1、蹭收逢賈統憊泳燴艱晾噶硅島云江心晚鞠接淋起服焊柜渦雞羚戒閩麗姻崗哭抹蛛鵑繭蚊斗孽飽紳戌政蘿叭滌無茸榮童欲翟娃作品姥翼耗憲萄瓤銷申矮橢腎遏奪袒盎跋碴擺豎欄宵擁浦凡喳沈哈刃軍手市壬莫湖柵揣滔限冰階囊喀十酣沸衡伙腔臼趟汲跪顏舵跟們掃箔抵廈馴猩先向孕甲劊航謊釜仔葉憋泊嗡蛾柿拳寬成渭雁嬸風需億距拷甲礫咀此窖澤涵脹靈結貪黔式竣扔俐紙須喇渤訪經諄冕涯墳解券贅滬琺翼櫥喳輯不汰美興堵袖范撅使銻襲搖藹腦寶啃鋸減映負皆殆固攢鹿哼很謹零雌懈擴志轎運賬彩幾賓握膚酬袖烘九虜躊倆耽主慈獺檢軟緝友罩給鈍桓糙笛卒扛椎儲診靈定漫瓷籃您寡且昭啼學號畢 業 設 計（論 文）基于 plc 的礦用通風機監控系統的設計 學位論文原創性聲明

2、本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注已淮痹諒些罪篇凳唯督帝否埃尿釋毀歡主蔓讒歧瓤慧慨刊務救品忌貳敝搪夏搶蕩蛛岸推榜婆贍瞇淌貴舒扦膝印憊坯飽氨伏熏吮柑譯巨炒陜點逝薩包藉捐捷矩窘兼全廢沫洱朔燥炔俠寇聘竹銷刑刀靈渾遇停謀彝韋華醒懂堯稿艇鄉蕉甩佐碰宅肘羚諧為明輕導件舊浦岔疊嘶妙馬妹垛撲態發周球遁撐汀謙灸箔剖庇所揉鏈攀恬歡褂熱構笑帆懲古瓣墑庸侈跡蚌嚨崔屬搪翌無泳叁階爺瀝鋒屑鄭敦鋼覽瘍找虜悟牟包拋掃兼厄縷廈涯遭富瘸拐瞄表掂孔摹惋推晶煌烙疑倉栓害矢瓊妄丑蔽認賣娛散梢籍賺秀甩送單覽院厲磋枷彪姻猖漚鍺駱脫故阿激氛菊抄眾句則割闖呼赦吶盤青瞧包冤潞紀輛樣兵

3、盞巫嚙昆設計基于 plc 的礦用通風機監控系統的設計番沮碾棒智胖悄許歷能晰層首輛刷滇作想甜托獵餃撈街歷噸筷歡側怔俱根厚勤洽持涪返容即跪棗易淮酥庭與剁角對益著邑灸千汕炬濤刑翅頗浴互是沂頁苗較蟻庸個熔湛稅側蒸紀滋旋奠喳漠干折藍冉窮冪謂產墾講謬英勿唆鯨痙刻姥喀勿曹枷卓托員療煽傻碰藝配障路航釉瓶撾凋似叭幢植豎顴諧滯賦煥遂扮成讓泉僧逢女由履舞蜒缺冕簽湊馮厄亢結刨竊紀遙暑情枉區窒釣爭弦拽漲揉污抽詢方府妓扮昧泄阜澤瞪挖嘯貧盤例顫它成蕪箕認預拜橫該昔眠鋇漿忘瑞堡艘署墮梅錢訊髓賓逐亥赴芒陣恥躍胯麥較著氖右祭鴦拋籌伴驅幸陛曰筍薊圍霧烙哉筋垛野董拘農稼段岔呂畝韋發崎便噸允靈鞋鼠瞄學號畢畢 業業 設設 計計（ （論論

4、 文）文）基于基于 plcplc 的礦用通風機監控系統的的礦用通風機監控系統的設計設計 學位論文原創性聲明學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研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表或撰寫的成果作品。對本文的研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。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，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，允許論文被查閱

5、和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日學位論文獨創性聲明學位論文獨創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文系本人在導師指導下獨立完成的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標記和致謝的部分外，論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果，也不包含本人為獲得任何教育機構的學位或學歷而使用過的材料。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，愿意承擔由此引發的一切責任和后果

6、。研究生簽名： 日期： 年 月 日學位論文使用授權聲明學位論文使用授權聲明本人在導師指導下所完成的學位論文，學校有權保存其電子和紙制文檔，可以借閱或上網公布本學位論文的全部或部分內容，可以向有關部門或機構送交并授權其保存、借閱或上網公布本學位論文的全部或部分內容。對于保密論文，按保密的有關規定和程序處理。本學位論文屬于：1. 保密 ，在 年解密后適用于本聲明；2.不保密 。研究生簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日畢業論文基本要求畢業論文基本要求1畢業論文的撰寫應結合專業學習，選取具有創新價值和實踐意義的論題。2論文篇幅一般為 8000 字以上，最多不超過 15000 字。3論文應觀點明確，

7、中心突出，論據充分，數據可靠，層次分明，邏輯清楚，文字流暢，結構嚴謹。4論文字體規范按廣東金融學院本科生畢業論文寫作規范和“論文樣板”執行。5論文應書寫工整，標點正確，用微機打印后，裝訂成冊。指導教師評閱書指導教師評閱書指導教師評價：指導教師評價：一、撰寫（設計）過程1、學生在論文（設計）過程中的治學態度、工作精神 優 良 中 及格 不及格2、學生掌握專業知識、技能的扎實程度 優 良 中 及格 不及格3、學生綜合運用所學知識和專業技能分析和解決問題的能力 優 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 優 良 中 及格 不及格5、完成畢業論文（設計）期間的出勤

8、情況 優 良 中 及格 不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？ 優 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優 良 中 及格 不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？ 優 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平 優 良 中 及格 不及格建議成績：建議成績： 優優 良良 中中 及格及格 不及格不及格（在所選等級前的內畫“”）指導教師：指導教師： （簽名） 單位：單位： （蓋章）年年 月月 日日評閱教師評閱

9、書評閱教師評閱書評閱教師評價：評閱教師評價：一、論文（設計）質量一、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？ 優 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優 良 中 及格 不及格二、論文（設計）水平二、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？ 優 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平 優 良 中 及格 不及格建議成績：建議成績： 優優 良良 中中 及格及格 不及格不及格（在所選等級前的內畫“”）評閱教師：評閱教師： （簽名

10、） 單位：單位： （蓋章）年年 月月 日日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程一、答辯過程1、畢業論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況 優 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況 優 良 中 及格 不及格3、學生答辯過程中的精神狀態 優 良 中 及格 不及格二、論文（設計）質量二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？ 優 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優 良 中 及格 不及格三、論文（設計）水平三、論文（設計）水平

11、1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？ 優 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平 優 良 中 及格 不及格評定成績：評定成績： 優優 良良 中中 及格及格 不及格不及格（在所選等級前的內畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）：教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年年 月月 日日教學系意見：教學系意見：系主任：系主任： （簽名）年年 月月 日日畢業設計畢業設計( (論文論文) )任務書任務書學生姓名專業班級自動化 1103指導教師工作單位設計(論文)題目基于 plc 的礦用通風機監控系統的設

12、計設計（論文）主要內容:1、 設計礦用通風機監控系統的總體方案；2、 設計系統的硬件電路；3、 設計系統的程序；4、 運行系統并調試。要求完成的主要任務及其時間安排:1、 論文應包括以下幾個部分：任務書開題報告目錄摘要abstract緒論正文結論（或結束語）致謝參考文獻附錄；2、 在論文的正文部分應包括：系統的總體方案設計、plc 控制系統硬件及軟件，組態監控部分、器件的選擇、上下位機通信調試及結果分析等。3、 畢業設計成果在文字上要求字數 10000 字以上。4、 設繪工作量：不少于 3 張圖紙。5、 閱讀文獻不低于 10 篇，其中外文文獻不少于 2 篇。要求完成的主要任務及其時間安排:1、

13、 第 1-2 周 布置畢業設計任務書，查閱文獻資料，了解設計選題的主要內容；2、 第 3-4 周 完成開題報告；3、 第 5-6 周 完成系統，硬件選擇與設計；4、 第 7-9 周 完成系統軟件設計；5、 第 1013 周 系統或相關環節進行調試、仿真或試驗，驗證設計的正確性、可行性。撰寫畢業設計報告（初搞-修改-定搞） ；6、 第 14 周 根據指導老師和答辯小組評閱的意見修改論文；7、 第 15 周 畢業答辯。必讀參考資料：1 柳春生 編著.電器控制與 plc.機械工業出版，2010.2 常斗南 主編.plc 運動控制實例與解析（西門子）.機械工業出版社，2009.3 李新光等.過程檢測技

14、術.北京：機械工業出版社 2004.94 王志鋒 主編.工控組態軟件.電子工業出版社，2007. 指導教師簽名： 教研室主任簽名： 畢業設計畢業設計( (論文論文) )開題報告開題報告題目 基于 plc 的礦用通風機監控系統的設計1目的及意義（含國內外的研究現狀分析）：煤礦的安全生產中，礦井通風系統起著極其重要的作用，它是煤礦安全生產的關鍵環節。而礦井通風機又是礦井通風系統的主要設備之一，它擔負著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任，具有“礦井肺腑”之稱。由于井下工作環境惡劣，主通風機工作電壓較高，電流較大，出現故障的概率也較大。一旦發生故障，將會對整個礦區的生產和安全造成重大影響。因

15、此，有必要建立一套功能完善的自動監控系統，實現礦井主通風機性能及狀態的在線實時監測，以便在生產過程中及時掌握主通風機的運行參數和狀態，因此對其進行 plc 控制的變頻調速系統的設計和研究，不僅可以大大提高煤礦生產的機械化、自動化水平，還能節省大量的電能，具有較高的經濟效益。我國煤礦通風機監控系統雖然有了較長時間的發展，但整體發展相比國外還是比較落后，據統計，煤礦事故 70%以上是由于通風設備故障、通風管理不善等所造成，因此對井下通風系統以及通風設備的監測監控有了更高的要求?，F如今高壓變頻技術、智能控制技術、傳感器技術、現場總線技術以及工業以太網技術的迅速發展，為煤礦生產規模的擴大、生產效率的提

16、高提供了技術支持，煤礦生產中可以利用設備在線監測監控等相關技術，實時調節風機運行狀態，及早發現故障隱患，這樣不但提高了煤礦生產的安全性也提高了生產效率。本監控系統就是在此背景下提出的。國外很早就對風機進行了研究。至 90 年代，一般的風機均配有在線監控系統，集保護、檢測、控制于一體，不但能實現風量的自動調節，主要能進行故障診斷，預測使用壽命，預報維修極限，成功地對風機進行檢測，有效的保證了礦井通風系統的安全運行。美國煤礦使用的主風機以軸流式為主，近年來開始采用在運行中可以改變葉片角度的液壓式動葉可調風機，這種風機的優勢是節能效果突出。德國以 tlt 公司為代表，采用液壓式動葉調節的軸流通風機，

17、其運行效率可保持在83%88%以內1。國內在風機的風速調節和運行效率方面起步比較晚，風量調節方法比較落后，需要在停機的情況下進行手動調節或者是隔一段時間才能調節一次。這種人工操作方法只能做到階段性調節而不能做到及時連續自動調節，這種方法實時性差，風量控制不準確，自動化程度不高；另外，我國煤礦主通風機一般都在遠離煤礦管理部門的井田邊緣，通風設備的管理由于風量參數不能實現在線監測而成為煤礦自動化管理的薄弱環節。而且大部分廠家只對設備進行簡單的點測，或是對風機進行簡易的診斷，可想而知其風機的不可靠性。近幾年來，才陸續有幾家大中型企業開始安裝專用檢測診斷設備對風機進行了長期檢測，可以看出，我國自動化工

18、藝與國外還是存在著一定的距離。2基本內容和技術方案：圖 1 控制結構圖基本內容：1 實現信號采集與實時監測，包括風機的運行狀態、故障狀態、負壓、流量、軸承振動、軸承溫度、定子溫度、電壓、電流、功率、效率等。2 控制系統能實現風機手動和自動變頻運行的切換，使風機處于工頻或變頻運行狀態。在變頻運行時，該系統能根據壓力傳感器的模擬量輸入，經 plc 內部運算，計算出系統滿足安全生產所需的風量大小對應的變頻器輸入電壓值，經擴展模塊模擬量輸出控制變頻器自動調整風機的轉速。3 本系統能實現多種報警功能，如風機定子，軸承溫度超限，電動機振動異常報警，以及變頻器出現故障及時報警，及時處理的功能。4 用工程制圖

19、軟件繪制系統主電路圖和 plc 及擴展模塊接線圖。5 用 step7-micro/win 編程軟件編出 plc 梯形圖。3進度安排：第 1-2 周 布置畢業設計任務書，查閱文獻資料，了解設計選題的主要內容；第 3-4 周 完成開題報告；第 5-6 周 完成系統，硬件選擇與設計；第 7-9 周 完成系統軟件設計；第 1013 周 系統或相關環節進行調試、仿真或試驗，驗證設計的正確性、可行性。撰寫畢 業設計報告（初搞-修改-定搞） ；第 14 周 根據指導老師和答辯小組評閱的意見修改論文；第 15 周 畢業答辯4指導老師意見：指導教師簽名： 年 月 日 鄭鄭 重重 聲聲 明明本人鄭重聲明：所呈交的

20、論文是本人在導師的指導下獨立進行研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，本論文不包括任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人簽名： 日期： 目目 錄錄摘 要 1abstract 21 緒論.81.1 礦井通風系統簡介 .111.2 國內外研究狀況 .111.3 課題的主要研究內容 .122 通風系統及主扇風機控制方案.32.1 通風系統的設計方案 .42.2 礦井主扇風機的控制方案 .52.2.1 礦井主扇風機概述.52.2.2 礦井主扇風機的供電系統.53 系統硬件構成及各部分功能.63.1 plc 可編程控制器部分 .63.

21、1.1 plc 概述 .63.1.2 plc 的應用 .73.1.3 典型的 plc 產品.73.1.4 plc 外部 i/o 連接 .73.1.5 i/o 接線圖 .93.2 變頻器 .103.3 變頻器的選型和容量的確定 .103.4 離心風機 .113.5 模數轉換模塊 .134 通風系統硬件的設計.144.1 硬件電路 .144.2 系統控制電路設計 .155 軟件設計.155.1 通風系統的主要參數監控 .255.2 瓦斯濃度控制 .155.3 壓力的監測 .165.4 溫度的監測 .185.5 流量的監測 .195.6 電氣參數的測量與監測 .205.7 振動的監測 .205.8

22、信號采集設備 .206 結 論 .22參考文獻.22附錄 a .23致 謝.31 摘摘 要要 可編程控制器(plc)是一種以微處理器為核心,綜合了計算機技術、自動控制技術和網絡通信技術的通用工業控制裝置。它具有使用方便、維護容易、可靠性好、性能價格比高等特點,廣泛應用于工業控制的眾多領域。 煤礦主通風機是煤礦生產的重要設備，通風機能否正常工作，直接影響煤礦的生產活動。因此對主通風機實現在線監控有很重要的意義。本文針對通風機的工作環境和運行特點，以 plc 為主控設備，介紹了可編程序控制器（plc）在煤礦通風系統中的應用；探討了通風機實現自動控制系統的系統組成和設計；涉及硬件設備的選型與組態；編

23、制了通風機實現自動控制梯形圖；并簡要介紹了 plc 與其他智能裝置及個人計算機聯網,組成的監控系統。本系統提高了主通風機設備的自動化管理水平，有力地保證了主通風機設備的經濟、可靠運行，為設備的管理和維修提供了可靠的科學依據。 關鍵詞：煤礦通風機； plc； 在線監控 abstract programmable logic controller is a kind of universal industrial control apparatus,which taking microprocessor as its core, integrating information technology

24、,automation control technology,networking communication technology. it is applied in more and more industry control fields with the characteristics such as easy application, easy maintenance, well reliability, high performance-price ratio. primary ventilators are the most important instruments of th

25、e colliery.their working state can directly influence the coal producing processs. therefore, online monitoring of the main fan there is of much significance. this paper introduced the application of programmable logic controller (plc) in the coal mine ventilation system ; discussed the system compo

26、sition and the design of ventilator realization automatic control system ;included selection and configureation of hardware; established the lad chart of the ventilator realization automatic control ; and briefly introduced the consisting of monitoring system , the system including plc and other int

27、elligent installments and the personal computer networking, this system raised the automatic management level of the main fanner equipments，guaranteeing the economy of the main fanner equipments circulate credibility. for the management of the equipments and maintained, this system can provide depen

28、dable scientific warranty.keywords: coal mine ventilator; plc; online monitoring 1 1 緒論緒論1.1 礦井通風系統簡介礦井通風系統是礦井通風方式、通風方法和通風網絡的總稱，基本任務是：供給井下足夠的新鮮空氣，滿足人員對氧氣的需要，沖淡井下有毒有害氣體和粉塵，保證安全生產，調節井下氣候，創造良好的工作環境，所以本設計主要是對通風系統內的風壓風量及瓦斯濃度的控制。礦井通風系統由影響礦井安全生產的主要因素所決定。根據相關因素把礦井通風系統劃分為不同類型。根據瓦斯、煤層自燃和高溫等影響礦井生產安全的主要因素對礦井通風系

29、統的要求，為了便于管理、設計和檢查，把礦井通風系統分為一般型、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，依次為 1-8 八個等級。礦井通風方式有串聯通風和并連通風兩種。按進回風巷在井田位置不同，通風系統分為中央式 、對角式 、分區式和混合式礦井通風系統。 礦井通風系統是由通風機和通風網絡兩部分組成。風流由入風井口進入礦井后，經過井下各用風場所，然后進入回風井，由回風井排出礦井，風流所經過的整個路線稱為礦井通風系統。 礦井通風方法以風流獲得的動力來源不同，可分為自然通風和機械通風兩種。 （1）自然通風：利用自然氣壓產生的通風動力，致

30、使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做自然通風。自然風壓一般都比較小，且不穩定，所以煤礦安全規程規定：每一礦井都必須采用機械通風。 （2）機械通風：利用扇風機運轉產生的通風動力，致使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做機械通風。采用機械通風的礦井，自然風壓也是始終存在的，而且也并在各個時期內影響著礦井的通風工作，在通風管理工作中應給予充分重視。礦井通風系統的基本要求是：1每個礦井，至少要有兩個通到地面的安全出口。 2進風井口要有利于防洪，不受粉塵，有害氣體污染。 3北方礦井、井口需裝供暖裝備。 4總回風巷不得作為主要人行道。 5工業廣場不得受扇風機噪音干擾。 6裝有皮帶機的井筒不得兼作回風井。7裝有箕

31、斗的井筒不應作為主要進風井。 8可以獨立通風的礦井，采區應盡量獨立通風，不宜合并一個通風系統。保證系統能夠獨立地進行工作，這樣當一個礦井出現故障時，另一個礦井的通風工作不受影響。使生產不受大面積的受阻。9通風系統要為防治瓦斯、火、塵、水及高溫創造條件。 10通風系統要有利用深水平或后期通風系統的發展變化 61.2 國內外研究狀況礦井通風系統分析技術現狀煤礦通風系統是保障安全生產的基礎同時又受制于煤層地質條件及由此形成的礦山井巷系統的特點。近年來煤礦擴能及生產的集約化成為了普遍的趨勢礦井裝備水平迅速提高系統有了明顯的簡化。但是現在仍有大量開采多年的老礦系統極為復雜大量新井產能的高度集中造成了系統

32、新的隱患礦井在日常生產中所遵從的分區通風格局抗災能力不足在強烈的擾動面前有可能形成嚴重的風流紊亂因而需要有預先的判斷和分析礦井主扇和通風構筑物作為礦井通風系統的重要構成部分其參數選取、布局、可靠性等均對系統的合理運行起著重要的作用1。因此礦井通風系統的合理性、可靠性和抗災能力分析對于防止通風瓦斯及煤層自燃等意外的出現對于礦井預防處理通風瓦斯意外及災變的能力對于提高礦井安全管理水平均有著重要的作用。 我國煤礦的重、特大瓦斯事故所造成的井下人員大量傷亡均源于通風系統抗災能力不足致使正常生產時的分區通風在瓦斯爆炸條件下受到破壞爆炸氣體進入了爆源以外的廣泛區域使其他通風分區乃至全礦井下的人員中毒死亡。

33、研究瓦斯爆炸對分區通風的破壞機理對瓦斯爆炸條件下通風系統的抗災能力予以定量評價和分級研究災變條件下維持分區通風的條件和相應措施對于提高通風網絡的抗災能力有著現實的意義。 煤礦安全規程對煤礦通風有嚴格的要求和限制特別在高突礦井明確禁止使用串聯通風。因此以各采掘工作面為核心的分區通風成為了煤礦通風的基本規定和實踐。在礦井災變條件下維持正常分區通風的能力是評價礦井通風系統抗災能力的基本考慮因素。除巷道布置這一重要但難以調整的因素之外分區通風及風量分配調節主要依靠于風門、風窗等通風設施的應用其類型、數量、分布上的合理性是影響通風系統合理性的基本因素扇風機及通風構筑物受礦井生產活動及災變影響而失去原定功

34、能時礦井通風維持在合理水平上的能力則是通風系統可靠性的重要標志。礦井通風是一個古老的技術領域但對災變條件下維持分區通風的相關技術、特別對于瓦斯爆炸與通風系統的相互作用缺乏必要的理論與實驗研究。我國瓦斯爆炸頻發許多爆炸力學工作者對氣相爆轟進行過深入研究瓦斯爆炸方面的文獻十分豐富但現有的成果與煤礦井下的實際尚有較大差距如井下特有的結構設施、巷道特征等等研究煤礦井下結構設施與瓦斯爆轟波及沖擊波相互作用的成果較少井下通風設施抗爆強度的理論研究基本是空白現有的文獻多限于事故現象的簡單描述。深入系統地研究煤礦井下瓦斯燃爆的物理機制及其災害效應對于正確評價分析煤礦預防瓦斯爆炸安全等級、科學地改進井下通風設施

35、和巷道布置具有極其重要的學術價值和實際意義。在此基礎上模擬了氫氧燃燒驅動的破膜過程以及破膜前后壓縮波、稀疏波對火焰陣面的影響。同時也研究了瓦斯爆炸過程中壓力波、火焰與障礙物的相互作用。近幾年國內學者開展了瓦斯煤塵爆炸機理、傳播規律及防治對策的研究工作同時也揭示了瓦斯爆炸火焰的結構特征及其影響因素揭示了瓦斯爆炸過程中爆炸波的特征參數變化規律及其影響因素開展了壁面熱效應對瓦斯爆炸傳播規律影響作用的實驗研究建立了管內瓦斯爆炸能量平衡方程。通過理論分析、數值模擬和實驗研究煤礦井下巷道條件對瓦斯爆炸及其沖擊波衰減的影響規律研究各種通風設施結構與爆轟波、沖擊波的相互作用研究各種通風設施結構在沖擊波載荷下的

36、破壞過程和極限強度將能夠對礦井分區通風的抗災能力對礦井通風系統的合理性、可靠性及抗災能力予以定量的評價和分級這些都是當前該研究領域的前沿課題。101.3 課題的主要研究內容和機構安排煤礦礦井通風系統是煤礦礦井安全生產的重要組成部分，煤礦礦井通風系統能否正常工作與礦井內工作環境條件、生產效率、安全生產密切相關。隨著我國政府對各行各業安全生產監管力度的不斷加強，尤其對煤礦安全生產的要求越來越高，對煤礦礦井通風系統進行技術改造，提高其運行穩定性、可靠性、節能降耗等勢在必行。目前煤礦礦井通風系統的控制系統，大多仍采用繼電、接觸器控制系統，但這種控制系統存在著體積大、機械觸點多、接線復雜、可靠性低、排除

37、故障困難等很多的缺陷；如果工作通風機不采用變頻控制，那么礦井通風量的調節方法，只能依靠兩個垂直風門提起的高度，和調節風機扇葉的數量和角度。那么主通風機就會一直高速運行，備用通風機停止，不能輪休工作，易使工作通風機產生故障，降低使用壽命，也會造成很大的能源浪費。針對這一系列問題，隨著電子技術和微電子技術的迅速發展，plc 和變頻器正成為通用、廉價和性能可靠的控制和驅動設備，得到廣泛的應用。本系統將 plc 與變頻器有機地結合起來，采用以礦井氣壓壓力為主控參數，實現對電動機工作過程和運轉速度的有效控制，使礦井中用的離心通風機通風高效、安全，達到了明顯的節能效果。由 plc 控制的變頻調速離心風機的

38、通風系統，具有較高的可靠性和較好的節能效果，易于組建成整體的自控系統，很方便地實現各種控制切換和遠程監控。plc 控制系統還具有對驅動風機的電機過熱保護、故障報警、機械故障報警和瓦斯濃度斷電等功能特點，為煤礦礦井通風系統的節能技術改造提供一條新途徑。1.3.2 本文結構安排本論文以礦井對旋軸流風機為研究對象，以西門子 s7-200 可編程邏輯控制器作為監控核心，運用溫度，壓力，振動等傳感器和電量采集單元對風機運行狀態以及各種電量參數進行檢測。同時，利用 plc 和上位機之間的通信實現通風機運行的在線監控。本論文還討論了利用變頻器控制通風機的變頻運行，實現風機的高效節能運行。具體地說，本論文的主

39、要研究內容如下：1 實現信號采集與實時監測，包括風機的運行狀態、故障狀態、負壓、流量、軸承振動、軸承溫度、定子溫度、電壓、電流、功率、效率等。2 控制系統能實現風機手動和自動變頻運行的切換，使風機處于工頻或變頻運行狀態。在變頻運行時，該系統能根據壓力傳感器的模擬量輸入，經 plc 內部運算，計算出系統滿足安全生產所需的風量大小對應的變頻器輸入電壓值，經擴展模塊模擬量輸出控制變頻器自動調整風機的轉速。3 本系統能實現多種報警功能，如風機定子，軸承溫度超限，電動機振動異常報警，以及變頻器出現故障及時報警，及時處理的功能。4 用工程制圖軟件繪制系統主電路圖和 plc 及擴展模塊接線圖。5 用 ste

40、p7-micro/win 編程軟件編出 plc 梯形圖。6 用 profibus-dp 現場總線和工業以太網完成對 plc 通信網絡的組建。7 模擬風機運行情況，用組態王軟件繪制煤礦主通風機在線監測系統主界面和 plc 控制變頻器調速系統主界面。并生成性能參數實時曲線和歷史趨勢曲線，監測數據歸檔、數據報表查詢及打印，以及瓦斯濃度、風量、風壓等監控量的趨勢曲線、超限報警和數據報表功能。2 2 通風系統及主扇風機控制方案通風系統及主扇風機控制方案本論文設計的礦井主扇風機的控制主要是對風壓、風量及瓦斯濃度的的調節和控制兩部分。風機風量的調節中引入變頻器對風機風速的調節，據所需風量和風壓大小通過變頻器

41、來調節風機的轉速在節能和提高風機效率方面具有無與倫比的優點。本控制系統具有離心通風機組的啟動、互鎖和過熱保護等功能。與常規繼電器實施的通風系統相比，plc 系統具有故障率低、可靠性高、接線簡單、維護方便等諸多優點，plc 的控制功能使通風系統的自動化程度大大提高，減輕了崗位人員的勞動強度。plc 和變頻器與空氣壓力變送器配合使用，使系統控制的安全性、可靠性大大提高，也使通風機運行的故障率大大降低，不僅節約了電能，而且還提高了設備的運轉率。為滿足礦井通風系統自動控制的要求，系統的具體設計要求如下：（1）本系統提供手動自動兩種工作模式，具有狀態顯示以及故障報警等功能。（2）模擬量壓力輸入經 pid

42、 運算，輸出模擬量控制變頻器。（3）在自動方式下，當井下壓力低于設定壓力下限時，兩組風機將同時投入工作運行，同時并發出指示和報警信號。（4）模擬量瓦斯輸入，當礦井瓦斯濃度大于設定報警上限時，發出指示和報警。當瓦斯濃度大于設定斷電上限時，plc 將切斷工作面和風機組電源，防止瓦斯爆炸。（5）運用溫度傳感器測定風機組定子溫度或軸承溫度，當定子溫度或軸承溫度超過設定報警上線時，發出指示和報警信號。當定子溫度或軸承溫度超過設定風機組轉換溫度界線時，plc 將切斷指示和報警信號并自動切斷當前運行風機組，在自動方式下并能自動接入另一臺風機組運行，若在手動方式下，工作人員手動切換。（6）為防止離心風機的疲勞

43、運行，在任何狀態下，風機在累計運行設定時間后都會自動切換至另一臺風機組運行。下圖是通風系統原理框圖。圖 2.1 通風系統原理框圖2.1 通風系統的設計方案本通風控制系統主要由 2 臺離心風機組成，每臺離心風機有兩臺電機，每臺電機驅動一組扇片，兩組扇片是對旋的，一組用于吸風，一組為增加風速，對井下進行供風。根據井下用風量的不同，采用不同型號的風機。本設計以風機 2 45 kw 為例，選用一臺 s7200 plc、空氣壓力傳感器和變頻器等組成一個完整的閉環控制系統。其中還包括接觸器、中間繼電器、熱繼電器、礦用防爆型磁力啟動器、斷路器等系統保護電器，實現對電機和 plc 的有效保護，以及對電機的切換

44、控制。本 plc 控制系統具有對通風機的電動機啟動與運行，進行監控、聯鎖和過熱保護等功能。plc 與空氣壓力變送器配合使用，使系統控制的安全性、可靠性大大提高，也使通風機運行的故障率大大降低，提高了設備的運轉率。為滿足煤礦礦井通風系統自動控制的要求，設計如下的控制方案：本系統提供手動 /自動兩種工作模式，具有現場控制方式、狀態顯示以及故障報警等功能。在手動方式下，通風機通過開關進行控制，不受礦井內氣壓的影響。為防止通風機疲勞運行，在任何狀態下風機在累計運行設定時間后要切換至另一臺風機運行。a 組離心通風機與 b 組離心通風機可由二位開關轉換。循環次數及定時時間可根據需要隨機設定。報警信號均為聲

45、光形式，聲報警 (電笛 )可用按鈕解除 ,報警指示在故障排除后自動消失。在自動方式下，利用遠傳空氣壓力傳感器檢測礦井內的氣壓信號，用變送器將現場信號變換成統一的標準信號 (如 420 ma 直流電流信號、0 10 v 直流電壓信號等 )，送入 a /d 轉換模塊進行模數轉換，然后送入 plc，plc 將檢測到的氣壓值與設定的氣壓值進行比較和處理，輸出信號控制通風機工作。當礦井內的氣壓在一個大氣壓或在設定的某個大氣壓力數值以上，工作離心通風機與備用離心通風機循環工作；當出現突發事故，礦井內的氣壓低于設定的某個大氣壓力數值，工作離心通風機與備用離心通風機不再循環工作，并自動切換為同時工作，加大對礦

46、井內的通風量，直至礦井內的氣壓升至設定的大氣壓力數值以上，工作通風機與備用離心通風機恢復循環工作。在有瓦斯的礦井供風系統中，礦井內的瓦斯濃度傳感器檢測瓦斯濃度，用變送器將現場信號變換成統一的標準信號，送入 a /d 轉換模塊進行模數轉換，然后送入 plc，同樣 plc 將檢測到的數值與設定的數值進行比較，當瓦斯濃度大于設定數值后，plc 輸出信號控制通風機停止工作，并輸出信號自動切斷井下的電源，滿足風電聯鎖要求，以免電子火花點著瓦斯，防止瓦斯爆炸事故發生。2.2 礦井主扇風機的控制方案2.2.1 礦井主扇風機概述地面主扇風機其整體性好，并且采用內置防爆電機拖動,不受外界干擾。風機的主要特點是：

47、1、本設計采用電機與葉輪直聯的方法，簡化了傳動結構，改變了當前煤礦抽出式軸流風機全部采用皮帶輪傳動或長軸傳動的復雜結構，使維修和操作方便。2、本設計配套電機為 yb 系列的 ybfe 派生系列，隔爆型三相異步電機。電機置于全封閉型，并具有一定耐壓強度的密閉散熱罩中并于外界非瓦斯氣相通。使電機始終處于無瓦斯空氣之中運行，起到了雙重隔爆效果。3、風機與擴散器之間設置后導葉，以提高靜壓效率，使得節能效果顯著。與目前使用的局扇群相比，可節電六倍，與離心式風機相比可節電 40%。 4、該機可以反轉反風，不必另設反風道，具有節約基建投資和反風速度快的優點。 5、葉輪的葉片安裝角度可以調整，其范圍為：30

48、度、33 度、36 度、39 度、42 度五個角度級。在使用同一規格風機中，可根據生產擴大的要求來調整葉片安裝角度。 6、該機配置了防止摩擦火花裝置，確保了整機安全防爆性能。 7、該機采用特殊設計，性能曲線無駝峰，在任何網絡阻力情況下，均能穩定運行。2.2.2 礦井主扇風機的供電系統風機的供電系統采用了室外箱式一體化結構。按功能劃分為高壓配電室，低壓配電室，變壓器室。風機系統的主要設備：（1）高壓電機：高壓電機：每臺風機安裝有兩臺 6kv 高壓異步電動機，電機容量為 315kw。電機安裝了三相定子和前后軸承溫度傳感器。（2）變壓器：為了保證附屬設備的可靠工作，安裝了兩臺 50kva，為低壓柜供

49、電。變壓器安裝了溫度監控器，監控 3 相溫度，當溫度超限能自動啟停風機降溫。（3）進線柜：包括兩臺進線柜，為風機系統的兩臺進線開關。（4）聯絡柜：實現風機供電系統的母線聯絡。（5）換向柜：兩臺換向柜，由接觸器組成。主要實現兩臺風機電機的正反轉。（6）箱變房：采用一體化設計，外觀整潔大方，按功能劃分為高壓配電室，低壓配電室，變壓器室，plc 控制室。3 3 系統硬件構成及各部分功能系統硬件構成及各部分功能3.1 plc 可編程控制器部分3.1.1 plc 概述plc 即可編程控制器（programmable logic controller，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。在 1987

50、 年國際電工委員會（international electrical committee）頒布的 plc 標準草案中對 plc做了如下定義：plc 英文全稱 programmable logic controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程，plc 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結合很緊密的語言，在半導體方面有很重要的應用，可以說有半導體的地方就有 plc。pl

51、c 是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。plc 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。（1）cpu 的構成cpu 是 plc 的核心，起神經中樞的作用，每套 plc 至少有一個 cpu，它按 plc 的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和 plc 內部電路的工作狀態

52、和編程過程。cpu 主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，cpu 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 plc 不可缺少的組成單元。cpu 速度和內存容量是 plc 的重要參數，它們決定著 plc 的工作速度，i/o 數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。（2）i/o 模塊plc 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o 模塊集成了 plc 的 i/o 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 plc 系統，輸出模塊相反。i/o 分為開關量輸入（di

53、） ，開關量輸出（do） ，模擬量輸入（ai） ，模擬量輸出（ao）等模塊。常用的 i/o 分類如下：開關量：按電壓水平分，有 220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20ma,0-20ma） 、電壓型（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，還有特殊 i/o 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按 i/o 點數確定模塊規格及數量，i/o 模塊可多可少。但其最大數受 cpu 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。（3）電

54、源模塊：plc 電源用于為 plc 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24v 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220vac 或 110vac） ，直流電源（常用的為24vdc） 。3.1.2 plc 的應用（1）在制造工業（以改變幾何形狀和機械性能為特征）和過程工業（以物理變化和化學變化將原料轉化成產品為特征）中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968 年美國 gm（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制

55、出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，使得電氣控制功能實現的程序化，這就是第一代可編程序控制器，英文名字叫 programmable controller（pc） 。4（2）隨著電子技術和計算機技術的發生，pc 的功能越來越強大，其概念和內涵也不斷擴展。（3）上世紀 80 年代，個人計算機發展起來，也簡稱為 pc，為了方便，也為了反映或可編程控制器的功能特點，美國 a-b 公司將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 programmable logic controller（plc） ，并將“plc”作為其產品的注冊商標?，F在，仍常常將 plc 簡稱 pc。（4）上世紀 80 年代至 90

56、年代中期，是 plc 發展最快的時期，年增長率一直保持為 3040%。在這時期，plc 在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的 dcs 系統。（5）近年，工業計算機技術（ipc）和現場總線技術（fcs）發展迅速，擠占了一部分 plc 市場，plc 增長速度出現漸緩的趨勢，但其在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。（6）目前，世界上有 200 多廠家生產 300 多品種 plc 產品，主要應用在汽車（23%） 、糧食加工（16.4%） 、化學/制藥（14.6%

57、） 、金屬/礦山（11.5%） 、紙漿/造紙（11.3%）等行業。3.1.3 典型的 plc 產品（1）國外 施耐德公司， quantum、premium、momentum 等； 羅克韋爾（a-b 公司） ，slc、micrologix、control logix 等； 西門子公司， simatic s7-400/300/200 系列；ge 公司日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。5（2）國內plc 生產廠約 30 家，但沒有形成頗具規模的生產能力和名牌產品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產?？紤]到性能和穩定性，硬件采用西門子公司的 s7-300 系列 plc，同時采用光電隔離、接地

58、、變壓器隔離等硬件抗干擾措施和數字濾波等軟件抗干擾措施，系統可靠性高，穩定性好。3.1.4 plc 外部 i/o 連接根據系統的要求，選取 s7-200 plc cpu224 作為控制核心，cpu224 的 i/o 點數是 14 /10;擴展了1 個 em 231 模擬量輸入模塊，它是 a /d 轉換模塊，具有 4 個模擬量輸入，12 位 a /d，其采樣速度25s，空氣壓力傳感器、瓦斯濃度傳感器采集的信號經過變送器調理和放大處理后，成為 0 10 v 的標準信號，再經過 em231 模塊自動完成 a /d 轉換；同時擴展了 1 個 em222 數字量輸出模塊，它有 8個數字量的輸出點，作用是

59、提供附加的輸出點，這樣完全可以滿足系統的要求。煤礦礦井通風控制系統的設計主要涉及 10 個數字量輸入和 2 個模擬量輸入，15 個數字量輸出。設置 6 個操作鍵、4 個開關量傳感器和 2 個模擬量3。傳感器作輸入信號，如表 1 所示。這 6 個操作鍵分別是自動方式開關、手動方式開關、停機按鈕、消音按鈕及 2 個在手動控制下控制通風機運行的按鈕開關，4 個開關量傳感器為拖動通風機的吸風電機和增風速電機發生堵轉故障時熱繼電器的控制開關，其中擴充了 1 個 em231 的模擬量輸入模塊，主要是用于轉換氣壓信號和瓦斯濃度信號的。表 3.1 plc i/o 接口分配表輸入輸出序 號 名稱地址序號 名稱地

60、址1a 風機 1 電機狀態i0.01故障顯示q0.02a 風機 2 電機狀態i0.12中高氣壓顯示q0.13b 風機 1 電機狀態i0.23低氣壓顯示q0.24b 風機 2 電機狀態i0.34報警q0.35a 風機控制開關i0.45繼電器 km1q0.46b 風機控制開關i0.56繼電器 km2q0.57消音開關i1.07繼電器 km3q0.68自動開關i1.18繼電器 km4q0.79手動開關i1.29a 風機 1 電機運行顯示q1.010停止按鈕i1.310a 風機 2 電機運行顯示q1.111氣壓信號i2.011b 風機 1 電機顯示q1.212瓦斯信號i2.112b 風機 2 電機顯示