毕业设计论文基于PLC的矿井通风机控制系统设计.docx

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P1C控制的变频调速系统的设计和研究，不仅可以大大提高煤矿生产的机械化、自动化水平，还能节省大量的电能，具有较高的经济效益。本系统将P1C与变频器有机地结合起来，采用以矿井气压压力和瓦斯浓度为主控参数，实现对电动机工作过程和运转速度的有效控制，使矿井通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。且P1C控制系统具有对驱动风机的电机有过热保护、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提供一条新途径。与常规继电器实施的通风系统相比，P1C系统具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点，P1C的控制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。关键词：P1C,变频器，传感器，通风机，压力检测AbstractInthesafeproductionofcoa1mine,themineventi1ationsystemp1aysaveryimportantro1e,itisthekey1inkofcoa1minesafetyproduction.Themineventi1ationmachineisoneofthemainequipmentinthemineventi1ationsystem,sotheforthedesignandresearchofP1Ccontro1systemoffrequencycontro1ofmotorspeed,noton1ycangreat1yimprovethemechanizationandautomation1eve1ofthecoa1mineproduction,buta1sosave1argeamountsofe1ectricity,hashigheconomicbenefit.ThesystemP1Candinverterorganica11yarecombinedwiththepressureandthegaspressureinordertominetheconcentrationofcontro11ingtheparametersoftheworkingprocessandoperationofthemotorspeedcontro1,somineventi1ationfanefficiency,safety,achievedsignificantenergysavings.AndtheP1Ccontro1systemonthedrivefanmotorwithoverheatingprotection,fau1ta1arm,mechanica1fai1urea1armandtheconcentrationofpowerandotherfeaturesofgasforcoa1mineventi1ationsystemtoprovideanewwaytoenergytransformation.Heretoentertheneedtotrans1atewordsandgenera1re1ayintheimp1ementationoftheventi1ationsystem,thesystemhasthep1cfai1urerate1owandhighre1iabi1ity,thesimp1e,easyandwiththeadvantageofthep1c,thecontro1functionoftheventi1ationsystemofautomationisgreat1yincreased,thepostsofstaff1abourintensity.Keywords：P1C,Inverter,Sensors,Venti1ationunits,Pressuretesting目录摘要I.AbstractII第1章绪论11. 1矿井通风系统的简介11.2本课程设计研究的意义213国内外发展状况2第2章系统的结构与工理42. 1系统设计功能42.2系统结构5第3章系统硬件择63. 1电路设计63. 1.1主电路63 .1.2控制电路74 .2P1C的类型83. 2.1p1c的概述83. 2.2p1c的基本成93. 2.3P1C的工作原理93. 2.4.4P1C类型的选用103. 2.5P1C内部分配113. 2.6CPU模块的外部连接123. 2.7扩展模块的外部连接123. 3传感器概述133. 3.1瓦斯浓度传感器143. 3.2温度传感器143. 3.3空气压力传感器153.4变频器部分16第4章通风机总体结构设计174.1结构方案简图设计184. 1.1扩散器185. 1.2集流器与流线罩196. 1.3叶轮217. 1.4外壳224.2第一级叶轮的设计234.2.1确定叶轮毂比2及轮毂直径d234.2.2确定计算截面244.2.3叶片几何尺寸的计算254. 2.4键的校核274.3第二级叶轮的设计294.3.1确定叶轮毂比2及轮毂直径d294.3.2确定计算截面304.3.3叶片几何尺寸的计算324.3.4叶片的绘制334. 4电机的选择35第5章主通风机系统的软件设计374.1 温度控制部分374.2 瓦斯浓度控制部分405. 3压力控制P分.426. 4机械故障处理部分46致谢47参考文献48第1章绪论1.1 矿井通风系统的简介其通风系统的基本主要任务是：供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气呼吸的需要，冲淡井下有毒有害粉灰及空气，保证人员安全生存，调节矿井下的空气环境创造保证安全的工作环境。矿井的通风系统是影响矿井安全生产的重要因素。矿井通风系统可以分为不同的类型，其划分标准是不同的因素。如根据瓦斯的浓度、煤层的自燃还有高温的因素等。一般矿井通风系统的分类：通俗一般型、相对降温型、防火型、排放瓦斯型、防火及降温型、排放瓦斯及降温型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯与防火及降温型几种。矿井内部通风的方式根据得到的风力的动力来源的不同，分为两种：自然风、机械辅助通风。自然通风：这是则是一种利用大自然气压的不同而产生的通风动力，使得空气在井下巷道流动的流通方式叫做自然通风。自然通风的风压一般都比较小，而且不稳定因素很多，所以在煤矿安全规程有规定：每一处矿井都必须要采用机械通风。机械通风：这是一种利用安装主风扇用电机运转带动而产生的鼓风动力，从而致使空气在井下各个巷道之间互相流动的流通方式叫做机械通风。矿井的通风系统一般要求是：1 .每一个矿井，至少要有两个安全出口，并且通到地面。2 .进风井口要有利于防洪，不受粉尘，有害气体污染。3 .北方矿井、井口需装供暖装备。4 .总回风巷不得作为主要人行道。5 .工业广场不得受扇风机噪音干扰。6 .装有皮带机的井筒不得兼作回风并。7 .装有箕斗的井筒不应作为主要进风井。8 .如果一个矿井可以独立痛风病，必须独立通风，坚决不能合并通风系统。保证系统能够独立地进行工作，这样当一个矿井出现故障时，另一个矿井的通风工作不受影响,使生产不受大面积的受阻。12本课程设计的研究意义煤矿的矿井地下通风系统是否正常工作和矿井内的工作环境条件，生产效率，安全生产息息相关。随着国家对各行业的安全生产监管不断扩大，特别是对煤矿的生产安全越来越严，煤矿的矿井通风系统的技术改造，提高该系统运行稳定性，可靠性和节能性势在必行。国内煤矿重大瓦斯事故造成的井下人员出现大量的伤亡大多数都是通风系统抵抗灾难能力不强，使正常生产时，分区通风在瓦斯爆炸条件下受到破坏，爆炸气体进入了爆源以外的地方从而导致其他通风分区或者全矿井下的人员中毒身亡。因此以各采掘工作面为核心的分区通风成为了煤矿通风的基本规定和实践。在矿井灾变条件下维持正常分区通风的能力是评价矿井通风系统抗灾能力的基本考虑因素。除巷道布置这一重要但难以调整的因素之外分区通风及风量分配调节主要依靠于风门、风窗等通风设施的应用其类型、数量、分布上的合理性是影响通风系统合理性的基本因素扇风机及通风构筑物受矿井生产活动及灾变影响而失去原定功能时矿井通风维持在合理水平上的能力则是通风系统可靠性的重要标志。现在来说煤矿的矿井通风的控制系统，大部分采用继电接触器控制系统，但是这种控制系统体积大、机械的触点很多、接线特别复杂、可靠性低、排除各种故障困难等很多缺点；如果通风机不应用变频控制，则矿井通风量的调节方法，只能靠两个垂直风门提起的高度、调节风机扇叶的数量和角度等。那么主通风机一直高速运行，备用通风机就会停止，不能轮流工作，很容易使通风机产生故障，降低其使用寿命。随着电子技术和微电子技术的快速发展，P1C和变频器逐渐成为通用、廉价和性能非常可靠的控制驱动设备，并且得到广泛的应用。该系统将P1C和变频器有机结合，通过以矿井气压为主控参数，然后对电动机的工作过程和运转速度进行控制，使矿井中的通风机通风效率高、安全，非常明显的达到节能效果。P1C控制的风机的通风系统，具有很高的可靠性和很好的节能效果，容易组建成整体自控系统，方便地实现各种控制和切换。P1C的控制系统还有对风机的电机有着过热保护、机械故障报警、故障报警和瓦斯浓度断电等功能特点。1.3国内外发展情况国内外矿井通风机发展历史悠久，早在1902年爱尔兰就研制成功了世界上第一台多叶片矿井通风机，且将当时最初一台多叶片矿用通风机用在英国PeItOn煤矿，这台通风机的安装使井下通风发生了巨大的变化。从此多叶片风机对于发展整个通风技术做出了重大贡献。1949年至1950年间，丹麦诺迪斯克公司研制生产了首台运行中叶片能自动调整的轴流式风机，其后德国的T1T.K.K.等公司也相继生产了这类风机。由于该风机的优越性，到50年代中期首先在欧洲一些国家得到应用。美国，前苏联，日本等国也相继在1970年前后开始推广使用这种风机。20世界50年代初至70年代末我国矿山使用的矿井轴流主扇几乎是仿制苏联的BY型和K70型等风机，风量范围7T60m3S,静压范围400-5900Pa,全国各类矿井共使用约5000台左右。不过这类风机在20世纪的80年代被国家列为淘汰产品，早已不再生产。20世界的70年代开始沈阳鼓风机厂经技术研发与实验，研制成功了62A型单级主扇。其全压,风量以及各种参数标准非常基本适合我国国情的矿井通风网络，在中条山有色金属公司和邯郸矿务局的一些风井上使用。因其本机效率未达到设计要求，相差甚远，没有进一步改进和完善就停止了生产，在此基础上在20世界80年代该厂参考原苏联中央流体动力研究所提供的通风机启动略图和特性曲线又研制了2K60式轴流式通风机。在此期间沈阳风机厂研制了1K58和2K58型矿井轴流风机。第2章系统的结构和控制方案2.1系统的设计功能本控制系统采用通风机组的启动、互锁和过热保护等功能。与常规继电器实施的通风系统相比，P1C系统具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点，P1C的控制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。P1C和变频器与空气压力变送器配合使用，使系统控制的安全性、可靠性大大提高，也使通风机运行的故障率大大降低，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率。为满足矿井通风系统自动控制的要求，系统的具体设计要求如下：（1）本系统采用手动/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，输出模拟量控制变频器。（3）在自