模块完成瓦斯传感器和压力传感器的模数转换和1路变频器的数模转换功能。扩展模块接线规则：
1 模拟量输入接线方法（如EM231温度测量输入扩展模块）
输入接线分为4组，每组占用3个连接端，分别为RN，N+，N-（N分别为A，B，C，D四区），可以连接模拟电压与电流的输入。
（1）模拟电压接线：N+，N-用于连接电压模拟量的“+“”-“端，输入电压可以是0—10V单极性或-5—+5V，-2.5—+2.5V的双极性信号，RN端不连接。
（2）模拟电流接线：RN需与N+并联，连接传感器的电流输入端；N-用于连接电流输入的“-“端，输入电流为0—20MA的直流电流。注意：为了防止干扰输入，对于为使用的输入端，需要将N+，N-短接，模块需要外部DC24直流电源，直流电源从L+，M端输入。扩展输入模块接线如图5所示。
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2 模拟量输出接线方法：（以EM235输入/输出混合扩展模块为例） 输出连接分2组，每组占用3个连接端，分别V0/I0/M0与V1/I1/M1，可以连接模拟电压与电流输出。
图5 EM231扩展模块接线
(1) 输出为模拟电压时：V0/M0（V1/M1）用于连接电压模拟量输出的“+”“-”端，输出电压范围为-10V-+10V，I0（I1）不连接。
(2) 输出为模拟电流时：I0/M0（I1/M1）用于连接电流模拟量输出的“+”“-”端，输出电流为0-20MA的直流电流V0（V1）不连接。注意：模块需要外部提供DC24V直流电源，从L+，M端输入。EM235扩展模块接线如图6所示。
图6 EM235扩展模块接线
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3.2 传感器部分
该控制系统中存在大量的模拟量信号，这些信号的输入都要通过传感器进行模拟量采集，将采集的模拟量信号送入PLC输入模块进行模数转换，将连续的变化量（大部分为4－20mA的电流信号，0－5V或0－10V的电压信号）转换离散的数字量，存储到PLC内存里；输出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。
本系统模拟量传感器选用有KGJ16B型瓦斯传感器用于检测煤矿井下空气中的瓦斯含量，HM23Y矿井专用型压力变送器用于检测矿井的井巷气压，Pt100铂 热电阻作为测量温度用的传感器用于检测风机组轴承和定子温度。要想正确的使用它们，首先了解各个传感器的性能指标。
KGJ16B型瓦斯浓度传感器用于检测矿井下空气中的瓦斯含量，具有多种标准信号制式输出，联检后能与煤矿安全检测系统，风电瓦斯闭锁装臵及瓦斯断电仪器配套使用。该传感器是一种智能型检测仪表，具有稳定可靠，使用方面等特点。性能指标如表2所示：
表2 KGJ16B型瓦斯浓度传感器性能指标
防爆型式 测量范围 报警方式 矿用隔爆兼本质安全型 0～4%CH 工作电压 工作电流 DC 9～24 V DC18V不大于65 mA 红色灯光闪烁蜂鸣器断续鸣叫，响度大于80dB HM23Y型压力变送器采用欧洲先进的溅射薄膜压力传感器作为敏感元件，和电子线路做成一体化结构该型号压力变送器为全不锈钢圆柱型结构，使用方便。特别适用于井田测井、制药、纺织等粘稠宜堵、强振动的工业现场。并在国内矿井得到很好的应用效果。该压力变送器有高温、高压、高精度、高稳定性、抗振动、冲击、耐腐蚀全不锈钢结构、体积小、重量轻直接过程安装等特点。 性能指标如表3所示：
表3 HM23Y型压力变送器性能指标
测量范围 供电 输出 4～20 mA 0～0.5MPa～220Mpa 12～36V DC（一般为24V） 1～5 V Pt100铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，能够准确的测出轴承或定子的温度并将它们传给PLC模数转换电路。当被测介质中存在温度梯度时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。这样型号传感器特点：耐振动、可靠性高，同时具有精确灵敏、稳定性好、产品寿命长和安装方便等优点[4]。性能指标表4所示：
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表4 Pt100铂电阻温度传感器性能指标
型号 测温范围 热响应时间 用途 WZPM-201 -60℃～175℃ 6秒 轴承测温 3.3 变频器部分
本系统选用的是西门子全新一代标准变频器MicroMaster440功能强大，应用广泛。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。 3.3.1 变频器的基本构成
变频器分为交-交和交-直-交两种形式。变频器的基本构成如图7所示，由主电路(包括整流器、平滑回路、逆变器)和控制电路组成，分述如下：
异步电动机 E 整流器 平滑电路 逆变器 M 电压/电流频率 控 制 回 路 电源 图7 变频器的基本构成
（1）整流器：电网侧的变流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相)交流电整流成直流电。
（2）逆变器：负载侧的变流器II为逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。
（3）平滑回路：由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1。因此，在平滑回路和电动机之间总台有无功功率的交换。这种无功能量要靠平滑回路的储能元件(电容器或电抗器)来缓冲。
（4）控制电路：控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。
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3.3.2 变频器选型
变频器的选用应满足以下规则，变频器的容量应大于负载所需的输出；变频器的容量不低于电机的容量；变频器的电流大于电机的电流。由于本设计以风机组2×30kW为例，因此可选用37kW，额定电流75A的变频器。考虑到改进设计方 案的可行性，调速系统的稳定性及性价比.本系统选用的是西门子MM440，2×37kw，额定电流为75A的通用变频器[5]。该变频器采用高性能矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，可以控制电机从静止到平滑起动期间提供3S，有200％ 的过载能力。 3.3.3 变频器与PLC的外部连接
本次设计采用西门子与37k电机配套的制动电阻的阻值和对转速调整的要求，系统用模拟量输入作为附加给定，与固定频率设定相叠加以满足不同要求。PLC与变频器的外部连接如图8所示。
图8 PLC与变频器通信电路图
3.4 通风机组部分
本系统选用KXJT型矿用通风机，主要适用于煤矿井下局部通风机正常通风及排放瓦斯两种生产过程全自动化控制。由变频调速器、自动控制系统组成。外接瓦斯浓度传感器、断电仪和通风机，实现了按设定瓦斯浓度值，自动调节通风机转速，达到按需定量通风的目的。同时实现在瓦斯积聚后，安全、有效、快速地排放瓦斯，防止“一风吹”，实现了对瓦斯浓度最大效率的安全排放。为煤矿的安全生产需要提供一种一机多用、高效节能的自动化控制装备。 3.41 KXJT型矿用通风机结构
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