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1、封面作者： 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 班指导老师： 黄俊梅同学姓名： 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 掌握的变频调速系统的设计和争论，不仅可以大大提高煤矿生产的机械化、自动化水平，仍能节约大量的电能，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剂掌握两部分；本文以一台矿用对旋轴流风机为掌握对象，结合PLC
2、掌握技术、变频调速技术和组态监控技术，对矿井通风机进行了 PLC 掌握的状态监测和变频调速的设计和争论；监控系统采纳上位机加下位机的设计模式；下位机采纳牢靠性高的可编程规律掌握器，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、生产数据的储备和报表输出、为操作员供应良好的操作界面，完成了风机房的无人值守自动化监控和治理的设计和改造；在变风量系统中，主要比较了风门调剂与变频调剂，显示出了变频调剂
3、系统不仅能使风机工作在高效区，并且其节能成效要优于其它调剂方法，具有很重要的应用前景；风机调剂掌握由PLC+变频器掌握电机转速实现风量掌握；同时本文仍争论了风量调剂的算法；关键词 ：PLC 掌握；变频调速技术；矿井通风机；组态王软件；目录1 绪论 21.1 选题的背景和意义 21.2 风机监控系统国内外争论状况21.3 矿井主通风机在线监测监控的展望31.4 本论文的主要工作和支配 42 系统构成及各部分功能42.1 矿井主扇风机 52.1.1 矿井主扇风机概述 52.1.2 风机主要技术指标 52.1.3 风机的特性曲线 62.1.4 风量的调剂方法 72.2 可编程掌握器的应用 82.2.
4、1 PLC 概述 82.2.2 PLC 的基本构成 82.2.3 PLC 的工作原理 92.3 风机参数的检测 92.3.1 风压、风量参数的检测 102.3.2 振动参数的检测 102.3.3 电气参数的检测 112.3.4 电机轴承和定子温度检测 122.3.5 开关量检测 132.4 变频调速 132.4.1 变频调速技术在矿井通风机上的应用概述132.4.2 变频调速的基本原理 142.4.3 风机变频调速节能分析 142.4.4 变频器的结构 152.4.5 PLC 掌握变频器的方式 163 通信网络的实现 173.1 风机自动化监控系统的整体结构173.2 基于现场总线和工业以太网
5、的掌握系统173.2.1 现场总线掌握系统和以太网技术173.2.2 现场总线与以太网的互连 183.2.3 网络的详细实现方法 184 系统的硬件设计 184.1 系统硬件连接 194.2 主电路 194.3 掌握电路的设计 194.4 器件的选型 21 4.4.1PLC 的选型 214.4.2变频器的选型 214.5 变频器与 PLC的连接 224.6 风量的掌握算法 224.6.1 变频器输入值运算 224.6.2 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245.1 PLC 软件设计 245.1.2 子程序 0 和 1 程序流程 255.1.3 子程序 2 和 3
6、 程序流程 255.1.4 子程序 4 程序流程 255.1.5 中断子程序 265.2 组态软件设计 265.2.1 KINGVIEW 6.52操作界面 265.2.2 煤矿主通风机在线监测系统主界面265.2.3 PLC 掌握变频器调速系统主界面 27结论 27致谢 28参考文献 28附录 291 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奇空气、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，显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
7、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 中准时把握主通风机的运行参数和状态，这也是主通风机掌握系统的进展方向；据统计，煤矿事故70%以上是由于通风设备故障、通风治理不善等所造成；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需提出了更高的要求；利用设备在线监测监控等相关技术，实时调剂风机运行状态，及早发觉故障隐患非常必要；高压变频技术、智能掌握技术、传感器技术、现场总线技术以及工业以太网技术的快速进展，为满意煤矿生产的上述要求供应了可能；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争论状况国外很早就对风机进行
8、了争论；至90 岁月，一般的风机均配有在线监控系统，集爱护、检测、掌握于一体，不但能实现风量的自动调剂，主要能进行故 障诊断，猜测使用寿命，预报修理极限，胜利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 开头采纳在运行中可以转变叶片角度的液压式动叶可调风机，节能成效好；德 国以 TLT 公司为代表，采纳液压式动叶调剂的轴流通风机，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；风量调剂方法都比较落后， 需要在停机的情形下进行手动调剂或者是隔一段时间才能调剂一次；其一这种 人工操作方法只能做到阶段性调剂而不能做到准时连续自动调
9、剂，而且实时性 差，风量掌握不精确，自动化程度不高；另外，我国煤矿主通风机一般都在远 离煤矿治理部门的井田边缘，通风设备的治理由于风量参数不能实现在线监测 而成为煤矿自动化治理的薄弱环节；目前大部分厂家只对设备进行简洁的点测，或是对风机进行简易的诊断；近几年来，间续有几家大中型企业开头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，间续有几家大中型企业开头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、运算机和自动掌握与检测技术的全分布式运算机监控系统，它具有显示、打印、报警、状态识 别、趋势分析、现场动平稳等功能，在
10、实际应用中取得了很好的成效；但与国外仍是存在着肯定的距离；1.3 矿井主通风机在线监测监控的展望随着科学技术的进展 ,科技人员的不断努力，矿井主通风机在线监测监控取得了肯定的成果 ,但也明显存在一些不足矿井主通风机在线监测监控主要仍处在监测水平，其掌握功能很弱，对主通风机的掌握和故障诊断基本上仍处在争论 阶段，矿井主通风机在线监测监控的牢靠性有待进一步提高，矿井主通风机在 线监测监控是一个较独立的系统 ,未与整个矿井通风系统、整个煤矿治理系统取得和谐的联系；针对以上不足，为了进一步提高煤矿自动化治理水平,提高生产的安全程度，降低工人劳动强度，矿并主通风机在线监测监控应在如下几个方面进展：(1)
11、 煤矿监测监控系统结构向集散化结构进展新推出的监测监控系统基本上都采纳集散系统结构，一般由现场测控分站 和掌握中心主站组成；分站以脱离主站自动实现就地监测和掌握功能，一般由 中小型可编程掌握器组成；主站一般采纳PC 机，主要负责监测数据的收集、储备、显示、报警、处理、分析、报表打印等；(2) 煤矿安全监测监控系统开放化新推出的集散监测监控系统均采纳开放系统互连的标准模型、通信协议或规程，支持多种互连标准；任何集散测控系统，只要遵循这些规程，就能够与其它系统或运算机系统相连，便利地组成多节点的运算机局域网络，实现系统间的通信和数据共享；(3) 煤矿安全监测监控系统智能化主要是指传感器的智能化，如
12、不断推出的具有自动校正、灵敏度自动补偿、非线性自动补偿等功能的智能传感器；(4) 煤矿安全监测监控系统应用软件进展趋势包括操作系统的实时多任务化，掌握软件的组态化、智能化和图形化，软件系统的开放化、标准化；(5) 煤矿安全监测监控系统向综合化方向进展全矿井综合监控系统是一种可用于环境安全、轨道运输、皮带运输、提升运输、供电系统、排水系统、矿山压力、煤与瓦斯突出、自燃发火、大型机电设备的运行状况等多方面综合监控的系统，既可用于某一单方面的监控，又可实现全面综合监控；(6) 进展专家诊断、专家决策系统软件我国监测监控系统软件目前停留在对被监测量的实时采集、储备、超限报警及断电、以曲线、图形和报表形
13、式输出的水平，实现了对数据的最基本处理，在此基础上，国内正在开发专家系统和矿井安全预警系统；在矿难发生前就能对各种安全隐患进行猜测，使安全隐患毁灭在萌芽状态；1.4 本论文的主要工作和支配本论文以矿井对旋轴流风机为争论对象，以西门子S7-200 可编程规律掌握器作为监控核心，运用温度，压力，振动等传感器和电量采集单元对风机运行状态以及各种电量参数进行检测；同时，利用PLC 和上位机之间的通信实现通风机运行的在线监控；本论文仍争论了利用变频器掌握通风机的变频运行，实现风机的高效节能运行；详细地说，本论文的主要争论内容如下：1 实现信号采集与实时监测，包括风机的运行状态、故障状态、负压、流量、轴承
14、振动、轴承温度、定子温度、电压、电流、功率、效率等；2 掌握系统能实现风机手动和自动变频运行的切换，使风机处于工频或变频运行状态；在变频运行时，该系统能依据压力传感器的模拟量输入，经PLC内部运算，运算出系统满意安全生产所需的风量大小对应的变频器输入电压值，经扩展模块模拟量输出掌握变频器自动调整风机的转速；3 本系统能实现多种报警功能，如风机定子，轴承温度超限，电动机振动反常报警，以及变频器显现故障准时报警，准时处理的功能；4 用工程制图软件绘制系统主电路图和PLC 及扩展模块接线图；5 用 STEP7-Micro/WIN 编程软件编出 PLC 梯形图；6 用 PROFIBUS-DP 现场总线
15、和工业以太网完成对PLC 通信网络的组建；7 模拟风机运行情形，用组态王软件绘制煤矿主通风机在线监测系统主界面和 PLC 掌握变频器调速系统主界面；并生成性能参数实时曲线和历史趋势曲线，监测数据归档、数据报表查询及打印，以及瓦斯浓度、风量、风压等监控量的趋势曲线、超限报警和数据报表功能；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剂两部分；本系统中风机运行状态的监测以工控领域的可编程掌握器PLC和组态软件为核心，以标准掌握柜作为信号采集和掌握输出装置,辅以传感器、中间继电器和其它帮助设备构建整个监控系统；通过的煤矿主通风机的运算机监控治理系统,实现
16、了通风机的运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；风机风量的调剂中引入变频器对风机风速的调剂，据所需风量和风压大小通过变频器来调剂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，仍能实现风机的软启动和爱护等要求；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
17、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纳对旋式轴流风机；风机基本性能参数本论文中采纳某试验风机，其技术参数如下：转速（ r/min ）风量（ /h）全压（ Pa）效率（ %）直径（ mm）29005400-90001200-240085.5400型号转速（ r/min）配用电机基本参数功率（ Kw ）额定电压额定电流（ V）（A）Y112M22900423808.52.1.2 风机主要技术指标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/ 2.风压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
18、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，可以忽视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动压指单位体积的流体所具有的动能，携带该能量的气体微团被滞止后表现的压力，故称为动压，其大小用下式运算：=式中： 气体中某点的动压， Pa； 动压测量处的空气密度， kg/； 气体的流速， m/s 3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，以表示：=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
19、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运算 := 通风机全压有效功率， kW； 通风机的全压， Pa； 通风机的风量， m/；如通风机的风压用静压表示，就通风机静压有效功率可用下式运算:=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，运算公式如下：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 ；3.1.1 风机的特性曲线轴流式风机在设计工况下，基本上能排除气流的径向流淌，但当
20、流量大于设计值时，叶轮下游侧气流将由内向外朝直径较大处偏斜；反之，气流将朝较小处偏转，情形严峻时，会发生二次回流现象；轴流式风机的性能曲线如图1所示；1. QH 曲线大都属于陡降型曲线流量偏小时，气流将部分地发生二次回流现象，回流的液体被叶轮二次加压，是流量较小的情形下，压头上升的缘故；2. QN 曲线在流量为零时最大当流量增大时， H 下降很快，轴功率也有所下降，这样往往使轴流式风机在零流量下启动时的轴功率为最大；因此与离心式风机相比，轴流式风机应当 在管路畅通下开动，尽管如此当启动与停车时，总是会经过最低流量的，所以 轴流式风机所配用电机要有足够的裕量；3. Qn 曲线在最高效率点邻近快速
21、下降流量不在设计工况下的气流情形快速变坏，以至效率下降很快，所以轴流式风机的正确工作范畴较窄，一般都没有调剂阀门来调剂流量；因此，Q H曲线和 QN 曲线都是在流量从小到大增加时先下降，再上升，然后再下降， 有两个拐点，正常工作工况点应选在QH 曲线的二次下降段，也就是驼峰点的右侧，它可近似用三次方程来拟合，但在整个趋势中它和Q-H 曲线的拟合方法一样，选用有两个拐点的三次方程，能很好的反映风机工作情形的性能；Q n 曲线在整个流量变化过程中是先增大后削减，为此可用二次方程来拟合它的外形；一般工作的工况点选在效率大于60%的曲线段；至此，由 QH 曲线和 Q n 曲线也就打算了轴流式风机的正常
22、工作范畴， 即在 Q H 曲线驼峰点右侧和 Q 门曲线效率大于 60%的公共部分；同样是由于在风量较小的情形下，风机二次回流现象的影响，使得到某一流量时，在风机转速的增大和减小的回复，这也就是风机喘振点，在风机性能测试过程中，一般由此点开头或到此点终止，所以大多数的风机性能曲线的流量不是从零开 始；3.1.2 风量的调剂方法图 1 轴流式风机的性能曲线通风机的调剂是为了转变通风机的流量，以满意实际工作的需要，故通风机的调剂又称流量调剂；反映在通风机性能曲线图上就是转变风机工况点，流量调剂主要有两个目的：第一，满意矿井用风量的要求，其次，提高风机的运行效率；主要的调剂方法或转变风机运行工况有两大
23、类：转变管网性能曲线和转变通风机性能曲线；转变管网曲线主要是在通风机的管路上设置节流阀或风门来调剂流量，风 门调剂是利用风门来增大风道阻力，以较少风量，这种调剂最不经济，人为的 增加网络的阻力也就是增大了每立方M 空气所消耗的电能；当然这比不进行调节而供应过多的风量仍是有利的（对功率曲线在调剂范畴内随风量增加而上升的风机而言）；转变风机性能曲线是通过转变风机自身运行曲线，主要有定速和变速两类；定速调剂包括入口导叶调剂及动叶调剂；变速调剂是管路特性曲线不变时，用变转速来转变风机的性能曲线，从而转变风机的工况点；变速调剂大大削减附加的节流缺失，在很大变工况范畴内保持较高的效率，与传统的节流调剂相比
24、，不产生其他调剂方式附加缺失，降低了功率消耗，节约了电 能，具有良好的经济效益；由于高压变频器进展，煤矿主通风机变频调剂系统由于在节能和提高风机效率方面具有无与伦比的优点，仍能实现风机的软启动和爱护等要求，已开头应用在风机监控系统当中；本文所争论的风机监控系统当中，风机风量调剂选用变频调剂；2.2 可编程掌握器的应用2.2.1 PLC概述国际电工委员会 IEC 对 PLC 的定义是：可编程规律掌握器是一种数字运算操作的电子系统，是用来取代电机掌握的次序继电器电路的一种器件，专为在 工业环境下应用而设计；它采纳一种可编程的储备器，用于其内部储备程序， 执行规律运算，次序掌握，定时，计数和算术操作
25、等面对用户的指令，并通过 数字式或模拟式输入输出来掌握各种类型的机械或生产过程；2.2.2 PLC的基本构成(l) 中心处理单元 CPU图 2 PLC 的一般构成中心处理单元 CPU一般由掌握器，运算器和寄存器组成，它是PLC 的核心部分；它的主要任务有 :掌握接收和储备编程设备输入的用户程序和数据；诊断 PLC 内部电路的工作故障和编程中的错误；扫描I/O 接收的现场状态，并依据用户程序对信息进行处理，然后刷新输出接口，对执行部件进行掌握；(2) 储备器储备器是 PLC 存放程序和数据的地方，它包括系统程序储备器和用户程序 储备器；系统储备器用来存放PLC 生产厂家编写的系统程序，并固化在P
26、ROM 或 EPROM 储备器中，用户不行拜访和修改；用户程序储备器主要包括用户程序储备区和数据储备区二个部分；用户程序储备区用于储备用户编写的掌握程序，数据储备区用于存放用户程序中使用器件的ON/OFF 状态和各种数值数据等；(3) I/O 接口输入，输出接口电路是 PLC 与现场 I/O 设备相连接的部件，它的作用是将输入信号转换位 PLC 能够接收和处理的信号，将CPU 送来的弱电信号转换为外部设备所需的强电信号；(4) 电源单元电源单元是PLC 的电源供应部分；它的作用是把外部供应的电源转换成CPU、储备器等电路工作所需要的直流电，及向外部器件供应24V 直流电源；(5) 外设接口与扩
27、展接口PLC 可以通过外设接口与监视器、打印机、 PLC 或运算机相连；扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使 PLC 的配置更加敏捷，以满意不同掌握系统的需要；2.2.3 PLC的工作原理PLC 采纳一种不同于一般微型运算机的运行方式即循环扫描技术，循环扫描技术是指当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段输入采样，用户程序执行和输出刷新；完成上述三个阶段称作一个扫描周期，在整个运行 期间， PLC 的 CPU 以肯定的扫描速度重复执行上述三个阶段，各个阶段的功能如下：(l) 输入采样阶段： PLC 将扫描的输入端子的状态存入映像寄存器，然后进入程序执行阶段，在此阶段和
28、输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，其 内容保持不变，始终到下一个扫描周期的输入采样阶段；(2) 程序执行阶段： PLC 依据读入的输入映像寄存器中的信号状态，按肯定的扫描原就执行用户编写的程序，然后把执行结果存入元件映像寄存器中；(3) 输出刷新阶段：当全部的程序指令执行完后，元件映像寄存器中全部输出继电器的状态在输出刷新阶段被转存到输出锁存器中，然后一次性的由输出端子输出，驱动外部负载；2.3 风机参数的检测本系统现场使用的传感器较多，如压力、温度、振动及转速等；为削减传输误差，提高检测精度，均选用带变送器、性能牢靠、寿命长、输出标准电流信号 420 mA 的传感器，直接采集现场信号，
29、并配以二线制RVVP 电缆单独传送，以进一步提高整套系统的牢靠性；其结构如图3 所示：图 3传感器与 PLC扩展模块的连接2.3.1 风压、风量参数的检测1.风压这里主要测静压 一般都是实行钻孔取压法，测点挑选在风机的入口，将取得的压力信号通过压力传感 变送器转换成电信号；压力传感器的选型需考虑矿井通风机最大风压及测量精度的要求；本设计中选用 CYBZI 系列中量程为 0-3KPa 的压力传感器； CYBZI 系列微差压变送器采纳进口高精度、高稳固性微压力敏芯片，经严格精密的温度补偿，线性补偿，信号放大， V/I 转换，逆极性爱护，压力过载限流等信号处理，将很微小的差压信号牢靠的转换成工业标准
30、的4-20mA 电流或 010V 电压信号输出，可测小于 100Pa的压力其主要技术指标：测量范畴0-3Kpa零点漂移0.025%FS4h测量介质非腐蚀性气体零点温度漂移0.006%/CFS输出信号标准量程的 1.5 倍非线性0.0378%FS输出信号4-20mA迟滞0.0500%FS供电24VDC重复性0.0320%FS精度0.3%温度范畴-20-+852 风量风量参数是利用风机入口静压差及入口温度运算得来的；运算公式：式中为 CP201 测量到静压，为入口压力 CP202表压的肯定值 正值，为入口温度，系数 k 因风机参数的不同而异；风量监测采纳KGF-2 型矿用智能风量传感器；3.负压对
31、于负压参数的采集主要用于与设定的负压值进行比较，调整风机的运行频率,使风机运行在指定的工况点，实现通风机的闭环掌握；2.3.2 振动参数的检测风机轴承的振动监测与故障诊断功能及原理：通过速度传感器测量轴承的振动峰值、均方根值或均值，将这些测量值与事先标定出的答应门槛值作比 较，指示出轴承运行情形的正常与否；详细测试方法为：通过安装在轴承部位的速度传感器拾取振动烈度信号，经过振动变送器送到PLC 中，以便实时监控电动机的运行情形；通过风机振动位移和振动周期可以反映风机潜在的故障，防止风机停机等严峻故障发生；常用的振动测量传感器有电涡流式传感器、速度式传感器、加速度式传感器；依据所需测量的参数要求
32、，一般在选用时应考虑以下因素：如需测量振动位移值就应选用电涡流式传感器；如需测量振动速度或烈度值就应选用速度式传感器； 如需测量振动加速度值就应选用加速度式传感器；经过比较之后，本系统挑选南京东大测振仪器厂生产的MT3T 型电磁式速度传感器；其技术指标如下：测量范畴： 151000Hz灵敏度： 30mv/mm/s精度：线性误差： 0.5%测量方向：水平或垂直 电源： 12V DC ，20mA容许加速度：沿工作方向： 10g 连续横向： 30g 短时此外，在检测机械振动参数时，仍需要有变送器和检测外表将测量的振动参数转换成 4-20mA 的直流电流信号或 0-5V 的电压信号，以便于传送给 PL
33、C 的模拟量模块；本系统考虑到现场安装的需要，以及增强报警和显示等功能，又挑选了南京东大测振仪器厂生产的与MT-3 系列磁电式振动速度传感器配套使用的 30ZXP-J210 型振动速度监控装置；该监控仪主要用于对转速6006000 转/分旋转机械的振动烈度进行长期监测当振动值超限时，本仪器可外接声光报警器以提示现场操作人员实行防范措施；其详细参数如下：1量程： 010mm/s，020mm/s，050mm/s均方根值 2频率范畴： 10 1000Hz(3) 信号输入： MT-3 系列磁电式振动速度传感器的信号(4) 灵敏度： 30mV/mm/s 3%(5) 外表显示显示方式：高辨论率LCD 显示
34、，精确度 1 6信号输出：电流输出4 20mA，输出负载 500 7精确度： 0.5%(8) 报警输出：警告、危急两极报警；(9) 继电器节点容量： DC30V/1A ，AC125V/0.3A 10使用电源： AC220V/50HZ10%20W2.3.3 电气参数的检测电气参数指配套电机的负载和空载的电流、电压、励磁电流和电压、功率、功率因数等；电量参数监测采纳EDA9033 电量参数监测模块；该模块采纳电磁隔离和光电隔离技术，电压输入、电流输入及输出三方完全隔离；在该系统中， PLC 通过 CP341 模块与 EDA9033 通过 MODBUS-RTU 协议进行通信， 所以电气参数通过由安装
35、在各开关柜内的智能外表单元与 PLC 以通讯的方式得到；2.3.4 电机轴承和定子温度检测温度传感器选用 Pt100 铂电阻传感器；该传感器利用金属铂在温度变化时自身阻值也随之转变的特性来测量温度，能够精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畴内介质层中的平均温度；这中温度传感器的特点：耐振动，牢靠性高，同时具有精确的灵敏性，稳固性好等；其性能指标如下：连续监测风机工作时的轴承温度和电机的轴承温度，也是风机工况监测的 一项重要任务；温度参数检测时，主要由温度检测元件和变送器、电压调理电 路构成的检测电路与 PLC
36、进行通信，将温度参数上传至工控机；常用的温度检测传感器有热电阻式热电传感器、热电偶式传感器和热敏电阻传感器等；热敏电阻传感器虽然价格低廉，但由于它们的阻值对温度的变化是非线性的，故热敏电阻通常所用的温度范畴较狭窄；热电偶式传感器在中温或高温外露条件使用时的稳固性不如热电阻式传感器；对于掌握条件下校验热电偶性能，其可移动性或测试行较差；热电偶外露线必需使用沟环才能与热电偶仪器或掌握设备相连；当四周温度变化时，所使用的仪器导线 镀铜 将会带来测量误差；因此，结合本系统的监测要求，挑选热电阻式热电传感器检测风机温度；在目前广泛使用的热电阻中，铂电阻的化学稳固性好，耐温高，易提纯，因而通常采纳铂电阻作
37、为一般温度计量仪器的温标基准；依据不同测点对温度测量范畴的要求，本系统挑选日本林电的 PT100 铂电阻，详细型号挑选如下：测点型号测量范畴风机主轴承温度STT-S-AI-T0150电机轴承温度STT-S-AI-T3-50200电机三相绕组温度STT-S-AI-T3-50200另外，在检测温度参数时，仍需要有变送器将测量的温度参数转换成4-20mA 的电流信号或 0-5V 的电压信号，以便于传送给 PLC 的模拟量模块；本系统考虑到现场安装的需要，挑选性能 /价格比较高的日本林电的STWB 系列温度变送器模块，其技术参数如下：输入信号： Pt100、Pt1000、Cu50、K 、E、S供电电压
38、： 24V负载电阻： 0500 输出信号： DC420mA 电压误差： 0.005%V精度： 0.1%， 0.2%， 0.5%工作环境：温度： -20 80；湿度： 95%RH2.3.5 开关量检测监控系统的输入开关量主要包括一些开关、继电器的动作信号，如：泵站电机运行、主电机正反向合闸反馈、制动器限位开关、风门的打开和关闭、风门过力矩、叶片执行器自动以及测振器报警等；监控系统的输出开关量主要包括：泵站电机掌握、风门打开和关闭掌握、主电机正反向合闸、主电机正反向分闸、主电机正反向跳闸、制动器掌握以及声光报警等；在 PLC 掌握系统中，输入输出开关量可通过开关量输入输出模块与 PLC 连接，由于
39、本系统涉及的开关量较多，在此不进行争论；2.4 变频调速2.4.1 变频调速技术在矿井通风机上的应用概述近几年来，随着电力电子技术和运算机掌握技术的快速进展，变频器的价格不断下降，其牢靠性和功能性得到了不断提高和完善，使其在水泵、风机、电梯等设备上得到了广泛的应用；通风机在煤矿上的使用占有很大的份量，是煤矿生产中最大的耗电设备，采纳传统的方法调剂风量，风机运行效率低，流失大量电能，因此变频器在矿井通风机上的应用很有必要；一般地来讲，将变频器应用在矿井通风机上，具有以下的功能和优点：l 可以实现风机的无级平滑调速，准时满意矿井生产的风量需求，提高风机的运行效率，节约大量的电能损耗；(2) 限制风
40、机的启动电流，削减启动时的峰值功率损耗，排除电机起动和停止时，对机械和电气元件的冲击，延长其使用寿命；(3) PLC 掌握技术和变频器结合使用，可以使通风系统具有完善的监控功能和高牢靠性，削减通风机的检修和爱护的工作量，节约设备的费用；(4) 变频器自身的爱护功能齐全，有欠电压爱护、过电压爱护、过电流爱护、短路爱护、风机轴承过热爱护等，使风机安全运行的牢靠性得到大大提高；2.4.2 变频调速的基本原理沟通异步电机以其体积小、重量轻、价格低廉、运行性能稳固等优点，在机械的电力传动中应用最为普遍；但是沟通电机不象直流电机那样，可以很便利地进行调速，它的调速问题始终比较困难；经过几十年的争论和进展，
41、显现了很多沟通电机的调速方式，如异步电机的变极调速、定子电压调速、转子串电阻调速、串级调速、变频调速等；目前，使用最广泛，成效最好的仍是变频调速，变频调速技术的快速进展，使沟通电机调速困难的问题得以解决；由电动机的拖动原理，可知沟通异步电机的转速表达式为 :2-1由上式 2-1 、2-2 和2-3 可以看出，假如转变输入到异步电机定子绕组的电源频率，就可以转变异步电动机的同步转速和转子转速n 由电机学学问可知，沟通异步电动机的转速n 总是小于同步转速 ，而且它是随着同步转速的变化而变化的；当电源频率增加时，同步转速增加，沟通异步电机的实际转速n 也增加；反之，当电源频率降低，同步转速降低，沟通
42、异步电机的实际转速n 也降低；这种通过转变电源频率来转变沟通电动机转速的调速方式称为变频调速；在变频调速技术中，使用变频器向电动机供应频率可变的电源，去转变电动机的转速；2.4.3 风机变频调速节能分析阀门调剂与变频调速的节能比较：图 4 为一矿井通风机的压力流量 HQ特性曲线图，其中曲线 a、b 为管网阻力的特性曲线 ，交点 A、B、C 为矿井通风机的工况点；图 4 风机及管网的 HQ 特性曲线图图 4 中曲线 1 为风机开头调剂前的风压一风量H 一 Q特性曲线，曲线 a 为管网风阻特性曲线 管网阻力最小 ；假设风机设计工作在A 点效率最高，输出风量为 100%，对应的轴功率从与风量和风压的
43、乘积面积A 成正比；假如生产要求风量从削减到时，如采纳关小风机管路阀门的方法调剂，相当于增加管网阻力，使管网阻力特性曲线变化到b，系统工况点也由 A 点变到B 点；从图中可以看出，风量虽然减小了，风压反而增加了，代表轴功率的面积 B 比调剂前削减不多；如采纳变频调速掌握局部通风机的运行，随着风机转速的下降，风压风量特性变为曲线系统工况也由 A 点变到 C 点，代表轴功率的面积 C 比采纳前一种方法调剂显著削减，两者之差即是节约的气体功率；当通风机稳固运行时，风机的风量、风压、功率与转速有以下比例关系：=式中：、通风机调剂前后的转速， r/min ；、通风机转速调剂前后的风压， Pa；、通风机转
44、速调剂前后的功率， W；由以上的比例关系，可以看出风机的风量与转速成正比，风压与转速的平 方成正比，功率与转速的三次方成正比；假如通风机的转速降低为原先的 50%，就风量也变为原先的50%，功率降低为原先的 12.5%，这说明通过转变通风机的转速的方式，可以转变通风机的功率输入，可以节约大量的电能；依据 上述变频调速的原理，矿井通风机的转速；的转变，可以通过转变通风机输入 电源的频率 f1 来转变，这一过程可以通过变频器来完成；2.4.4 变频器的结构变频器按结构来分，分为交一交变频器和交始终一交变频器两种；交一交变频器可将工频沟通电直接转变成频率和电压均可掌握的沟通电，又称为直接变频器；交始
45、终一交变频器是把工频沟通电经整流器先转换成直流电，然后经滤波环节后，再把直流电转换成频率、电压可掌握的沟通电，又称为间接变频器；目前，使用最多的通用变频器多是交始终一交变频器，它由主电路，包括整流器、中间直流环节、逆变器和掌握电路组成，其基本结构如下图所示(1) 整流器图 5变频器基本结构图整流器即是网侧变流器，它的作用是把三相或单相沟通电整流成直流电；整流电路有可控整流电路和不行控整流电路两种(2) 逆变器逆变器即是负载侧的变流器，它的主要作用在掌握电路的掌握下将直流电转变成频率、电压调剂后的沟通电，输出给外部设备；六个半导体主少干关器件组成的桥式电路是常见的逆变电路，通过掌握电路掌握开关器件的通、断， 可以得到所需频率的沟通电输出；(3) 中间直流环节中间直流环节又称为中间储能环节，这是由于逆变器的