I摘 要煤礦的安全生產(chǎn)中，礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用，它是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而礦井通風(fēng)機(jī)又是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，因此對(duì)其進(jìn)行 PLC 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)將PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，采用以礦井氣壓壓力和瓦斯?jié)舛葹橹骺貐?shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制，使礦井通風(fēng)機(jī)通風(fēng)高效、安全，達(dá)到了明顯的節(jié)能效果。且PLC控制系統(tǒng)具有對(duì)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)有過(guò)熱保護(hù)、故障報(bào)警、機(jī)械故障報(bào)警和瓦斯?jié)舛葦嚯姷裙δ芴攸c(diǎn)，為煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造提供一條新途徑。與常規(guī)繼電器實(shí)施的通風(fēng)系統(tǒng)相比，PLC系統(tǒng)具有故障率低、可靠性高、接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，PLC的控制功能使通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，減輕了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：PLC，變頻器，傳感器，通風(fēng)機(jī)，壓力檢測(cè) ⅡAbstractIn the safe production of coal mine, the mine ventilation system plays a very important role, it is the key link of coal mine safety production. The mine ventilation machine is one of the main equipment in the mine ventilation system, so the for the design and research of PLC control system of frequency control of motor speed, not only can greatly improve the mechanization and automation level of the coal mine production, but also save large amounts of electricity, has high economic benefit.The system PLC and inverter organically are combined with the pressure and the gas pressure in order to mine the concentration of controlling the parameters of the working process and operation of the motor speed control, so mine ventilation fan efficiency, safety, achieved significant energy savings. And the PLC control system on the drive fan motor with overheating protection, fault alarm, mechanical failure alarm and the concentration of power and other features of gas for coal mine ventilation system to provide a new way to energy transformation. Here to enter the need to translate words and general relay in the implementation of the ventilation system, the system has the plc failure rate low and high reliability, the simple, easy and with the advantage of the plc, the control function of the ventilation system of automation is greatly increased, the posts of staff labour intensity.Keywords: PLC, Inverter, Sensors, Ventilation units, Pressure testing1目錄摘要...................................................Ⅰ.Abstract.......................................................Ⅱ第 1 章緒論...................................................... .1 1.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介.....................................11.2 本課程設(shè)計(jì)研究的意義...................................21.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r.........................................2第 2 章系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工理..........................................42.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能..........................................42.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).............................................5第 3 章系統(tǒng)硬件擇................................................63.1 電路設(shè)計(jì)...............................................63.1.1 主電路............................................63.1.2 控制電路...........................................73.2 plc 的類型........................ ..................83.2.1 plc 的概述.........................................83.2.2plc 的基本成........................................93.2.3 plc 的工作原理.....................................93.2.4.4PLC 類型的選用....................................103.2.5 PLC 內(nèi)部分配.......................................113.2.6 CPU 模塊的外部連接.................................123.2.7 擴(kuò)展模塊的外部連接.................................123.3 傳感器概述.............................................133.3.1 瓦斯?jié)舛葌鞲衅?....................................143.3.2 溫度傳感器.........................................143.3.3 空氣壓力傳感器.....................................153.4 變頻器部分................... .........................16第 4 章通風(fēng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)....................................17 4.1 結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)......................................184.1.1 擴(kuò)散器............................................184.1.2 集流器與流線罩....................................194.1.3 葉輪...............................................214.1.4 外殼...............................................224.2 第一級(jí)葉輪的設(shè)計(jì).......................................234.2.1 確定葉輪轂比 及輪轂直徑 ..........................23_dd4.2.2 確定計(jì)算截面.......................................244.2.3 葉片幾何尺寸的計(jì)算.................................254.2.4 鍵的校核............................................274.3 第二級(jí)葉輪的設(shè)計(jì)........................................294.3.1 確定葉輪轂比 及輪轂直徑 ..........................29_dd4.3.2 確定計(jì)算截面.......................................304.3.3 葉片幾何尺寸的計(jì)算.................................324.3.4 葉片的繪制.........................................334.4 電機(jī)的選擇.............................................35第 5 章主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)........................................375.1 溫度控制部分.............................................375.2 瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠?........................ ..... ........405.3 壓力控制部分............................ ...............425.4 機(jī)械故障處理部分........................... ............46致謝......................................................................47參考文獻(xiàn).................................................................481第 1 章 緒論1.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 其通風(fēng)系統(tǒng)的基本主要任務(wù)是： 供給井下足夠的新鮮空氣，滿足人員對(duì)氧氣呼吸的需要，沖淡井下有毒有害粉灰及空氣，保證人員安全生存，調(diào)節(jié)礦井下的空氣環(huán)境創(chuàng)造保證安全的工作環(huán)境。礦井的通風(fēng)系統(tǒng)是影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素。礦井通風(fēng)系統(tǒng)可以分為不同的類型，其劃分標(biāo)準(zhǔn)是不同的因素。如根據(jù)瓦斯的濃度、煤層的自燃還有高溫的因素等。一般礦井通風(fēng)系統(tǒng)的分類：通俗一般型、相對(duì)降溫型、防火型、排放瓦斯型、防火及降溫型、排放瓦斯及降溫型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯與防火及降溫型幾種。礦井內(nèi)部通風(fēng)的方式根據(jù)得到的風(fēng)力的動(dòng)力來(lái)源的不同，分為兩種：自然風(fēng)、機(jī)械輔助通風(fēng)。自然通風(fēng)：這是則是一種利用大自然氣壓的不同而產(chǎn)生的通風(fēng)動(dòng)力，使得空氣在井下巷道流動(dòng)的流通方式叫做自然通風(fēng)。自然通風(fēng)的風(fēng)壓一般都比較小，而且不穩(wěn)定因素很多，所以在《煤礦安全規(guī)程》有規(guī)定：每一處礦井都必須要采用機(jī)械通風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)：這是一種利用安裝主風(fēng)扇用電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)而產(chǎn)生的鼓風(fēng)動(dòng)力，從而致使空氣在井下各個(gè)巷道之間互相流動(dòng)的流通方式叫做機(jī)械通風(fēng)。礦井的通風(fēng)系統(tǒng)一般要求是： 1．每一個(gè)礦井，至少要有兩個(gè)安全出口，并且通到地面。2．進(jìn)風(fēng)井口要有利于防洪，不受粉塵，有害氣體污染。 3．北方礦井、井口需裝供暖裝備。 4．總回風(fēng)巷不得作為主要人行道。 5．工業(yè)廣場(chǎng)不得受扇風(fēng)機(jī)噪音干擾。 6．裝有皮帶機(jī)的井筒不得兼作回風(fēng)井。7．裝有箕斗的井筒不應(yīng)作為主要進(jìn)風(fēng)井。 8.如果一個(gè)礦井可以獨(dú)立痛風(fēng)病，必須獨(dú)立通風(fēng)，堅(jiān)決不能合并通風(fēng)系統(tǒng)。保證系統(tǒng)能夠獨(dú)立地進(jìn)行工作，這樣當(dāng)一個(gè)礦井出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)礦井的通風(fēng)工作不受影響,使生產(chǎn)不受大面積的受阻。21.2本課程設(shè)計(jì)的研究意義煤礦的礦井地下通風(fēng)系統(tǒng)是否正常工作和礦井內(nèi)的工作環(huán)境條件，生產(chǎn)效率，安全生產(chǎn)息息相關(guān)。隨著國(guó)家對(duì)各行業(yè)的安全生產(chǎn)監(jiān)管不斷擴(kuò)大，特別是對(duì)煤礦的生產(chǎn)安全越來(lái)越嚴(yán)，煤礦的礦井通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，可靠性和節(jié)能性勢(shì)在必行。 國(guó)內(nèi)煤礦重大瓦斯事故造成的井下人員出現(xiàn)大量的傷亡大多數(shù)都是通風(fēng)系統(tǒng)抵抗災(zāi)難能力不強(qiáng)，使正常生產(chǎn)時(shí)，分區(qū)通風(fēng)在瓦斯爆炸條件下受到破壞，爆炸氣體進(jìn)入了爆源以外的地方從而導(dǎo)致其他通風(fēng)分區(qū)或者全礦井下的人員中毒身亡。 因此以各采掘工作面為核心的分區(qū)通風(fēng)成為了煤礦通風(fēng)的基本規(guī)定和實(shí)踐。在礦井災(zāi)變條件下維持正常分區(qū)通風(fēng)的能力是評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)系統(tǒng)抗災(zāi)能力的基本考慮因素。除巷道布置這一重要但難以調(diào)整的因素之外分區(qū)通風(fēng)及風(fēng)量分配調(diào)節(jié)主要依靠于風(fēng)門、風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施的應(yīng)用其類型、數(shù)量、分布上的合理性是影響通風(fēng)系統(tǒng)合理性的基本因素扇風(fēng)機(jī)及通風(fēng)構(gòu)筑物受礦井生產(chǎn)活動(dòng)及災(zāi)變影響而失去原定功能時(shí)礦井通風(fēng)維持在合理水平上的能力則是通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的重要標(biāo)志。 現(xiàn)在來(lái)說(shuō)煤礦的礦井通風(fēng)的控制系統(tǒng)，大部分采用繼電接觸器控制系統(tǒng)，但是這種控制系統(tǒng)體積大、機(jī)械的觸點(diǎn)很多、接線特別復(fù)雜、可靠性低、排除各種故障困難等很多缺點(diǎn)；如果通風(fēng)機(jī)不應(yīng)用變頻控制，則礦井通風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法，只能靠?jī)蓚€(gè)垂直風(fēng)門提起的高度、調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)扇葉的數(shù)量和角度等。那么主通風(fēng)機(jī)一直高速運(yùn)行，備用通風(fēng)機(jī)就會(huì)停止，不能輪流工作，很容易使通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障，降低其使用壽命。 隨著電子技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC和變頻器逐漸成為通用、廉價(jià)和性能非?？煽康目刂乞?qū)動(dòng)設(shè)備，并且得到廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)將 PLC和變頻器有機(jī)結(jié)合，通過(guò)以礦井氣壓為主控參數(shù)，然后對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，使礦井中的通風(fēng)機(jī)通風(fēng)效率高、安全，非常明顯的達(dá)到節(jié)能效果。PLC控制的風(fēng)機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)，具有很高的可靠性和很好的節(jié)能效果，容易組建成整體自控系統(tǒng)，方便地實(shí)現(xiàn)各種控制和切換。PLC的控制系統(tǒng)還有對(duì)風(fēng)機(jī)的電機(jī)有著過(guò)熱保護(hù)、機(jī)械故障報(bào)警、故障報(bào)警和瓦斯?jié)舛葦嚯姷裙δ芴攸c(diǎn)。1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 國(guó)內(nèi)外礦井通風(fēng)機(jī)發(fā)展歷史悠久，早在1902年愛爾蘭就研制成功了世界上第一臺(tái)多葉片礦井通風(fēng)機(jī)，且將當(dāng)時(shí)最初一臺(tái)多葉片礦用通風(fēng)機(jī)用在英國(guó)Pelton煤礦，這臺(tái)通風(fēng)機(jī)的安裝使井下通風(fēng)發(fā)生了巨大的變化。從此多葉片風(fēng)機(jī)對(duì)于發(fā)展整個(gè)通風(fēng)技術(shù)做出了重大貢獻(xiàn)。1949年至1950年間，丹麥諾迪斯克公司研制生產(chǎn)了首臺(tái)運(yùn)行中葉片能自動(dòng)調(diào)整的軸流式風(fēng)機(jī)，其后德國(guó)的TLT.K.K.等公司也相繼生產(chǎn)了這類風(fēng)機(jī)。由于該風(fēng)機(jī)的3優(yōu)越性，到50年代中期首先在歐洲一些國(guó)家得到應(yīng)用。美國(guó)，前蘇聯(lián)，日本等國(guó)也相繼在1970年前后開始推廣使用這種風(fēng)機(jī)。20世界50年代初至70年代末我國(guó)礦山使用的礦井軸流主扇幾乎是仿制蘇聯(lián)的BY型和K70型等風(fēng)機(jī)，風(fēng)量范圍7-160m3/S,靜壓范圍400-5900Pa，全國(guó)各類礦井共使用約5000臺(tái)左右。不過(guò)這類風(fēng)機(jī)在20世紀(jì)的80年代被國(guó)家列為淘汰產(chǎn)品，早已不再生產(chǎn)。 20世界的70年代開始沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠經(jīng)技術(shù)研發(fā)與實(shí)驗(yàn)，研制成功了62A型單級(jí)主扇。其全壓，風(fēng)量以及各種參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)非常基本適合我國(guó)國(guó)情的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，在中條山有色金屬公司和邯鄲礦務(wù)局的一些風(fēng)井上使用。因其本機(jī)效率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，相差甚遠(yuǎn)，沒(méi)有進(jìn)一步改進(jìn)和完善就停止了生產(chǎn)，在此基礎(chǔ)上在20世界80年代該廠參考原蘇聯(lián)中央流體動(dòng)力研究所提供的通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)略圖和特性曲線又研制了2K60式軸流式通風(fēng)機(jī)。在此期間沈陽(yáng)風(fēng)機(jī)廠研制了1K58和2K58型礦井軸流風(fēng)機(jī)。4第 2 章 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制方案 2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能 本控制系統(tǒng)采用通風(fēng)機(jī)組的啟動(dòng)、互鎖和過(guò)熱保護(hù)等功能。與常規(guī)繼電器實(shí)施的通風(fēng)系統(tǒng)相比，PLC系統(tǒng)具有故障率低、可靠性高、接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，PLC的控制功能使通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，減輕了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。PLC和變頻器與空氣壓力變送器配合使用，使系統(tǒng)控制的安全性、可靠性大大提高，也使通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的故障率大大降低，不僅節(jié)約了電能，而且還提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。為滿足礦井通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求，系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）本系統(tǒng)采用手動(dòng)／自動(dòng)兩種工作模式，具有狀態(tài)顯示以及故障報(bào)警等功能。（2）模擬量壓力輸入經(jīng)PID運(yùn)算，輸出模擬量控制變頻器。（3）在自動(dòng)方式下，當(dāng)井下壓力低于設(shè)定壓力下限時(shí)，兩組風(fēng)機(jī)將同時(shí)投入工作運(yùn)行，同時(shí)并發(fā)出指示和報(bào)警信號(hào)。（4）模擬量瓦斯輸入，當(dāng)?shù)V井瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定報(bào)警上限時(shí)，發(fā)出指示和報(bào)警。當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定斷電上限時(shí)，PLC將切斷工作面和風(fēng)機(jī)組電源，防止瓦斯爆炸。（5）運(yùn)用溫度傳感器測(cè)定風(fēng)機(jī)組定子溫度或軸承溫度，當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過(guò)設(shè)定報(bào)警上線時(shí)，發(fā)出指示和報(bào)警信號(hào)。當(dāng)定子溫度或軸承溫度超過(guò)設(shè)定風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)換溫度界線時(shí)，PLC將切斷指示和報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)切斷當(dāng)前運(yùn)行風(fēng)機(jī)組，在自動(dòng)方式下并能自動(dòng)接入另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組運(yùn)行，若在手動(dòng)方式下，工作人員手動(dòng)切換。（6）手動(dòng)方式下，有防止風(fēng)機(jī)組頻繁啟動(dòng)功能。由于定子溫度或軸承溫度過(guò)高，若當(dāng)前風(fēng)機(jī)組停止運(yùn)行后，當(dāng)其溫度下降到設(shè)定下限時(shí)該風(fēng)機(jī)組不能連續(xù)二次啟動(dòng)，只有接入另一臺(tái)風(fēng)機(jī)組進(jìn)行工作，即防止溫度在臨界線狀態(tài)而頻繁啟動(dòng)。5手動(dòng)控制溫度狀態(tài)采集瓦斯?jié)舛炔杉疨LC 主程序通電初始化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換自動(dòng)控制壓力中斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換PID 轉(zhuǎn)換壓力濃度采集結(jié)束圖2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖所示，整個(gè)控制系統(tǒng)主要由 PLC、變頻器、瓦斯傳感器、壓力傳感器、電機(jī)組、通風(fēng)機(jī)組等組成，該系統(tǒng)主控單元采用 PLC，被控元件為變頻運(yùn)行的通風(fēng)電機(jī)，主控參數(shù)為瓦斯?jié)舛?。瓦斯傳感器、溫度傳感器、?shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)和 PLC 的有效保護(hù)。圖2.2 系統(tǒng)功能塊框架圖1#定子溫度傳感器2#軸承溫度傳感器2#定子溫度傳感器1#軸承溫度傳感器空氣壓力傳感器瓦斯?jié)舛葌鞲衅?#通風(fēng)機(jī)組1#通風(fēng)機(jī)組 聲光報(bào)警控制回路S7-200可編程控制器EM231擴(kuò)展模塊開關(guān)信號(hào)EM235擴(kuò)展模塊變頻器6第 3 章 系統(tǒng)硬件選擇3.1.1 主電路主電路中 MA1，MA2 為對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)，交流接觸器 QA4、QA6 分別控制 MA1、MA2 的工頻運(yùn)行；交流接觸器 QA3、QA5 分別控制 MA1、MA2 的變頻運(yùn)行；QA1為主電路電源的隔離開關(guān)；FA 為主電路的熔斷器；BB1、BB2 為電機(jī) MA1、MA2 的熱繼電器。圖 3.1 系統(tǒng)工作主電路圖73.1.2 控制電路的設(shè)計(jì)在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路的控制電路部分，利用 PLC 進(jìn)行控制，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省大量的繼電器、實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯控制以及進(jìn)行模擬量控制等功能?？刂葡到y(tǒng)采用 Siemens S7-200 系列 CPU226，同時(shí)外部擴(kuò)展 EM235 和 EM231 模塊。本控制系統(tǒng)接線圖如下圖 9 所示。該 PLC 控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)手動(dòng)工頻、自動(dòng)變頻和手動(dòng)變頻運(yùn)行的切換，其中手動(dòng)變頻是指使用變頻器控制面板手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行。在風(fēng)機(jī)自動(dòng)變頻運(yùn)行時(shí)，是利用采集到的風(fēng)壓信號(hào)進(jìn)行通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制。其中按鈕 SF0 控制風(fēng)機(jī)的自動(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕 SB1 控制風(fēng)機(jī)的手動(dòng)變頻運(yùn)行；按鈕 SF2 控制風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行；按鈕 SF3 控制風(fēng)機(jī)的停止；按鈕 SF4 為報(bào)警燈鈴的調(diào)試按鈕；SF5為消鈴按鈕；PG1、PG3 分別為 MA1、MA2 變頻運(yùn)行指示燈；PG2、PG4 分別為 MA1、MA2工頻運(yùn)行的指示燈；PG5 為變頻器故障報(bào)警指示燈；PG6 為 1#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈；PG7 為 2#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈；PG8 為井巷壓力下限指示燈；PG9 為 1#電機(jī)溫度上限指示燈；PG10 為 2#機(jī)溫度上限指示燈；PB 為報(bào)警電鈴。8圖 3.1.2 控制電路系統(tǒng)的 I/O 地址分配如下表 3.1.2 所示：表 3.1.2 I/O 地址分配輸入信號(hào)自動(dòng)變頻按鈕 SF0 I0.0名稱 代碼 地址編碼9手動(dòng)變頻按鈕 SF1 I0.1工頻運(yùn)行切換按鈕 SF2 I0.2停止運(yùn)行按鈕 SF3 I0.3變頻器 1 故障輸入 1RL1 I0.4變頻器 2 故障輸入 2RL1 I0.5試燈鈴按鈕 SF4 I1.0消鈴按鈕 SF5 I1.1振動(dòng)變送器輸入 TF AIW0負(fù)壓傳感器輸入 BP1 AIW2壓力傳感器輸入 BP2 AIW41#電機(jī)定子溫度輸入BT1 AIW61#電機(jī)軸承溫度輸入BT2 AIW82#電機(jī)定子溫度輸入BT3 AIW102#電機(jī)軸承溫度輸入BT4 AIW12名稱 代碼 地址編碼輸出信號(hào)1#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行接觸器指示燈QA3，PG1 Q0.01#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行接觸器指示燈QA4，PG2 Q0.12#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行接觸器指示燈QA5，PG3 Q0.22#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行接觸器指示燈QA6，PG4 Q0.3變頻器 1 啟動(dòng) 1DIN1 Q0.4變頻器 1 故障復(fù)位 1DIN3 Q0.5變頻器 2 啟動(dòng) 2DIN1 Q0.610續(xù) 變頻器 2 故障故障復(fù)位2DIN3 Q0.7變頻器故障信號(hào)燈 PG5 Q1.01#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈 PG6 Q1.12#電機(jī)振動(dòng)異常指示燈 PG8 Q1.2井巷壓力下限指示燈 PG8 Q1.31#電機(jī)溫度上限指示燈 PG9 Q1.42#電機(jī)溫度上限指示燈 PG10 Q1.5報(bào)警電鈴 PB Q1.6風(fēng)壓模擬量輸出 --- AQW03.2.1 PLC 概述國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì) PLC 的定義是：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是用來(lái)取代電機(jī)控制的順序繼電器電路的一種器件，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。3.2.2 PLC 的基本構(gòu)成(l)中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)一般由控制器，運(yùn)算器和寄存器組成，它是 PLC 的核心部分。它的主要任務(wù)有:控制接收和存儲(chǔ)編程設(shè)備輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編程中的錯(cuò)誤;掃描 I/O 接收的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，然后刷新輸出接口，對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。(2)存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是 PLC 存放程序和數(shù)據(jù)的地方，它包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 PROM 或EPROM 存儲(chǔ)器中，用戶不可訪問(wèn)和修改。用戶程序存儲(chǔ)器主要包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)二個(gè)部分。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用于存放用戶程序中使用器件的 ON/OFF 狀態(tài)和各種數(shù)值數(shù)據(jù)等。(3)I/O 接口 輸入，輸出接口電路是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 設(shè)備相連接的部件，它的作用11是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換位 PLC 能夠接收和處理的信號(hào)，將 CPU 送來(lái)的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需的強(qiáng)電信號(hào)。(4)電源單元電源單元是 PLC 的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成 CPU、存儲(chǔ)器等電路工作所需要的直流電，及向外部器件提供 24V 直流電源。(5)外設(shè)接口與擴(kuò)展接口 PLC 可以通過(guò)外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機(jī)、PLC 或計(jì)算機(jī)相連。擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。3.2.3 PLC 的工作原理PLC 采用一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式即循環(huán)掃描技術(shù)，循環(huán)掃描技術(shù)是指當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段----輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期，在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，各個(gè)階段的功能如下：(l)輸入采樣階段：PLC 將掃描的輸入端子的狀態(tài)存入映像寄存器，然后進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，一直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段。(2)程序執(zhí)行階段：PLC 根據(jù)讀入的輸入映像寄存器中的信號(hào)狀態(tài)，按一定的掃描原則執(zhí)行用戶編寫的程序，然后把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像寄存器中。(3)輸出刷新階段：當(dāng)所有的程序指令執(zhí)行完后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段被轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后一次性的由輸出端子輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。3.2.4 PLC 選型及性能指標(biāo)根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、采集數(shù)據(jù)的類型和大小、I/O點(diǎn)數(shù)、以及設(shè)置數(shù)據(jù)需要得內(nèi)存大小，本文中所選用的PLC是西門子公司的產(chǎn)品S7-200系列，CPU的型號(hào)是CPU226 [1]。表3.2.4 I/O接口分配表輸入 輸出風(fēng)機(jī)啟動(dòng) SB1 I0.0 風(fēng)機(jī)組 1 輸出 KM1 Q0.0風(fēng)機(jī)停止 SB2 I0.1 風(fēng)機(jī)組 2 輸出 KM2 Q0.1手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換 SB3 I0.2 工頻輸出 KM3 Q0.2風(fēng)機(jī)組選擇 SB4 I0.3 壓力下限指示燈 L1 Q0.412變頻工頻轉(zhuǎn)換 SB5 I0.4 風(fēng)機(jī)組 1 運(yùn)行指示燈 L2 Q0.5報(bào)警解除按鈕 SB6 I0.5 風(fēng)機(jī)組 2 運(yùn)行指示燈 L3 Q0.6風(fēng)機(jī)組 1 轉(zhuǎn)子測(cè)速器輸入 SB7 I0.6 風(fēng)機(jī)組 1 溫度上限指示燈L4 Q0.7風(fēng)機(jī)組 2 轉(zhuǎn)子測(cè)速器輸入 SB8 I0.7 風(fēng)機(jī)組 2 溫度上限指示燈L5 Q1.0急停 SB9 I1.0 蜂鳴器 1 SpeakerQ1.1壓力傳感器輸入 AIW0 急停指示燈 L6 Q1.2瓦斯?jié)舛葌鞲衅?AIW2 風(fēng)機(jī)組錯(cuò)選指示燈 L7 Q1.3風(fēng)機(jī)組 1 軸溫度傳感器輸入 AIW4 風(fēng)機(jī)組 1 機(jī)械故障指示燈L8 Q1.4風(fēng)機(jī)組 1 定溫度傳感器輸入 AIW6 風(fēng)機(jī)組 2 機(jī)械故障指示燈L9 Q1.5風(fēng)機(jī)組 2 軸溫度傳感器輸入 AIW8 手動(dòng)自動(dòng)指示燈 L10 Q1.6風(fēng)機(jī)組 2 定溫度傳感器輸入 AIW10 瓦斯上限指示燈 L11 Q1.7壓力模擬量輸出 QW0CPU226集成了24點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248點(diǎn)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O。CPU226有13KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。CPU226配有2個(gè)RS-485通信編程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式通信能力，用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。其性能指標(biāo)如表。所以在規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備，但由于其設(shè)計(jì)上有不少獨(dú)到之處，其產(chǎn)品特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：（1）豐富指令系統(tǒng)在 FP0 系列 PLC 中，即使是小型機(jī)，也具有近 200 條指令。除能實(shí)現(xiàn)一般邏輯控制外，還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，甚至可以直接控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制。此外，F(xiàn)P0 可以單臺(tái)使用，也可以多模塊組合，最多可增加 3 個(gè)擴(kuò)展模塊，I/O口從最小 10 點(diǎn)可擴(kuò)大到 128 點(diǎn)。（2）快速的 CPU 處理速度FP0 系列 PLC 各種機(jī)型的 CPU 速度均優(yōu)于同類產(chǎn)品，小型機(jī)尤為突出，超小型 FP0 的幾 ms/千步，對(duì)于大型機(jī)，處理速度會(huì)更快。FP0 的運(yùn)行速度在同類產(chǎn)品中是最快的，13每個(gè)基本指令執(zhí)行速度為 0.9μs。500 步的程序只需 0.5ms 的掃描時(shí)間。還可讀限制50μs 的窄脈沖，即 FP0 有脈沖捕捉功能。（3）大程序容量FP0 系列機(jī)的用戶程序容量也較同類機(jī)型大，其小型機(jī)一般都可達(dá) 3 千步左右，最高可達(dá)到 5 千步。FP0 具有大容量的數(shù)據(jù)寄存器，可用于復(fù)雜控制及大數(shù)據(jù)量處理。（4）功能強(qiáng)大的編程工具FP0 系列無(wú)論采用的是手持編程器還是編程工具軟件，其編程及監(jiān)控功能都很強(qiáng)。其FP0-II 型手持編程器還有用戶程序轉(zhuǎn)存功能。其編程軟件除已漢化的 DOS 版 NPST-GR外，還推出了 Windows 版的 FPSOFT，最新版的 FPWIN-GR 也已進(jìn)入市場(chǎng)。這些工具都為用戶的軟件開發(fā)提供了方便的環(huán)境。（5）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能 FP0 系列機(jī)的各種機(jī)型都提供了通信功能，而且它們所采用的應(yīng)用層通信協(xié)議又具有一致性，這為構(gòu)成多級(jí) PLC 網(wǎng)絡(luò)，開發(fā) PLC 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供了方便。松下電工提供了多達(dá) 6 種的 PLC 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，用戶可根據(jù)需要選用。盡管這些網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層各不相同，但都保持了應(yīng)用層的一致性。FP0 可經(jīng) RS232 口直接連接調(diào)制解調(diào)器。通信時(shí)若選用“調(diào)制解調(diào)器”通信方式，則 FP0 可使用 AT 命令自動(dòng)拔號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信[4]。3.2.5PLC內(nèi)部分配CPU226I/O接口及內(nèi)部寄存器分配如表2和表3。表3.2.5 內(nèi)部存儲(chǔ)器使用觸摸屏 PID 參數(shù)設(shè)定置 VW10 風(fēng)機(jī)組啟動(dòng)位 M0.0觸摸屏 PID 參數(shù)增益 VW12 瓦斯?jié)舛葓?bào)警位 M0.1觸摸屏 PID 參數(shù)采樣時(shí)間 VW14 瓦斯?jié)舛葦嚯娢?M0.2觸摸屏 PID 參數(shù)積分時(shí)間 VW16 自動(dòng)風(fēng)機(jī)組 1 啟動(dòng)位 M1.0觸摸屏 PID 參數(shù)微分時(shí)間 VW18 自動(dòng)風(fēng)機(jī)組 2 啟動(dòng)位 M1.1PID 反饋量（PVn） VD100 手動(dòng)風(fēng)機(jī)組 1 啟動(dòng)位 M1.2PID 給定置（SPn） VD104 手動(dòng)風(fēng)機(jī)組 2 啟動(dòng)位 M1.3PID 輸出置（Yn） VD108 防止風(fēng)機(jī)組 1 頻繁啟動(dòng)位 M1.4PID 增益（KC） VD112 防止風(fēng)機(jī)組 2 頻繁啟動(dòng)位 M1.5PID 采樣時(shí)間（T） VD116 壓力下限位 M2.0PID 積分時(shí)間（TI） VD120 風(fēng)機(jī)組 1 軸溫報(bào)警位 M20.0PID 微分時(shí)間（TD） VD124 風(fēng)機(jī)組 1 軸溫?cái)嚯娗袚Q位 M20.1模擬輸入壓力值存儲(chǔ) VD128 風(fēng)機(jī)組 1 定溫報(bào)警位 M20.214壓力下限存儲(chǔ) VD132 風(fēng)機(jī)組 1 定溫?cái)嚯娗袚Q位 M20.3風(fēng)機(jī)組 1 軸承溫度 VD180 風(fēng)機(jī)組 2 軸溫報(bào)警位 M20.4續(xù)風(fēng)機(jī)組 1 定子溫度 VD184 風(fēng)機(jī)組 2 軸溫?cái)嚯娗袚Q位 M20.5風(fēng)機(jī)組 2 軸承溫度 VD188 風(fēng)機(jī)組 2 定溫報(bào)警位 M20.6風(fēng)機(jī)組 2 定子溫度 VD192 風(fēng)機(jī)組 2 定溫?cái)嚯娗袚Q位 M20.7瓦斯?jié)舛却鎯?chǔ) VD1963.2.7 擴(kuò)展模塊的外部連接CPU226接線規(guī)則如下：（1）DC輸入端中1M、I0.0～I(xiàn)1.4為第1組，2M、I1.5～I(xiàn)2.7為第2組組成，1M、2M分別為各級(jí)公共端。DC24V的負(fù)極接公共端1N或2M。輸入開關(guān)的一端接天DC24V的正極，輸入開關(guān)的另一端連接到CPU226各個(gè)輸入端。DC輸出端中1M、1L+、Q0.0～Q0.7為第1組，2M、2L+、Q1.0～Q1.7為第2組組成。1L+、2L+分別為公共端。第1組DC24V的負(fù)極接1M端，正極接1L+端。輸出負(fù)載的一端接到1M端，輸出負(fù)載的另一端接到CPU226各輸出端。第2組的接線與第1組相似。152LQ0.6 L3Q0.4 L1L2Q0.7 L4Q1.0 L53LQ1.6 L10Q1.7 L11Q1.2 L6Q1.3 L7Q1.4 L8Q1.5 L9Q1.1 SpeakerEM231模數(shù)轉(zhuǎn)換溫度傳感器 1溫度傳感器 2溫度傳感器 3溫度傳感器 4KM1Q0.0KM2Q0.11LKM3Q0.21MI0.0SB1I0.1SB2I0.2SB3I0.3SB5I0.5SB7I0.6SB8I0.7SB9I1.0SB10I0.4SB6EM235 模擬量輸入輸出模塊瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱾鞲衅?4壓力傳感器 QW0+QW0-AIN1+AIN-M3～～ 220VQ34MM440KM3S7-PLC16圖3.2.7 PLC輸入/輸出和變頻器接線圖（2）DC輸入繼電器輸出端與CPU226的DC輸入DC輸出的相同。繼電器輸出端由3組構(gòu)成，其中N（—） 、1L、Q0.0～Q0.3為第1組，N（—） 、2L、Q0.4～Q1.0為第2組，N（—） 、3L、Q1.1～Q1.7為第3組。各組的公共端為1L、2L和3L。第1組負(fù)載電源的一端N接負(fù)載的N（—）端，電源的另一L（+）接繼電器輸出端的1L端。負(fù)載的另一端分別接到CPU226各繼電器輸出端子。第2組、第3組的接線與第1組相似。3.3 傳感器部分概述該控制系統(tǒng)中存在大量的模擬量信號(hào)，這些信號(hào)的輸入都要通過(guò)傳感器進(jìn)行模擬量采集，將采集的模擬量信號(hào)送入 PLC 輸入模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將連續(xù)的變化量（大部分為 4－20mA 的電流信號(hào)，0－5V 或 0－10V 的電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換離散的數(shù)字量，存儲(chǔ)到PLC 內(nèi)存里；輸出是由模擬量輸出模塊將我們要輸出的存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)字離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)或者電流信號(hào)。3.3.1 瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞅鞠到y(tǒng)模擬量傳感器選用有KGJ16B型瓦斯傳感器用于檢測(cè)煤礦井下空氣中的瓦斯含量，HM23Y礦井專用型壓力變送器用于檢測(cè)礦井的井巷氣壓，Pt100鉑熱電阻作為測(cè)量溫度用的傳感器用于檢測(cè)風(fēng)機(jī)組軸承和定子溫度。要想正確的使用它們，首先了解各個(gè)傳感器的性能指標(biāo)。KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅饔糜跈z測(cè)礦井下空氣中的瓦斯含量，具有多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制式輸出，聯(lián)檢后能與煤礦安全檢測(cè)系統(tǒng)，風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置及瓦斯斷電儀器配套使用。該傳感器是一種智能型檢測(cè)儀表，具有穩(wěn)定可靠，使用方面等特點(diǎn)。性能指標(biāo)如表3.3.1所示：17表3.3.1 KGJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅餍阅苤笜?biāo)防爆型式 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型 工作電壓 DC 9～24 V測(cè)量范圍 0～4%CH 工作電流 DC 18 V 不大于 65 mA0.00 1.00 0.101.00 3.00 0.10% 真值測(cè)量誤差3.00 4.00 0.30標(biāo)定流量響應(yīng)時(shí)間 小于 20 外形尺寸 266 120 45(mm)遙控范圍 距離不大于 5m，角度不大于120重量 1kg報(bào)警點(diǎn) 0.3～4.00%CH 可任意設(shè)置（出廠調(diào)至 1.0%CH ）斷電點(diǎn) 0.3～4.00%CH 可任意設(shè)置（出廠調(diào)至 1.5%CH ）復(fù)電點(diǎn) 0.3～4.00%CH 可任意設(shè)置（出廠調(diào)至 1.0%CH ）輸出信號(hào) KGJ16B－1 型：200～1000Hz 頻率，負(fù)載電阻大于 1.5KΩ 時(shí)，輸出高電平大于 3V。紅色發(fā)光二極管H10 為頻率輸出指示，發(fā)光二極管亮?xí)r，有頻率輸出，反之則無(wú)輸出KGJ16B－2 型：1～5mA 恒流，負(fù)載電阻 0～500Ω KGJ16B－3 型：RS485 接口，通信波特率 1200bps報(bào)警方式 蜂鳴器斷續(xù)鳴叫，響度大于 80dB （18 V 供電，距離 1 m）3.3.2 溫度傳感器Pt100鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性來(lái)測(cè)量溫度的，能夠準(zhǔn)確的測(cè)出軸承或定子的溫度并將它們傳給PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中存在溫度梯度時(shí)，所測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。這樣型號(hào)傳感器特點(diǎn)：耐振動(dòng)、可靠性高，同時(shí)具有精確靈敏、穩(wěn)定性好、產(chǎn)品壽命長(zhǎng)和安裝方便等優(yōu)點(diǎn) [4]。性能指標(biāo)表4所示：表3.3.2 Pt100鉑電阻溫度傳感器性能指標(biāo)18型號(hào) WZPM-201測(cè)溫范圍 -60℃～175℃熱響應(yīng)時(shí)間 6 秒用途 軸承測(cè)溫3.3.3 壓力傳感器的選擇HM23Y型壓力變送器采用歐洲先進(jìn)的濺射薄膜壓力傳感器作為敏感元件，和電子線路做成一體化結(jié)構(gòu)該型號(hào)壓力變送器為全不銹鋼圓柱型結(jié)構(gòu)，使用方便。特別適用于井田測(cè)井、制藥、紡織等粘稠宜堵、強(qiáng)振動(dòng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。并在國(guó)內(nèi)礦井得到很好的應(yīng)用效果。該壓力變送器有高溫、高壓、高精度、高穩(wěn)定性、抗振動(dòng)、沖擊、耐腐蝕全不銹鋼結(jié)構(gòu)、體積小、重量輕直接過(guò)程安裝等特點(diǎn)。性能指標(biāo)如表3.3.3所示：表3.3.3 HM23Y型壓力變送器性能參數(shù)測(cè)量范圍 0～0.5MPa～220MPa過(guò)載能力 2 倍滿量程壓力(其中 100Mpa 以上過(guò)壓為 1.1 倍)壓力類型 表壓或絕壓測(cè)量介質(zhì) 與 316 不銹鋼兼容的氣體或液體供電電源 12～36VDC(一般為 24V)信號(hào)輸出 4～20mA/1～5VDC/0～5VDC/0.5～4.5VDC綜合精度 ±0.1%FS ±0.25%FS ±0.5%FS長(zhǎng)期穩(wěn)定性 ±0.1%FS/年使用溫度范圍 -40～+150℃補(bǔ)償溫度范圍 -40～+120℃零點(diǎn)溫度系數(shù)：≤±0.02%FS/℃溫度性能靈敏度溫度系數(shù)：≤±0.02%FS/℃接液材料 膜片:17-4PN 連接件:1Cr18Ni9Ti響應(yīng)時(shí)間 ≤2 毫秒負(fù)載電阻 ≤(U-10)/0.02Ω絕緣電阻 100MΩ；50VDC外殼防護(hù) 插頭型（IP65）；電纜型（IP67）19安全防爆 ExiaⅡ；CT5重量 約 0.25 公斤3.4 變頻器部分本系統(tǒng)選用的是西門子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器MicroMaster440功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過(guò)載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。變頻器的選用：變頻器的選用應(yīng)滿足以下規(guī)則，變頻器的容量應(yīng)大于負(fù)載所需的輸出；變頻器的容量不低于電機(jī)的容量；變頻器的電流大于電機(jī)的電流。由于本設(shè)計(jì)以風(fēng)機(jī)組2×30kW為例，因此可選用37kW，額定電流75A的變頻器?？紤]到改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的可行性，調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性價(jià)比，我們采用西門子MM440、37kw，額定電流為75A的通用變頻器。該變頻器采用高性能矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過(guò)載能力，可以控制電機(jī)從靜止到平滑起動(dòng)期間提供3S，有200％的過(guò)載能力。表3.4Pt100鉑熱電阻溫度傳感器性能指標(biāo)型號(hào) WZPM-201測(cè)溫范圍 -50℃～ 180℃分度號(hào) PT100精度等級(jí) A0℃阻值 100Ω?0.06Ω熱響應(yīng)時(shí)間 6 秒絕緣電阻 ≥200MΩ測(cè)溫端 Φ6X18螺紋 M8X0.75長(zhǎng)度 引線長(zhǎng)度用戶規(guī)格 3X0.2mm材料 F46 導(dǎo)線引線耐溫 200℃20用途 軸承測(cè)溫傳感器工作電流 ≤1mA變頻器參數(shù)的設(shè)置：負(fù)載為一大慣性負(fù)載，在停車時(shí)，為防止因慣性而產(chǎn)生的回饋制動(dòng)使泵升電壓過(guò)高的現(xiàn)象，加入制動(dòng)電阻，斜坡下降時(shí)間設(shè)定長(zhǎng)一些。外接制動(dòng)電阻的阻值和功率可按公式R≥2Ud／1P≥(0.3—0.5)選取。式中：U為變頻器直流側(cè)電壓，d為變頻器的額定電流。本次設(shè)計(jì)采用西門子與37kW電機(jī)配套的制動(dòng)電阻響和對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)整的要求，系統(tǒng)用模擬量輸入作為附加給定，與固定頻率設(shè)定相疊加以滿足不同型號(hào)模具特殊要求。調(diào)速系統(tǒng)電路圖如圖2。制動(dòng)電阻的熱敏開關(guān)4BD22-2EAO，1.5Q，2.2kW [4]。變頻器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置如表3所示。21第 4 章 通風(fēng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)采用多段式殼體。已知設(shè)計(jì)參數(shù) Q=25m3/s、全壓達(dá)到 H=3000Pa，一般的礦用軸流式風(fēng)機(jī)主要?dú)鈩?dòng)部件有葉輪，外殼，集流器，疏流罩以及出口處的擴(kuò)散器組成軸流通風(fēng)機(jī)。但對(duì)旋通風(fēng)機(jī)兩級(jí)葉輪使用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，并且兩個(gè)葉輪之間互為導(dǎo)葉。將風(fēng)機(jī)葉輪、電動(dòng)機(jī)、集流器、擴(kuò)散器等分別裝各段殼體，殼體與法蘭焊接在一起，然后用螺栓將這些零件緊固在一起。對(duì)旋軸流的條件下，設(shè)計(jì)所需風(fēng)機(jī)風(fēng)壓。4.1.1 擴(kuò)散器軸流通風(fēng)機(jī)級(jí)的出口動(dòng)壓在全壓中所占的比例比離心通風(fēng)機(jī)大的多，這是因?yàn)檩S流風(fēng)機(jī)工作時(shí)，通風(fēng)機(jī)級(jí)的出口氣流軸向速度相當(dāng)大，與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)壓約占通風(fēng)機(jī)全壓的 30%-50%為了減少軸流風(fēng)機(jī)出口流速，提高靜壓，同時(shí)由于井下的空氣潮濕有毒,所以作為擴(kuò)散器口消聲器的吸聲材料應(yīng)具有防潮，防腐和阻燃性質(zhì)。此外由于通風(fēng)機(jī)的出口處安裝擴(kuò)散器還可以顯著降低通風(fēng)機(jī)的排氣噪音。一般由錐形筒芯和風(fēng)筒組成,裝在風(fēng)機(jī)出口側(cè)。因此對(duì)于對(duì)旋的軸流通風(fēng)機(jī)更要加擴(kuò)散器以減少噪音。（1）擴(kuò)散筒的形式。擴(kuò)散筒的結(jié)構(gòu)形式隨外筒和芯筒（整流體）的型式不同而異，如圖 3-4 所示。等直徑外筒及錐形或等直徑整流體，比流線型整流體制造更方便。從工藝考慮，流線型外殼加工不方便，增加成本；從工作環(huán)境考慮，采礦掘進(jìn)面工作空間相對(duì)狹小，不適用流線體外殼。再者通風(fēng)機(jī)的后面還要連接管道，流線體連接管道有一定的不方便。（2） 擴(kuò)散筒尺寸的確定。擴(kuò)散筒的長(zhǎng)度 L 可以按經(jīng)驗(yàn)公式選擇：(1.52)D??，式中，L-擴(kuò)散筒長(zhǎng)度，D-擴(kuò)散筒進(jìn)口直徑。由于后導(dǎo)葉出來(lái)的氣流，其扭矩很小，故通常認(rèn)為氣流是軸向流入擴(kuò)散筒。為了保證在擴(kuò)散筒中流動(dòng)時(shí)流動(dòng)損失較小，擴(kuò)散筒的擴(kuò)壓不能太大。4.1.2 集流器與流線罩集流器與流線罩一起，組成了光滑的漸縮形流道。其作用是使氣流在其中得到加22速，以便在損失很小的條件下，能在軸流通風(fēng)機(jī)級(jí)的入口前面建立起均勻的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)。通風(fēng)機(jī)級(jí)的入口條件對(duì)于通風(fēng)機(jī)的工作有很大的影響，如果在設(shè)計(jì)中缺少其中任何一個(gè)部件，以及設(shè)計(jì)不甚合理，都會(huì)惡化級(jí)的入口條件，使得通風(fēng)機(jī)性能變壞。集流器對(duì)于軸流通風(fēng)機(jī)的性能有很大的影響，實(shí)驗(yàn)表明沒(méi)有集流器的軸流通風(fēng)機(jī)比具有集流器的通風(fēng)機(jī)的全壓及全壓效率分別低 10%-12%及 10%-15%。有急流氣的通風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)也要增加一些[4]。集流器是強(qiáng)力風(fēng)機(jī)上的一個(gè)關(guān)鍵部件，它是用 2mm 厚的 A3 鋼板，通過(guò)剪板、焊接、翻邊制成。 由于其直徑較大，板厚較薄，在翻邊時(shí)容易起皺和出現(xiàn)裂紋，這是不允許的。 以前生產(chǎn)廠家做了一付工裝，焊成喇叭口，將圓弧部分在工裝上用手工一點(diǎn)一點(diǎn)敲成的。作用是使氣流順利地進(jìn)入風(fēng)機(jī)的環(huán)行入口信道，并在葉輪入口處,形成均勻的速度場(chǎng)。目前，礦用通風(fēng)機(jī)集流器型線為圓弧形，疏流罩的型面為球面或橢球。這里為了提高通風(fēng)量和通風(fēng)效率采用橢圓形的流線罩,集流器為圓弧形。4.1.3 葉輪葉輪是風(fēng)機(jī)的主要部件，決定著風(fēng)機(jī)性能的主要因素是風(fēng)機(jī)翼型，葉輪外徑，外徑對(duì)輪轂直徑的比值和葉輪轉(zhuǎn)速。適用于礦用風(fēng)機(jī)的翼型有對(duì)稱翼型，CLARK-Y 翼型，LS 翼型和 RAF-6E 等。葉輪外徑和風(fēng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速?zèng)Q定圓周速度，直接影響到風(fēng)機(jī)全壓。輪轂比與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。一般說(shuō)來(lái),輪轂比大時(shí),軸向速度 Ca 增大，葉片數(shù)目 z 和葉片相對(duì)寬度 b/l(b 為弦長(zhǎng)，l 為葉展)也相應(yīng)增大,風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓系數(shù)提高；反之。輪轂比小,多數(shù)取 0.6，風(fēng)壓系數(shù)也較低。葉輪葉片安裝角直接影響旋繞速度的增量，影響風(fēng)機(jī)全壓。通常，可在 10～45°范圍內(nèi)調(diào)整[4]。這里的選用 LS 翼型與輪轂直接直接用鋁合金鑄造而成，之后再進(jìn)行修整由于葉輪是通風(fēng)機(jī)一個(gè)重要的部件因此要對(duì)其的加工要有嚴(yán)格的要求。對(duì)于一臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)而言，葉輪是其核心的部件，也是最難加工的部件，在鑄造葉輪的時(shí)候?yàn)榱思訌?qiáng)葉輪的強(qiáng)度，因此在葉輪的中心加一個(gè)已經(jīng)用車床車好一個(gè)心，這樣即加強(qiáng)了葉輪的強(qiáng)度，同時(shí)也提高加工的精度，加少了鑄造工藝的難度。這樣減輕了鑄造后的加工量特提高了加工的精度。在材料方面由于近年來(lái)鎂合金的價(jià)格不斷地下降因此和鋁合金的價(jià)格相差不多，但性能卻遠(yuǎn)優(yōu)于鋁合金。其特點(diǎn)是：密度小（1.8g/cm3 左右） ，比強(qiáng)度高，彈性模量大，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好。質(zhì)量輕、剛性好、具有一定的耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性、抗沖擊、耐磨、衰減性能好及易于回收；另外還有高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、無(wú)磁性、屏蔽性好和無(wú)毒的特點(diǎn)。因此這里選用鎂合 5A06 金進(jìn)行鑄造。234.1.4 外殼對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的噪音問(wèn)題也比其它的軸流通風(fēng)機(jī)的噪音大，因此要在通風(fēng)機(jī)的殼體上加裝消音裝置，以減少通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音對(duì)人身體產(chǎn)生的危害。為了減少體積選擇把消音材料放在外殼體與內(nèi)殼體之間，這樣能具有良好的消音效果還能不會(huì)影響通風(fēng)機(jī)的體積。同時(shí)由于我要設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)要應(yīng)用于井下，由于井下的掘進(jìn)面是一個(gè)粉塵很大的空間，通風(fēng)機(jī)的消音材料要求一個(gè)小粉塵的工作環(huán)境，以發(fā)揮其良好的靜音效果。風(fēng)機(jī)外殼呈圓筒形,重要的是葉輪外緣與外殼內(nèi)表面的徑向間隙應(yīng)盡可能地減小。這樣也會(huì)降低風(fēng)機(jī)的噪音。4.1.5 確定通風(fēng)機(jī)各級(jí)風(fēng)壓比風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓比是決定各級(jí)葉輪和導(dǎo)葉的主要參數(shù)之一。通常，前后兩級(jí)葉輪分別用等功率、等轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因而他們的轉(zhuǎn)速比 n1/n2=1.對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的全壓為兩個(gè)葉輪全壓之和，從合理分配前后兩級(jí)葉輪的壓力負(fù)載角度看，兩個(gè)葉輪最佳的理論全壓各位通風(fēng)機(jī)理論全壓的一半，這樣設(shè)計(jì)不僅能夠保證通過(guò)兩級(jí)葉輪氣流比較平穩(wěn)，滿足對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)氣流的連續(xù)性條件，有利于提高風(fēng)機(jī)的全壓效率，因此兩個(gè)葉輪的全壓各為通風(fēng)機(jī)全壓的一半。4.2 第一級(jí)葉輪的設(shè)計(jì)4.2.1 確定葉輪轂比 及輪轂直徑_dd在軸流通風(fēng)機(jī)中，葉輪輪轂直徑通常用它的相對(duì)值 來(lái)表示， 稱為通風(fēng)機(jī)的輪_d_轂比。當(dāng)通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)為 341 時(shí)，可選用 =0.6。按表 4-1 當(dāng) =0.3 時(shí) =0.5-0.6.取_dt??d=0.6 是合適的。?d表 4-1 不同全壓系數(shù) 時(shí)所推薦采用的輪轂比t??dt?0.2?0.2-0.4 >0.424?d0.35-0.45 0.5-0.6 0.6-0.7由此得到葉輪輪轂直徑=0.6 0.6=0.36m （4-1） Dd_??為判斷葉輪葉片和后導(dǎo)流器根部是否會(huì)發(fā)生氣流分離，應(yīng)該驗(yàn)算是否所取的輪轂比 ：min_d?求得通風(fēng)機(jī)的軸向速度 acm/s （4-????2225138.610.6.44vaqcDd????????2）則得到通風(fēng)機(jī)的無(wú)因次軸向速度（4-_/138.26/9.48atcu??3） 由表 3-1 的計(jì)算結(jié)果得到通風(fēng)機(jī)的全壓效率 =0.85，則通風(fēng)機(jī)的理論全壓系數(shù)tF?為： （4-35.08.//. ??tFth??4）最佳計(jì)算參數(shù) ，查得 。 [4]可計(jì)算出第一級(jí)風(fēng)機(jī)葉輪的2.~1.2optn20.17n?計(jì)算函數(shù) 為r?（4-????_.21.489.510.357arthcn??????5）可以計(jì)算葉輪的最小允許輪轂比為（4-_min1//9.50.1rd???6）由于所決定的輪轂比 ,所以滿足葉輪的最小允許輪轂比。__min.0.1d?25對(duì)于導(dǎo)流器，可計(jì)算函數(shù) 為：f?（4-_2.1.489.75073afthcn????7） 可以得到導(dǎo)流器的最小允許輪轂比為：（4-_22_min1ln10.6ln.01449.75fdd ?????????8） 由于所決定的輪轂比 =0.6＞ ，所以在后導(dǎo)流器葉片根部也不會(huì)產(chǎn)生氣流分_dmin_離4.2.2 確定計(jì)算截面將整個(gè)葉片分成 5 個(gè)計(jì)算截面，其中相對(duì)半徑為（4-9）82.06.12__ ???drm其它計(jì)算截面半徑可按（4-10） ??2_12?????????dNiDri式中 ——第 個(gè)計(jì)算半徑；i——從輪轂截面算起的計(jì)算截面序號(hào)， =1，2，……N；iN——計(jì)算截面數(shù)，常取 5-7 個(gè)。各計(jì)算截面葉片環(huán)氣流參數(shù)和空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)計(jì)算，各計(jì)算截面的空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù) 均未超過(guò) 1.0，所以按孤立。