矿井通风机控制系统设计
摘 要矿井通风系统的主要作用就是向矿井内及时提供新鲜的空气，让井下的有害气体得到排放，为矿井内人员的安全提供保障。本系统有效的将组态软件与PLC结合起来，主要针对矿井下的压力和瓦斯浓度的变化，实现对风机运行的方式及转速变化的有效控制。通过在线监控的方式使通风机达到安全、高效、节能的通风效果。在PLC部分也对该系统有电机过热报警、瓦斯浓度过高的断电报警、压力过低的报警以及电机故障的报警等多方面保护，通过这种形式成功为煤矿通风行业开辟了一条新的途径。
目 录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景和意义 1
1.2课题研究的发展历史 1
1.3课题的研究现状 1
1.4论文的结构和内容 2
2.控制系统的总体设计方案 3
2.1系统控制方案的比较 3
2.2系统的设计功能 3
2.3系统总体设计框图 5
3.控制系统的硬件设计 6
3.1可编程控制部分 6
3.1.1 PLC的选择 6
3.1.2 扩展模块简介 6
3.1.3 PLC的硬件接线图 7
3.2通风机的选型 8
3.3变频器的选型 8
3.4传感器的选型 10
3.4.1瓦斯传感器的选型 10
3.4.2压力传感器的选型 11
3.4.3温度传感器的选型 11
3.5总体电气连接图 12
4.控制系统的软件设计 13
4.1控制系统总体流程图 13
4.2 I/O地址的分配 14
4.3总程序的设计 15
4.3.1手动/自动选择程序设计 15
4.3.2总启动程序设计 15
4.3.3压力控制程序设计 16
4.3.4瓦斯检测程序设计 17
4.3.5电机温度检测的程序设计 18
5.上机位的监控界面设计 20
5.1上机位的选择 20
5.2监控界面的设计 20
5.2.1进入界面的设计 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
5.2.2主界面的设计 22
5.2.3实时趋势曲线界面的设计 23
6.系统的运行与调试 24
6.1通信的设计与调试 24
6.1.1通信方式的选择 24
6.1.2 MPI的使用与连接 24
6.2系统总体的调试与运行 24
6.2.1系统的总体调试 24
6.2.2系统的总体运行 25
7.展望与小结 28
参考文献 29
附录1矿井通风机控制系统程序 30
致谢 37
1．绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着矿井的开采，井下就会出现不同程度的有害气体危及人类身体健康，如：一氧化碳、二氧化硫、氨气和氢气、二氧化氮等。如果开采中遇到瓦斯，那将极大程度上对矿井安全造成危害。因此，矿井通风机对煤矿通风的应用有着很强的重要性。它的主要任务就是通过通风机向井下传输新鲜的空气，使矿井下的有害气体得到稀释和排除，并使矿井内的水蒸气、热量、湿度、环境温度得到调节。这样可以为矿井下工作的工人们，创造并提供安全舒适的工作条件。
作为大型工业化设备，肯定需要24小时不停的运作，因此需要一个完整的系统对通风机进行控制，既能根据矿井内环境的变化控制风机做出相应的变化，又能节省人员，使矿井通风人性化。组态的监控则让矿井内的参数得到实时的监测，来确保各部分的正常工作以及工人们的人生安全。由此可见，PLC和组态软件的结合，对矿井通风控制系统来说，将有着很强的应用背景和实现意义。
1.2课题研究的发展历史
早在1640年，人们以自然通风压力的方式进行矿井通风，这种通风方式主要通过把回风线路和进风线路分开来实现。17世纪50年代，人们为了加大通风的压力，在回风线路上设置了火筐。到了18世纪80年代，为了让回风风流能加热，特意将火炉设置在回风线路上。1807年，采用兽力活塞式空气泵 。而到了1849年，蒸汽铁质离心式通风机就开始得到了使用。从1898年开始，初步形成的电力轴流式通风机相继投入使用。功率为1500kw和3000kw的轴流式离心泵大型通风机是从20世纪40年代开始使用的。
在大型风机投入使用后，相对应的安全隐患也浮出水面。一旦风机发生事故，人们无法及时得知并维修，从而威胁到井下工人们的生命安全。为了解决这个问题，从20世纪80年代开始，人们致力于钻研风机的远程控制及双风机双电源的自动切换系统。随着这种系统的研发和完善，矿井内的情况得到了有效的控制和及时的监控，大大的提高了矿井的安全性和通风的持续性。
1.3课题的研究现状
以前国内生产使用的是仿前苏联产品，如：70B2、2BY型矿井主通风机，效率较低，结构也比较笨重，实力水平约为国外40年代的时候。其静压效率最高只能达到70%，不仅不能满足大型工业矿井所需的负压和风量，而且也不能完全适应金属矿山所需的大流量、低负压的通风的要求。虽然我国在82年已将这批通风机作为首批淘汰产品，但是时至今日不乏还有使用的矿山。针对此类问题，有的矿山在技术上对风机进行了改造。虽然在提高风机的效率和降低风机的能耗上取得了一定成效，但是在节能、降低噪音和提高局部风机效率上，由于风机自身结构参数的影响而受到限制。相比较来说，国外有着悠久的矿井通风机发展历史。从1949年到1950年,首台可实际运行的动叶可涮轴流式矿井通风机被丹麦诺迪斯克公司开发成功。随后，这种通风机也在德国被生产并得到了广泛的使用。体积小，结构简单，分量轻，能保持高效率的运转状态，节能 维修方便就是此类风机的特点。凭借这款风机的优势,大型化和高压化的矿井通风机在国外就有了突飞猛进的发展。
1.4论文的结构和内容
该论文的主体结构可以分为以下几个部分：一.通风系统的简介 二.硬件的选择及组成，如：plc的选型、通风机的选型、变频器的选型、通风机的选择 三.软件的设计：压力控制、瓦斯浓度控制、电机温度控制。四.上机位的选择及设计
在 PLC的选型部分包括了内部的分配和硬件的接线。通风机和可编程控制器的正确选择不仅可以提高工作效率，还可以提高设备的使用寿命，达到高效益，高稳定的效果，所以如何选择是本论文的研究之一。此外，如何对温度、瓦斯浓度、压力检测、电机的保护、如何通过扩展模块的转换将数据传入PLC、以及如何让PLC与上机位进行连接实现在线监控，这些都是本论文研究讨论的关键内容。当然还包括，遇到不同情况时电机的反应，如，检测到压力，通过PLC的控制电机是如何运作的。
2．控制系统的总体设计方案
目 录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景和意义 1
1.2课题研究的发展历史 1
1.3课题的研究现状 1
1.4论文的结构和内容 2
2.控制系统的总体设计方案 3
2.1系统控制方案的比较 3
2.2系统的设计功能 3
2.3系统总体设计框图 5
3.控制系统的硬件设计 6
3.1可编程控制部分 6
3.1.1 PLC的选择 6
3.1.2 扩展模块简介 6
3.1.3 PLC的硬件接线图 7
3.2通风机的选型 8
3.3变频器的选型 8
3.4传感器的选型 10
3.4.1瓦斯传感器的选型 10
3.4.2压力传感器的选型 11
3.4.3温度传感器的选型 11
3.5总体电气连接图 12
4.控制系统的软件设计 13
4.1控制系统总体流程图 13
4.2 I/O地址的分配 14
4.3总程序的设计 15
4.3.1手动/自动选择程序设计 15
4.3.2总启动程序设计 15
4.3.3压力控制程序设计 16
4.3.4瓦斯检测程序设计 17
4.3.5电机温度检测的程序设计 18
5.上机位的监控界面设计 20
5.1上机位的选择 20
5.2监控界面的设计 20
5.2.1进入界面的设计 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
5.2.2主界面的设计 22
5.2.3实时趋势曲线界面的设计 23
6.系统的运行与调试 24
6.1通信的设计与调试 24
6.1.1通信方式的选择 24
6.1.2 MPI的使用与连接 24
6.2系统总体的调试与运行 24
6.2.1系统的总体调试 24
6.2.2系统的总体运行 25
7.展望与小结 28
参考文献 29
附录1矿井通风机控制系统程序 30
致谢 37
1．绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着矿井的开采，井下就会出现不同程度的有害气体危及人类身体健康，如：一氧化碳、二氧化硫、氨气和氢气、二氧化氮等。如果开采中遇到瓦斯，那将极大程度上对矿井安全造成危害。因此，矿井通风机对煤矿通风的应用有着很强的重要性。它的主要任务就是通过通风机向井下传输新鲜的空气，使矿井下的有害气体得到稀释和排除，并使矿井内的水蒸气、热量、湿度、环境温度得到调节。这样可以为矿井下工作的工人们，创造并提供安全舒适的工作条件。
作为大型工业化设备，肯定需要24小时不停的运作，因此需要一个完整的系统对通风机进行控制，既能根据矿井内环境的变化控制风机做出相应的变化，又能节省人员，使矿井通风人性化。组态的监控则让矿井内的参数得到实时的监测，来确保各部分的正常工作以及工人们的人生安全。由此可见，PLC和组态软件的结合，对矿井通风控制系统来说，将有着很强的应用背景和实现意义。
1.2课题研究的发展历史
早在1640年，人们以自然通风压力的方式进行矿井通风，这种通风方式主要通过把回风线路和进风线路分开来实现。17世纪50年代，人们为了加大通风的压力，在回风线路上设置了火筐。到了18世纪80年代，为了让回风风流能加热，特意将火炉设置在回风线路上。1807年，采用兽力活塞式空气泵 。而到了1849年，蒸汽铁质离心式通风机就开始得到了使用。从1898年开始，初步形成的电力轴流式通风机相继投入使用。功率为1500kw和3000kw的轴流式离心泵大型通风机是从20世纪40年代开始使用的。
在大型风机投入使用后，相对应的安全隐患也浮出水面。一旦风机发生事故，人们无法及时得知并维修，从而威胁到井下工人们的生命安全。为了解决这个问题，从20世纪80年代开始，人们致力于钻研风机的远程控制及双风机双电源的自动切换系统。随着这种系统的研发和完善，矿井内的情况得到了有效的控制和及时的监控，大大的提高了矿井的安全性和通风的持续性。
1.3课题的研究现状
以前国内生产使用的是仿前苏联产品，如：70B2、2BY型矿井主通风机，效率较低，结构也比较笨重，实力水平约为国外40年代的时候。其静压效率最高只能达到70%，不仅不能满足大型工业矿井所需的负压和风量，而且也不能完全适应金属矿山所需的大流量、低负压的通风的要求。虽然我国在82年已将这批通风机作为首批淘汰产品，但是时至今日不乏还有使用的矿山。针对此类问题，有的矿山在技术上对风机进行了改造。虽然在提高风机的效率和降低风机的能耗上取得了一定成效，但是在节能、降低噪音和提高局部风机效率上，由于风机自身结构参数的影响而受到限制。相比较来说，国外有着悠久的矿井通风机发展历史。从1949年到1950年,首台可实际运行的动叶可涮轴流式矿井通风机被丹麦诺迪斯克公司开发成功。随后，这种通风机也在德国被生产并得到了广泛的使用。体积小，结构简单，分量轻，能保持高效率的运转状态，节能 维修方便就是此类风机的特点。凭借这款风机的优势,大型化和高压化的矿井通风机在国外就有了突飞猛进的发展。
1.4论文的结构和内容
该论文的主体结构可以分为以下几个部分：一.通风系统的简介 二.硬件的选择及组成，如：plc的选型、通风机的选型、变频器的选型、通风机的选择 三.软件的设计：压力控制、瓦斯浓度控制、电机温度控制。四.上机位的选择及设计
在 PLC的选型部分包括了内部的分配和硬件的接线。通风机和可编程控制器的正确选择不仅可以提高工作效率，还可以提高设备的使用寿命，达到高效益，高稳定的效果，所以如何选择是本论文的研究之一。此外，如何对温度、瓦斯浓度、压力检测、电机的保护、如何通过扩展模块的转换将数据传入PLC、以及如何让PLC与上机位进行连接实现在线监控，这些都是本论文研究讨论的关键内容。当然还包括，遇到不同情况时电机的反应，如，检测到压力，通过PLC的控制电机是如何运作的。
2．控制系统的总体设计方案
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