畢業(yè)設計論文基于plc的礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)的設計-資料下載頁

【導讀】究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。與我一同工作的同事對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了。明確的說明并表示謝意。本人如違反上述聲明，愿意承擔由此引發(fā)的一切責任和后果。授權其保存、借閱或上網公布本學位論文的全部或部分內容。保密的有關規(guī)定和程序處理。2．論文篇幅一般為8000字以上，最多不超過15000字。和“論文樣板”執(zhí)行。寫畢業(yè)設計報告；

　　

【正文】 I/O 接線圖 變頻器 異步電動機是電力、化工等生產企業(yè)最主要的動力設備。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥 門的開度來調節(jié)，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗 。 近年來 ， 隨著變頻器生產技術的成熟以及變頻器應用范圍的日益廣泛 ， 使用變頻器對電動機電源進行技術改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。 n=60f(1－ s)/p (1) 式中 n——— 異步電動機的轉速； 22 f——— 異步電動機的頻率； s——— 電動機轉差率； p——— 電動機極對數(shù)。 由式 (1)可知，轉速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉速，當頻率 f 在 0～50Hz 的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻調速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調節(jié)的。 變頻器主要采用交 — 直 — 交方式 ， 先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源 ， 然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 變 頻器的選型和容量的確定 本系統(tǒng)選用的是西門子全新一代標準變頻器 MicroMaster440 功能強大 ， 應用廣泛。它采用高性能的矢量控制技術 ， 提供低速高轉矩輸出和良好的動態(tài)特性 ， 同時具備超強的過載能力 ， 以滿足廣泛的應用場合。 在電機的容量確定并選定其型號后 ， 接下來就要確定變頻器的容量 。 確定變頻器容量的主要依據是輸出電流，其原則為：變頻器的輸出額定電流應大于或等于電機的額定電流。但在連續(xù)的變動負載或斷續(xù)負載中，因電動機允許有短時間的過載，而且這種過載的時間經常超過變頻器一般允許的一分鐘。故應考慮選擇變頻器的額定電 流大于或等于電動機運行過程中的最大電流 [9]。 電動機的型號確定后，其額定電流可以從制造商提供的樣本中查到?；蛘?，也可從電機的輸出功率由下式計算 ??cos3UIP ? (2) 式中 ， P 為額定輸出功率（ KW）； U 為額定電壓（ KV）； I 為額定電流（ A）； η為電機效率； ?cos 為功率因數(shù)。 S7200PLC 作為核心控制部件，它有 總線訪問權，可以讀取或改寫變頻器的狀態(tài) ， 控制軟起動器的運行狀態(tài) ， 從而達到控制和監(jiān)視設備運行狀態(tài)的目的。系統(tǒng)采用總線式拓撲結構 ， 兩臺變頻器采用總線接插件連入總線。 S7200 選用 S7222CPU，軟件采用通信口功能，即 RS485 通信口。由用戶程序實現(xiàn) USS 協(xié)議與兩臺 MM430 變頻器通信。在硬件連接完畢后 ， 需要對兩臺 MM430 變頻器的通信參數(shù)進行設置，如表 所示。 23 表 變頻器參數(shù)的設定 參數(shù)號 參數(shù)值 說明 Fr 13 固定頻率 1 P01 10 第一加速時間 設定 P02 10 第一 減 速時間 設定 P03 FF 頻率范圍 (v/f 方式 ) P05 20 DC提升水平 P08 1 變頻器起停正反轉控制方式 P15 200 電動機運行最大頻率 P16 50 電動機運行基本頻率 P18 2 多段速率加速連動運行 P32 170 固定頻率 2 P33 10 固定頻率 3 P34 23 固定頻率 4 P35 130 固定頻率 5 P39 5 第 二 加速時間設定 P40 5 第二減速時間設定 離心風機 我國礦井使用的離心式通風機主要就是 G4 —73 系列離心式通風機， G4 —73 系列離心式通風機最初是為鍋爐通風 (引風 ) 設計的，后來被引用到礦井通風中并擁有一定的市場占有量。該系列離心式通風機的特點是特性曲線較平緩、無駝峰、運行噪聲較小、效率高。啟動時關閉調節(jié)門 (也叫前導器 )，具 24 有啟動功率較小，啟動容易的特點。運行時調節(jié)門可在 0176?！?70176。范圍內調節(jié)，用以改變運行工況，還可通過配置不同轉速的電動機來改變其運行工況 ,適應性較好。 G4 —73 系列通風機的特性曲線較平緩，運行噪聲較小，效率高，適用于通風阻力不是太大的中小型礦井。我國地方煤礦的礦井中使用該系列通風機較多，由于機型小，配置電 動機的容量也小 ,可配用 380V 或 660V 電壓的電動機，特別適用于無高壓 (6000V)供電的礦井使用。但對初、后期風壓變化大的礦井，離心通風機的調節(jié)性能差。離心風機的作用：離心風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。 離心風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風和引風；空氣調節(jié)設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送；風洞風源和氣墊船的充氣和推進等。 離心風機的工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體 流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。離心風機可制成右旋和左旋兩種型式。從電動機一側正視，葉輪順時針旋轉，稱為右旋轉風機，逆時針旋轉，稱為左旋。 一般的高壓離心風機，其主要的動力設備是電動機，此外還包括用來控制風機風閥位置的電動或手動執(zhí)行器、風機閥門限位開關等部件。風機動力設備的傳統(tǒng)控制方法是通過手動或繼電器控制，存在可靠性和靈活性較差的問題，比如：由于電機的容量大，就存在啟動時間長、啟動電流大、運行安全可靠性差等問題，為了解決這些問題，需要采取在啟動離心風機時 減少啟動負荷、通過星 — 三角降壓啟動來降低啟動電流、進行安全互鎖控制等措施。離心通風機工作時，動力機 (主要是電動機 )驅動葉輪在蝸形機殼內旋轉，空氣經吸氣口從葉輪中心處吸入。由于葉片對氣體的動力作用，氣體壓力和速度得以提高，并在離心力作用下沿著葉道甩向機殼，從排氣口排出。因氣體在葉輪內的流動主要是在徑向平面內 [1]。 風機的用途：一般用于高壓強制通風，如冶煉、送料、礦井、隧道、地下室、鐵路等，亦可輸送空氣及其它無腐蝕性、不含粘性物質、非易燃、易爆之氣體，介質溫度最高不超過八十度，介質中硬質顆粒物中大于 150mg/m3。 模數(shù)轉換模塊 模數(shù)轉換模塊分為 A/D 轉換模塊和 D/A 轉換模塊。 PLC 模擬量處理功能主要通過模擬量輸入輸出模塊及用戶程序來完成。模擬量輸入模塊接受各種傳感器輸出的標準電壓信號或電流信號，并將其轉換為數(shù)字信號存儲到 PLC 中。 PLC 根據生產實際要求，通過用戶程序對轉換后的信息進行處理并將處理結果通過模擬量輸出模塊轉換為標準電壓或電流信號去驅動執(zhí)行元件。 25 4 通風系統(tǒng)硬件的設計 硬件電 路 本系統(tǒng)的硬件電路如下圖 所示，它由 4 臺電動機，一臺智能型電控柜（包括西門子變頻器、 PLC、交流接觸器、繼電器等），一套壓力傳感器、斷相相序保護裝置以及供電主回路等構成。該系統(tǒng)的核心是 S7200（ CPU224） 和 MICROMASTER 440。 MICROMASTER 440 是泵和風機類專用變頻器，擴展功能強 ． CPU224 集成了 14 點輸入 10 點輸出，共有 24 點數(shù)字量 I/0，其模擬量擴展模塊具有較大的適應性和靈活性，且安裝方便，滿足設計需要 [2]。 該系統(tǒng)有 4 臺電動機，分別拖動 4 臺電動機。合上空氣開關后，當交流接觸器 KM KM3, KMKM7 主觸點閉合時，電動機為工頻運行；當 KM KM KM KM8 主觸點閉合時，電動機為變頻運行。 4個熱繼電器 KR1～ KR4 分別對 4 臺電動機進行保護，避免電動機在運作時可能產生的過熱損壞 [8]。 圖 系統(tǒng)主電路 26 系統(tǒng)控制電路設計 （ 1）系統(tǒng)控制電路 如圖 所示， ～ 為 PLC 輸出軟繼電器觸點，其中 , , , 控制變頻運行電路； 、 、 、 控制工頻運行電路。 SA 為轉換開關，實現(xiàn)手動、自動控制切換。當 SA切在手動位時，通過 SB1～ SB4 按鈕分別起動 4 臺水泵工頻運行 ,SB5～ SB8 按鈕分別停止 4 臺離心風機工頻運行．當 SA 在自動位時，由 PLC 控制水泵進行變頻或工頻狀態(tài)的起動、切換、停止運行，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自由切換和工作狀態(tài)的靈活選擇 [7]。 圖 系統(tǒng)控制電路 （ 2） PLC 及變頻器控制模塊電路 PLC 及變頻器控制模塊是本系統(tǒng)的核心，它包括時間控制電路、故障報警保護電路、斷相相序保護電路。 5 軟件設計 27 圖 系統(tǒng) 控制 總流 程圖 通風系統(tǒng)的主要參數(shù)監(jiān)控 礦井主要通風機裝置性能測試工作是復雜多變的，涉及主要通風機裝置進、出口空氣的溫度和濕度、大氣壓等氣象參數(shù)，風壓參數(shù)、流經主要通風機前后的風量，電氣參數(shù)，還有電動機和主要通風機的轉速及傳動效率等參數(shù)。 空氣密度測定 分別用空盒氣壓計、水銀溫度計、濕度計測量大氣物理條件、大氣壓力、溫度和濕度，然后計算空氣的密度。 在距風壓測試點 20m 內的巷道內，用氣壓計測量絕對靜壓，用干、濕溫度計測量干、濕溫度。每調節(jié)工況一次測量三次，取其算術平均值來計算。 瓦斯?jié)舛瓤刂? 瓦 斯?jié)舛冉o定范圍及依據： 瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為 瓦斯爆炸界限 。瓦斯爆炸界限為 5%～ 16% 。 當瓦斯?jié)舛鹊陀?5%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯?jié)舛葹?%時，其爆炸威力最大 (氧和 瓦 斯 完全反應 )；瓦斯?jié)舛仍?16%以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。 瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入開始 數(shù)據采集子程序 DD0 ? F1F2? 風機輪休控制子程序 是否手動 轉手動控制 風機連鎖停止并報警 兩組風機同時運行 結束 F1F2? Y N Y N N Y Y N 28 等因素的影響。 瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠趾蜏囟瓤刂撇糠窒嗨?。本設計用到的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳛?KGJ16B 型 ， 其性能參數(shù)見硬件設計部分 ， 瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑦B續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘栟D換為 4～ 20 毫安的電流，然后經 A/D轉換模塊 EM235，通過其內部的采樣、濾波，轉換為 PLC 能識別的二進制信號存儲到 VD196 中。在 離心 風機運行過程中若礦井工作面的瓦斯?jié)舛却笥谠O定 的報警瓦斯?jié)舛壬暇€時， 閉合， 也閉合，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報警。以警示工作人員工作面瓦斯涌出量已有安全隱患，做好排放瓦斯的準備。若井巷工作面瓦斯?jié)舛壤^續(xù)增大，當 VD196 的存儲值大于設定的斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時， 閉合， PLC 將發(fā)出切斷電源的指令，將 PLC 所有輸出和內部位復位，并切斷風機電源各井巷工作面的電源，防止有明火引起與其爆炸。同時并發(fā)出報警。抽放瓦斯后，當瓦斯?jié)舛?VD196 的存儲值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時，風機組并不能重新運行工作。只有當瓦斯?jié)?VD196 的存儲值下降到小于瓦斯?jié)舛?報警上線時 ， PLC 才恢復風機組再次啟動并將風機組運行工作。 圖 瓦斯?jié)舛瓤刂瞥绦? 壓力的監(jiān)測 （ 1）風壓給定及依據 在通風中所稱的風壓是指單位體積的空氣所具有的能量，按其類型可分為靜壓、動壓和全壓，其單位為 Pa。礦井自然風壓的計算 但是礦井進、回風井的空氣柱的的容重差（容重差又主要由溫度差造成）以及高差和其它自然因素所形成的壓力差稱為自然風壓 .它對礦井主扇的工況點會產生一定的影響，因此設計中應考慮自然風壓對主扇的影響。其計算公式為： hn＝ z1r1 z2r2 式中： hn—— 自然風壓，單位 Pa， Z1—— 礦井最高點至最低水平間的距離， Z2—— 出風階段的垂高， 29 r1 r2—— 表示進、回風流的平均重率， N/m3 主扇靜風壓計算： 容易時期：東翼通風容易時期主扇靜風壓； 西翼通風容易時期主扇靜風壓； 困難時期：東翼通風困難時期主扇靜風壓； 西翼通風困難時期主扇靜風壓； （ 2）風壓測定及控制 為求得主要通風機裝置的靜壓，應測出主要通風機進風端空氣的相對靜壓，其測定位置應 布置在工況調節(jié)裝置與主要通風機進風口之間直線段上，盡量選擇在接近主要通風機進風口而又風流穩(wěn)定處。通常軸流式主要通風機可在距離進風口一倍葉輪直徑處測量。對單吸風口的離心式風機則應布置在控制閘門后兩倍