PLC的离心风机变频调速控制系统设计方案 .docx

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1、精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者： PanHongliang仅供个人学习河南科技学院2021 届本科毕业论文（设计）论文题目：基于 PLC 的离心风机变频调速掌握系统设计同学姓名： 黎 永 闯可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结所在院系： 机电学院所学专业： 应用电子技术训练 043导师姓名： 刘法治完成时间： 2021 年 05 月 20 日摘要在最近几年， PLC 以其诸多优异特点获得广泛的使用，在工业先进国家已成为工业掌握的标准设备。它专为工业掌握而设计，集电气、外表、掌握三电 于一体，是实现机电一体化的抱负掌握设备。本系统将 PLC与

2、变频器有机的结合起来，采纳以矿井气压压力为主控参数，实现对离心风机工作过程和运转速度的有效掌握，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能成效。PLC掌握系统具有对驱动风机的电机过热爱护、故障报警、机械故障报警和瓦斯浓度断电等功能特点，为煤矿矿井通风系统的节能技术改造供应一条新途径。关键词： 矿井，离心通风机， PLC，变频器PLC based on the centrifugal fan VVVF Control System DesignAbstractIn recent years, PLC a lot of the characteristics of its wide use, i

3、n the industrially advanced countries have become the standard industrial control equipment. It is specifically designed for industrial control, set electrical, instrumentation, control three-in one, is to achieve the ideal of mechanical and electrical integration of control equipment.The PLC and in

4、verter system willcombine the use of pneumatic pressure to mine the parameters for the master to achieve the process of centrifugal fan speed and operation of effective control, so that efficient mine ventilation fan, security, achievea significant energy-saving effect . PLC control system with the

5、electric fan to drive over-temperature protection, faultalarm, mechanical breakdown and gas alarm features, such as the concentration of power, coal mine ventilation system for energy- saving technology toprovide a new way.Key words: Mine。 Centrifugal Fan。 PLC。 Inverter可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.1 系统

6、的设计功能 42.2 系统结构和方案 5目录1 绪论 32 系统结构和掌握方案 43 系统硬件构成及各部分功能 6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.1 PLC 可编程掌握器部分 63.1.1 PLC 概述 63.1.2 PLC 外部 I/O 连接 83.2 变频调速的基础学问 93.3 模数转换模块 103.4 离心风机 103.5 变频器的选型和容量的确定 11 4 系统硬件设计 124.1 硬件电路 124.2 系统掌握电路设计 13可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5.1 瓦斯浓度掌握部分 145.2 压力掌握部分 145.3 温度掌握部分 165 软件设

7、计 136 终止语 17致谢 17参考文献 17附图 总程序 18可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1 绪论随着电子技术和微电子技术的快速进展，PLC 和变频器正成为通用、廉价和性能牢靠的掌握和驱动设备，得到广泛的应用。由PLC 掌握的变频调速离心风机的通风系统，具有较高的牢靠性和较好的节能成效，易于组建成整体的自控系统，很便利的实现各种掌握切换和远程监控，本文通过一个实例基于离心风机的矿井通风系统进行分析 。煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分，煤矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环境条件、生产效率、安全生产亲密相关。随着我国政府对各行各业安全生产监管力度的不断

8、加强，特殊对煤矿安全生产的要可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结求越来越高，对煤矿矿井通风系统进行技术改造，提高其运行稳固性、牢靠性、节能降耗等势在必行。目前煤矿矿井通风系统中，大多仍采纳继电、接触器掌握系统，但这种掌握系统存在着体积大、机械触点多、接线复杂、牢靠性低、排除故障困难等很多的缺陷。且因工作通风机始终高速运行，备用通风机停止，不能轮休工作，易使工作通风机产生故障，降低使用寿命。针对这一系列问题，本系统将PLC与变频器有机的结合起来，采纳以矿井气压压力为主控参数，实现对电动机工 作过程和运转速度的有效掌握，使矿井中用的离心通风机通风高效、安全，达 到了明显的节能成效。 P

9、LC 掌握系统具有对驱动风机的电机过热爱护、故障报警、机械故障报警和瓦斯浓度断电等功能特点，为煤矿矿井通风系统的节能技 术改造供应一条新途径。2 系统结构和掌握方案2.1 系统的设计功能本掌握系统具有离心通风机组的启动、互锁和过热爱护等功能。与常规继 电器实施的通风系统相比， PLC系统具有故障率低、牢靠性高、接线简洁、爱护便利等诸多优点， PLC的掌握功能使通风系统的自动化程度大大提高，减轻了岗位人员的劳动强度。 PLC和变频器与空气压力变送器协作使用，使系统掌握的安全性、牢靠性大大提高，也使通风机运行的故障率大大降低，不仅节约 了电能，而且仍提高了设备的运转率。为满意矿井通风系统自动掌握的

10、要求， 系统的详细设计要求如下：（1） 本系统供应手动自动两种工作模式，具有状态显示以及故障报警等功能。（2） 模拟量压力输入经 PID运算，输出模拟量掌握变频器。（3） 在自动方式下，当井下压力低于设定压力下限时，两组风机将同时投入工作运行，同时并发出指示和报警信号。（4） 模拟量瓦斯输入，当矿井瓦斯浓度大于设定报警上限时，发出指示和报警。当瓦斯浓度大于设定断电上限时，PLC将切断工作面和风机组电源，防止瓦斯爆炸。（5） 运用温度传感器测定风机组定子温度或轴承温度，当定子温度或轴承温度超过设定报警上线时，发出指示和报警信号。当定子温度或轴承温度超过 设定风机组转换温度界线时，PLC将切断指示

11、和报警信号并自动切断当前运行风机组，在自动方式下并能自动接入另一台风机组运行，如在手动方式下，工 作人员手动切换 1。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（6） 为防止离心风机的疲惫运行，在任何状态下，风机在累计运行设定时间后都会自动切换至另一台风机组运行。2.2 系统结构和方案通风掌握系统主要由 2 台离心风机组成，每台离心风机有两台电机，每台电机驱动一组扇片，两组扇片是对旋的，一组用于吸风，一组为增加风速，对 井下进行供风。依据井下用风量的不同，采纳不同型号的风机。本设计以风机2 45 kW 为例，选用一台 S72200 PLC、空气压力传感器和变频器等组成一个完整的闭环掌握系

12、统。其中仍包括接触器、中间继电器、热继电器、矿用防爆型磁力启动器、断路器等系统爱护电器，实现对电机和PLC的有效爱护，以及对电机的切换掌握。瓦斯浓度给定电控部分气压给定plc 掌握器变频器 1机组 1变频器 2机组 2显示部分空气压力传感器矿瓦斯浓度传感器报警部分图 1 通风掌握系统方案图本 PLC 掌握系统具有对通风机的电动机启动与运行，进行监控、联锁和过热爱护等功能。 PLC 与空气压力变送器协作使用，使系统掌握的安全性、牢靠性大大提高，也使通风机运行的故障率大大降低，提高了设备的运转率 2 。为满意煤矿矿井通风系统自动掌握的要求，设计如下的掌握方案：本系统 供应手动 /自动两种工作模式，

13、具有现场掌握方式、状态显示以及故障报警等功能。在手动方式下，通风机通过开关进行掌握，不受矿井内气压的影响。为防 止通风机疲惫运行，在任何状态下风机在累计运行设定时间后要切换至另一台 风机运行。 A 组离心通风机与 B 组离心通风机可由二位开关转换。循环次数及定时时间可依据需要随机设定。报警信号均为声光形式，声报警电笛 可用按可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结钮解除 ,报警指示在故障排除后自动消逝。在自动方式下，利用远传空气压力传感器检测矿井内的气压信号，用变送器将现场信号变换成统一的标准信号 如 420 mA 直流电流信号、 0 5 V 直流电压信号等 ，送入 A /D 转换模块

14、进行模数转换，然后送入 PLC，PLC 将检测到的气压值与设定的气压值进行比较和处理，输出信号掌握通风机工作。当矿井内的气压在一个大气压或在设定的某个大气压力数值以上，工作离心通风机与备用离心通风机循环工作。当显现突发事故，矿井内的气压低于设定的某个大气压力数值，工作离心通风机与备用离心通风机不再循环工作，并自动切换为同时工作，加大对矿井内的通风量，直至矿井内的气压升至设定的大气压3力数值以上，工作通风机与备用离心通风机复原循环工作。在有瓦斯的矿井供风系统中，矿井内的瓦斯浓度传感器检测瓦斯浓度，用变送器将现场信号变换成统一的标准信号，送入A /D 转换模块进行模数转换， 然后送入 PLC，同样

15、 PLC 将检测到的数值与设定的数值进行比较，当瓦斯浓度大于设定数值后， PLC 输出信号掌握通风机停止工作，并输出信号自动切断井下的电源，满意风电联锁要求，以免电子火花点着瓦斯，防止瓦斯爆炸事故发生。3 系统硬件构成及各部分功能3.1 PLC 可编程掌握器部分3.1.1 PLC 概述PLC 即可编程掌握器（ Programmable logic Controller，是指以运算机技术为基础的新型工业掌握装置。在1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：PLC 英文全称 Program

16、mable Logic Controller ，中文全称为可编程规律掌握器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采纳一类可编程的储备器，用于其内部储备程序，执行规律运算，次序控制，定时，计数与算术操作等面对用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出掌握各种类型的机械或生产过程，PLC 是可编程规律电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的的方就有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PLC。PLC 是一种特的为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采纳可以编制程序的储备器，用来在其内部储备执行规律运算、次

17、序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，掌握各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应当按易于与工业掌握系统形成一个整体，易于扩展其功能的原就而设计。（1） CPU 的构成CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赐予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程。CPU 主要由运算器、掌握器、寄存器及实现它们之间联系的数据、掌握及状态总线构成， CPU 单元仍包括外围芯片、

18、总线接口及有关电路。内存主要用于储备程序及数据，是PLC 不行缺少的组成单元。CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们打算着PLC 的工作速度，I/O 数量及软件容量等，因此限制着掌握规模。（2） I/O 模块PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。 I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（ DI ），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI ），模拟量输出（ AO）等模块。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归

19、纳总结常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC 、110VAC 、24VDC ，按隔离方式分， 有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA ）、电压型（ 0-10V,0- 5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit， 14bit， 16bit 等。除了上述通用 I/O 外，仍有特殊 I/O 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少。但其最大数受CPU所能治理的基本配置的才能，即受最大的底板或机架槽数限制。4（3） 电源模块： PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路供应

20、工作电源。同时，有的仍为输入电路供应24V 的工作电源。电源输入类型有：沟通电源（ 220VAC 或 110VAC ），直流电源（常用的为 24VDC ） 。3.1.2 PLC 外部 I/O 连接依据系统的要求，选取S72200 PLC CPU224作为掌握核心， CPU224的I/O 点数是 14 /10。扩展了 1个EM 231模拟量输入模块，它是 A /D 转换模块，具有 4 个模拟量输入， 12位A /D，其采样速度 25s，空气压力传感器、瓦斯浓度传感 器采集的信号经过变送器调理和放大处理后，成为0 5 V的标准信号，再经过EM231模块自动完成 A /D转换。同时扩展了 1个EM2

21、22数字量输出模块，它有 8 个数字量的输出点，作用是供应附加的输出点，这样完全可以满意系统的要求。煤矿矿井通风掌握系统的设计主要涉及10个数字量输入和 2个模拟量输入，15个数字量输出。设置 6个操作键、 4个开关量传感器和 2个模拟量。传感器作输入信号，如表 1 所示。这 6 个操作键分别是自动方式开关、手动方式开关、停机按钮、消音按钮及2 个在手动掌握下掌握通风机运行的按钮开关， 4 个开关量传感器为拖动通风机的吸风电机和增风速电机发生堵转故障时热继电器的掌握开关，其中扩充了1 个 EM231 的模拟量输入模块，主要是用于转换气压信号和瓦斯浓度信号的。表 1 PLC I/O 接口安排表可

22、编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.1.3输入输出I/O可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结接线序号序名称的址号名称的址图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1 A 风机 1 电机状态2 A 风机 2 电机状态3 B 风机 1 电机状态故障显示Q0.0I0.01I0.12I0.23I0.34I0.45I0.561LKM1中高气压显示Q0.1Q0.0低气压显示Q0.2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4 B 风机 2 电机状态SB1I0.0Q0.1Q

23、报0.警2KM2Q0.3KM3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5 A 风机掌握开关I0.1继电器 KM1Q0.4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B6SB2风机掌握开关I0.2Q1.1Speaker继电器 KM2Q0.5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结7 消音开关SB3I1.07Q1.2继电器KM3Q0.6L6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结8 自动开关SB5I0.3I1.18Q继1电.3器 KM4Q0.7L7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结9 手动开关I0.4I1.29Q1.4A 风机 1 电机运行显示Q1.0 L

24、8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SB610 停止按钮I0.5I1.310Q1.5A 风机 2 电机运行显示Q1.1 L9可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SB711 气压信号12SB8瓦斯信号SB9 SB10I0.6 I0.7 I1.01MQ1.6L10L11I2.011B 风机 1 电机运行显示Q1.2Q1.7I2.112B 风机 2 电机运行显示Q2.03L13 手动状态显示Q2.114 自动状态显示Q2.215 瓦斯浓度值Q2.3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.2 变频调速的基础学问图 2

25、I/O 接线图KM3AIN1+ 220VQ可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结异瓦斯步浓电度动传机感是器电力、化工EM等23生5 模产企业最主要的动力设备。3作为高能耗设备，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结QW0+AIN-可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其输出功率不能随负荷按比例变化，大部分只能通过挡板或4阀门的开度来调可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结压力传感器拟量输入QW0MM440可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结节，而电动机消耗的能量变化不大，从而造成很大的能量损耗。近年来，随着变频器生产技术的成熟以及变频器应用范

26、畴的日益广泛，使用变频器对电动机电 源 进 行 技 术 改 造 成 为 各 企 业 节 能 降 耗 、 提 高 效 率 的 重 要 手 段 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结n60 f1 s/p1式中n异步电M3动机的转速。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结f异步电动机的频率。s 电动机转差率。p电动机极对数。由式1-1 可知，转速 n与频率 f成正比，只要转变频率 f即可转变电动机的转可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结速，当频率 f在0 50Hz的范畴内变化时，电动机转速调剂范畴特别宽。变频调速 就 是 通 过 改 变 电 动 机 电 源 频 率

27、实 现 速 度 调 节 的 。变频器主要采纳交 直 交方式，先把工频沟通电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可掌握的沟通电源以供应电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和掌握4个部分组成。整流部分为三相桥式不行控整流器，逆变部分为IGBT 三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。3.3 模数转换模块模数转换模块分为 A/D 转换模块和 D/A 转换模块。 PLC模拟量处理功能主要通过模拟量输入输出模块及用户程序来完成。模拟量输入模块接受各种传感器输出的标准电压信号或电流信号，并将其转换为数字信号储备到PLC中。PL

28、C依据生产实际要求，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标准电压或电流信号去驱动执行元件。3.4 离心风机我国矿井使用的离心式通风机主要就是。G4 73 系列离心式通风机， G4 73 系列离心式通风机最初是为锅炉通风 引风 设计的，后来被引用到矿井通风中并拥有肯定的市场占有量。该系列离心式通风机的特点是特性曲线较平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高。启动时关闭调剂门也叫前导器 ，具有启动功率较小，启动简洁的特点。运行时调剂门可在 070 范畴内调剂，用以转变运行工况，仍可通过配置不同转速的电动机来转变其运行工况 ,适应性较好。G4 73 系列通风机的特性曲线较

29、平缓，运行噪声较小，效率高，适用于通风阻力不是太大的中小型矿井。我国的方煤矿的矿井中使用该系列通风机较多，由于机型小，配置电动机的容量也小,可配用 380V 或 660V电压的电动机，特殊适用于无高压 6000V 供电的矿井使用。但对初、后期风压变化大的矿井，离心通风机的调剂性能差。离心风机的作用：离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却。锅炉和工业炉窑的通风和引风。空气调剂设备和家用电器设备中的冷却和通风。谷物的烘干和选送。风洞风源和气垫船的充气和推动等。离心风机的工作原理

30、与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不行压缩流体处理。离心风机可制成右旋和左旋两种型式。从电动机一侧正视，叶轮顺时针旋转，称为右旋转风机，逆时针旋转，称为左旋。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结一般的高压离心风机，其主要的动力设备是电动机，此外仍包括用来掌握风机风阀位置的电动或手动执行器、风机阀门限位开关等部件。风机动力设备 的传统掌握方法是通过手动或继电器掌握，存在牢靠性和敏捷性较差的问题， 比如：由于电机的容量大，就存在启动时间长、启动电流大、运行安全牢靠性 差等问题，为明白决这些问题，需要实行在启动离心风机时削

31、减启动负荷、通 过星三角降压启动来降低启动电流、进行安全互锁掌握等措施。离心通风机 工作时，动力机 主要是电动机 驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并 在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。因气体在叶轮内的流淌主 要是在径向平面内。风机的用途：一般用于高压强制通风，如冶炼、送料、矿井、隧道、的下室、铁路等，亦可输送空气及其它无腐蚀性、不含粘性物质、非易燃、易爆之气体，介质温度最高不超过八十度，介质中硬质颗粒物中大于150mg/m3。3.5 变频器的选型和容量的确定本系统选用的是西门子全新一代标准变频器MicroMa

32、ster440功能强大，应用广泛。它采纳高性能的矢量掌握技术，供应低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载才能，以满意广泛的应用场合。在电机的容量确定并选定其型号后，接下来就要确定变频器的容量。确定变频器容量的主要依据是输出电流，其原就为：变频器的输出额定电流应大于或等于电机的额定电流。但在连续的变动负载或断续负载中，因电动机答应有短时间的过载，而且这种过载的时间常常超过变频器一般答应的一分钟。故应考虑挑选变频器的额定电流大于或等于电动机运行过程中的最大电流 5。电动机的型号确定后，其额定电流可以从制造商供应的样本中查到。或者，也可从电机的输出功率由下式运算2式中， P为额定输出功率

33、（ KW ）。 U 为额定电压（ KV ）。I 为额定电流（ A）。为电机效率。 为功率因数。S7-200PLC 作为核心掌握部件，它有总线拜访权，可以读取或改写变频器的状态，掌握软起动器的运行状态，从而达到掌握和监视设备运行状态的目的。系统采纳总线式拓扑结构，两台变频器采纳总线接插件连入总线。S7-200选用 S7-222CPU，软件采纳 WIN3.2 。采纳西门子 Profibus 屏蔽电缆及 9 针 D 形可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结网络连接头。利用 S7-222 的自由通信口功能，即RS485 通信口。由用户程序实现 USS 协议与两台MM430 变频器通信。在硬件

34、连接完毕后，需要对两台MM430 变频器的通信参数进行设置，如表2 所示。表 2 变频器参数的设定参数号参数值说明Fr13固定频率 1P0110第一加速时间P0210第一加速时间P03FF频率范畴 v/f 方式P0520DC 提升水平P081变频器起停正反转掌握方式P15200电动机运行最大频率P1650电动机运行基本频率P182多段速率加速连动运行P32170固定频率 2P3310固定频率 3P3423固定频率 435130固定频率 5395第 2 加速时间设定405其次减速时间设定4 系统硬件设计4.1 硬件电路（1）本系统的硬件电路如图 3 所示，它由 4 台电动机，一台智能型电控柜（包

35、括西门子变频器、PLC、沟通接触器、继电器等），一套压力传感器、断相相序爱护装置以及供电主回路等构成。该系统的核心是S7-200（CPU224）和MICROMASTER 430 。MICROMASTER430 是泵和风机类专用变频器，扩展功能强 CPU224 集成了 14 点输入 10 点输出，共有 24 点数字量 I/0，其模拟量扩可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结展模块具有较大的适应性和敏捷性，且安装便利，满意设计需要。（2）系统主电路图 3 系统主电路如图 3 所示，该系统有 4 台电动机，分别拖动 4 台电动机。合上空气开关后，当沟通接触器 KM1 、KM3, KM5 、

36、KM7 主触点闭合时，电动机为工频运行。当 KM2 、KM4 、KM6 、KM8 主触点闭合时，电动机为变频运行。 4 个热继电器 KR1 KR4 分别对 4 台电动机进行爱护，防止电动机在过载时可能产生的过热损坏。4.2 系统掌握电路设计（1）系统掌握电路如图 4 所示， Q0.0 Q0.7 为 PLC 输出软继电器触点，其中 Q0.0, Q0.2, Q0.4, Q0.6 掌握变频运行电路。 Q0.1、Q0.3、Q0.5、Q0.7 掌握工频运行电路。 SA 为转图 4 系统掌握电路换开关，实现手动、自动掌握切换。当SA 切在手动位时，通过 SB1SB4 按钮分别起动 4 台水泵工频运行 ,S

37、B5SB8 按钮分别停止 4 台离心风机工频运行当 SA 在自动位时，由PLC 掌握水泵进行变频或工频状态的起动、切换、停止运行。（2）PLC 及变频器掌握模块电路PLC 及变频器掌握模块是本系统的核心，它包括时间掌握电路、故障报警爱护电路、断相相序爱护电路。5 软件设计该系统除部分为次序掌握外，从总体上来看具有随机离散掌握的特点。控 制系统软件结构的流程图如图 2所示。设定由瓦斯浓度传感器传送来的瓦斯浓度值为D，用户设定不能超过的瓦斯浓度值为D0，气压传感器传来的压力为 F1， 用户要求的矿井内气压值为 F2。由图 5可知，按下启动键后，第一检测是否手动，假如是就手动掌握操作，否就就自动正常

38、运行。接着检测矿井内瓦斯浓度值和大气压力值，进行处理判定。如D D0，就通风机与矿井下供电电源联锁停止工作并报警，否就比较判定 F1与F2的大小，如 F1 F2，进入风机轮休掌握子程序，启动 A风机， A风机运行肯定时间后，启动 B组风机工作， A组风机停止。否就两台通风机同时参加工作。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结开头N是否手动转手动掌握Y数据采集子程序YDD0 .风机连锁停止并报警NNF1F2.两组风机同时运行Y风机轮休掌握子程序NF1F2.终止Y图5 系统总流程图5.1 瓦斯浓度掌握部分瓦斯浓度掌握部分和温度掌握部分相似。本设计用到的瓦斯浓度传感器为KGJ16B型，其性

39、能参数见硬件设计部分，瓦斯浓度传感器将连续变化的瓦斯浓度信号转换为 420毫安的电流，然后经 A/D 转换模块 EM235，通过其内部的采样、滤波，转换为 PLC能识别的二进制信号储备到 VD196 中。在离心风机运行过程中如矿井工作面的瓦斯浓度大于设定的报警瓦斯浓度上线时，M0.1闭合， Q1.1也闭合，系统将发出指示并报警。以警示工作人员工作面瓦斯涌出量已有安全隐患，做好排放瓦斯的预备。如井巷工作面瓦斯浓度连续增大，当VD196的储备值大于设定的断电瓦斯浓度上线时，M0.2闭合， PLC将发出切断电源的指令，将 PLC全部输出和内部位复位，并切断风机电源各井巷工作面的电源，防止有明火引起与

40、其爆炸。同时并发出报警。抽放瓦斯后，当瓦斯浓度VD196的储备值再次下降到小于断电瓦斯浓度上线时，风机组并不能重新运行工作。只有当瓦斯浓 VD196的储备值下降到小于瓦斯浓度报警上线时，PLC才复原风机组再次启动并将风机组运行工作。图 6 瓦斯浓度掌握程序5.2 压力掌握部分压力是本掌握系统的主控参数，在压力数据处理过程中运用到PID算法。所谓的PID就是比例、积分、微分的总称。其结构如图6所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PID运算中的积分作用可以排除系统的静态误差，提高精度，加强对系统参数变化的才能，而身分作用可以克服惯性滞后，提高抗干扰才能和系统的稳固性，可改善系统动

41、态响应速度。因此，对于速度、位置等快过程扩温度、化工合成等慢过程， PID掌握都具有良好的实际成效。压力是本掌握系统的主控参数，在压力数据处理过程中运用到 PID算法。所谓的PID就是比例、积分、微分的总称。其结构如图 4所示。PID运算中的积分作用可以排除系统的静态误差，提高精度，加强对系统参数变化的才能，而身分作用可以克服惯性滞后，提高抗干扰才能和系统的稳固性，可改善系统动态响应速度。因此，对于速度、位置等快过程扩温度、化工合成等慢过程， PID掌握都具有良好的实际成效。在系统稳态运行时， PID掌握器的作用就是通过调剂其输出访偏差为零。偏差由定量（ SP，期望值）与过程变量（PV，实际值

42、）之差来确定。系统PID调剂的微分方程式由比例项、积分项和微分项组成。在自动方式下，利用远传空气压力传感器检测矿井内的气压信号，用变送器将现场的模拟压力信号变换成统一的 1 10V直流电压信号，送人 A D转换模块进行模数转换，转变为PLC内部能识别的二进制信号。压力参数的设置与矿井的深度、巷道的截面等诸多因素有关，所以本设计利用触摸屏进行PID参数设置。图7PID 参数设置其设置调用了压力子程序见附图。PID参数设置好后要分别对压力设定值、增益值、采样值、积分时间和微分时间进行填表。程序图如图8所示。图8压力中断子程序本系统的压力掌握是用 SMB34定时设定的时间周期进行中断处理的，利用SM

43、B34固定的时间间隔作为采样周期，对模拟量AIW0 输入进行采样，然后通过A/D转换模块进行模数转换。中断子程序如图8所示。压力中断程序分两部分进行处理数据，一部分将转换后的数据储备到 VD128 中与设定的压力值进行比较处理。假设矿井内的气压在一个大气压或在设定的某个大气压力数值以上，PLC通过掌握变频器，工作通风机与备用通风机循环工作，由矿井的气压参数通过PLC运算去掌握变频器来达到风机的转速的掌握。当显现突发事故，或矿井内的气压低于设定的某个气压参数时，VD128 的压力值与工频压力值 VD136 进行比较，如 VD128 小于或等于 VD136 的值，就当前运行通风机将由变频转到工频运行，此时假如仍满意不了通风的需要时，工作