矿用通风机变频调速设计
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因此，本文研究目的是利用PLC控制技术和变频调速技术设计煤矿局部通风机的变 频调速系统。根据传感器采集的风压信号和瓦斯浓度信号求出相应的变频器模拟输入电 压，从而改变风机输入电压的频率，控制风机的出气风量。 选题意义:
整个变频调速系统通过对通风机的变频调速，使矿井通风机始终保持安全经济运 行。既减少许多人为调整不当，不及时因素，又进一步提高矿井通风机的自动化程度及 安全可靠性、节约了大量电能、合理的调整井下工作面的供风，使新鲜风能够及时可靠 的提供给急需要的工作面。改变了以往传统的人工控制局部通风机排放瓦斯的方式，极 大地降低了瓦斯事故率，所以本文的设计具有良好的应用前景和经济效益。 研究现状:
二、研究方案及预期结果
研究方案： 本文的设计方案就是以煤矿局部通风机为控制对象，结合 PLC 控制技术、变频调速技
术和组态监控技术，设计出一种适应煤矿工作面瓦斯浓度变化的变频调速系统。既达到节 能的目的，又保证了煤矿的安全生产。
1、系统方案的总体设计。以对旋轴流式通风机为控制对象，根据通风机的实验特性 曲线和控制功能要求，本系统Biblioteka Baidu用 PLC 控制变频器，再用变频器来控制风机的变频运行的 控制方案。本系统选用的是模拟量的控制方式。控制系统的方框图如图所示：
TMS320F2812．Texas Instruments Inc．
[6] 基于 PLC 控制的局部通风机变频调速系统的研究[D]，左毅，2008 [7] 王树.变频调速系统设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2005 [8] 卢义玉，李晓红.矿井通风与安[M].重庆：重庆大学出版社，2006 [9] 郭庆华.风机变频改造节能技术的应用[J]. 风机技术，2005(2):43-45 [10] W.Dzurzynski. Numerieal simulation of ventilation proeess computer programs[M].Proeeeding of the
5、结合 PLC 与组态软件的应用，在上位机上设计的监控系统，可以实现该局部通风机 运行的在线控制，以及对瓦斯浓度、风量、风压、风机转速等参量进行实时在线监控。
三、研究进度
第 1-4 周： 查资料，撰写开题报告、毕业实习报告； 第 5-6 周： 系统功能的总体设计； 第 7 周： 对变频调速系统的设计； 第 8-10 周： PLC 及各个传感器的选型和系统硬件的设计； 第 11-12 周：矿井通风机控制系统的软件设计； 第 13-14 周：系统监控系统设计以及抗干扰模块设计； 第 15 周： 整理并完成论文； 第 16 周： 准备答辩； 第 17 周： 毕业答辩；
由于矿井通风机是煤矿通风系统的主要设备之一，其运行状况直接影响着煤矿 的安全生产。目前，许多煤矿的通风机控制系统采用继电器控制，而通风机采用防爆开 关直接控制供电。为了控制掘进工作面上的风量，传统的方法多采用增阻法、减阻法和 辅助通风机调节法。当掘进巷道开始掘进时，管网阻力比较小，风机的出气风量比较大， 可减小矿井通风机橡胶管道的直径，从而间接增加管网的阻力，减小风机的出气风量； 当井下掘进巷道延伸时，通风管网的阻力不断增加，掘进巷道中的风量随之不断减少， 可增加局部通风机橡胶管道的直径，从而间接减小管网的阻力，增加风机的出气风量。 无论使用何种传统的调节方法，风机依然处于工频恒速运行，使得大量的能量从节流中 损失掉了，这不利于能源的节约利用。本文采用变频调速的方法控制风机的输入电压的 频率从而控制风机的出气风量，达到了节约能源的目的。
四、主要参考文献
[1] 陈景熙．PWM 变频调速系统相关技术问题研究[D]．武汉：华中科技大学，2007 [2] 王兆安．电力电子技术[M]．北京：机械工业出版社，2008 [3] 张洪润. 传感器应用电路 200 例[M]. 北京：航空航天大学出版社，2006 [4] 陈国呈．PWM 变频调速及软开关电力变换技术[M]．北京：机械工业出版社，2011 [5] Arefeen M S，Implementation of a Current Controlled Switched Reluctance Motor Drive Using
学，太原理工大学，2006
五、指导教师意见
上位机
A/D
PLC
D/A
变频 工频 控制 电路
瓦斯传感器 T1
回风流巷
瓦斯传感器 T0
压力传感器 T2
掘
进
变频
对旋
工 作
式轴
面
器
流通
风机
∕ ∕
瓦 斯 浓 度 报 警
变 频 器 故 障
风 机 故 障 报
报警
警
手工 动频 自停 动止 变运 频行
图 1 控制系统方框图 2、PLC 和变频器的原理及应用。根据选定的控制方案，设计 PLC 控制局部通风机变 频调速系统，确定 PLC 控制变频器的方式，以及对 PLC、变频器和瓦斯传感器和压力传 感器等硬件进行选型。 3、硬件系统的设计。包括主电路的设计、控制电路设计和 PLC 主接线设计。 4、软件系统的设计。选用西门子 S7-200 系列 PLC，并利用 STEP7-Micro/WIN4.0 编 程软件完成系统 PLC 控制程序的设计，编写程序流程图，实现硬件功能。 5、风机监控系统的设计。根据矿井局部通风机监控系统的功能要求，结合组态王软 件和 PLC 的应用,完成局部通风机监控系统的设计。 6、抗干扰模块设计。因为工作环境比较恶劣，需要采用多种抗干扰措施，保证系统 的安全可靠运行。
fist school of mine ventilation.EMAG， katowiee，1999.303-309
[11] 胡崇岳.现代交流调速技术[M]. 北京:机械工业出版社，1999 [12] 张明勋．电力电子设备和应用手册[M]．北京：机械工业出版社，2002 [13] 鉴定资料. 基于 PLC 控制的三巷掘进多局扇集成控制系统.太原理工大学，2004 [14] 王鑫哗. 基于 AT89C52 的矿井单巷道局部通风机集成控制系统的研究. [学位论文]. 太原理工大
随之减少的状况，自动调节局部通风机的转速以维持所需的风量不变。另外,还可以根据掘 进工作面上瓦斯浓度的大小，自动调整局部通风机的转速使其控制在规定的安全范围内。
3、当检测到掘进工作面和回风流中的瓦斯浓度突然增加，超过了《煤矿安全规程》所 规定的安全标准时，系统发出声光报警，并立即切断系统电源。
4、系统具有完善的报警及处理功能，当变频器出现故障时，发出声光报警，可手动切 换风机工频运行，当瓦斯浓度达到规定的报警标准时，也发出声光报警，并自动调整风机 转速。
件和 PLC 的应用,完成局部通风机监控系统的设计。 6、抗干扰模块设计。因为工作环境比较恶劣，需要采用多种抗干扰措施，保证系统
的安全可靠运行。 7、模拟试验及系统调试。 8、总结。
预期结果： 1、通风机可以实现软启动，能够进行自动和手动运行的切换，使通风机处于变频或工
频的运行状态。 2、通风机处于变频运行状态时，可以根据掘进巷道延伸管网阻力增大而导致风机风量
本科毕业设计（论文）开 题 报 告
题
目 矿用通风机变频调速系统设计
指导教师
院（系、部） 电气与控制工程学院
专业班级
学
号
姓
名
日
期 2014 年月日
教务处印制
一、选题的目的、意义和研究现状
选题目的: 矿用通风机是掘进巷道中的重要通风设备，它的运行状况直接影响着煤矿的安全生
产。目前，许多矿用通风机的启、停仍然采用的是人工完成，这样不利于煤矿自动化生 产水平的提高并且掘进巷道中风量的调节采用传统的方法，这不仅不能根据管网阻力和 瓦斯浓度的变化进行风量地及时调节，还浪费了大量的电能，不利于能源的节约与利用。
整个变频调速系统通过对通风机的变频调速，使矿井通风机始终保持安全经济运 行。既减少许多人为调整不当，不及时因素，又进一步提高矿井通风机的自动化程度及 安全可靠性、节约了大量电能、合理的调整井下工作面的供风，使新鲜风能够及时可靠 的提供给急需要的工作面。改变了以往传统的人工控制局部通风机排放瓦斯的方式，极 大地降低了瓦斯事故率，所以本文的设计具有良好的应用前景和经济效益。 研究现状:
二、研究方案及预期结果
研究方案： 本文的设计方案就是以煤矿局部通风机为控制对象，结合 PLC 控制技术、变频调速技
术和组态监控技术，设计出一种适应煤矿工作面瓦斯浓度变化的变频调速系统。既达到节 能的目的，又保证了煤矿的安全生产。
1、系统方案的总体设计。以对旋轴流式通风机为控制对象，根据通风机的实验特性 曲线和控制功能要求，本系统Biblioteka Baidu用 PLC 控制变频器，再用变频器来控制风机的变频运行的 控制方案。本系统选用的是模拟量的控制方式。控制系统的方框图如图所示：
TMS320F2812．Texas Instruments Inc．
[6] 基于 PLC 控制的局部通风机变频调速系统的研究[D]，左毅，2008 [7] 王树.变频调速系统设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2005 [8] 卢义玉，李晓红.矿井通风与安[M].重庆：重庆大学出版社，2006 [9] 郭庆华.风机变频改造节能技术的应用[J]. 风机技术，2005(2):43-45 [10] W.Dzurzynski. Numerieal simulation of ventilation proeess computer programs[M].Proeeeding of the
5、结合 PLC 与组态软件的应用，在上位机上设计的监控系统，可以实现该局部通风机 运行的在线控制，以及对瓦斯浓度、风量、风压、风机转速等参量进行实时在线监控。
三、研究进度
第 1-4 周： 查资料，撰写开题报告、毕业实习报告； 第 5-6 周： 系统功能的总体设计； 第 7 周： 对变频调速系统的设计； 第 8-10 周： PLC 及各个传感器的选型和系统硬件的设计； 第 11-12 周：矿井通风机控制系统的软件设计； 第 13-14 周：系统监控系统设计以及抗干扰模块设计； 第 15 周： 整理并完成论文； 第 16 周： 准备答辩； 第 17 周： 毕业答辩；
由于矿井通风机是煤矿通风系统的主要设备之一，其运行状况直接影响着煤矿 的安全生产。目前，许多煤矿的通风机控制系统采用继电器控制，而通风机采用防爆开 关直接控制供电。为了控制掘进工作面上的风量，传统的方法多采用增阻法、减阻法和 辅助通风机调节法。当掘进巷道开始掘进时，管网阻力比较小，风机的出气风量比较大， 可减小矿井通风机橡胶管道的直径，从而间接增加管网的阻力，减小风机的出气风量； 当井下掘进巷道延伸时，通风管网的阻力不断增加，掘进巷道中的风量随之不断减少， 可增加局部通风机橡胶管道的直径，从而间接减小管网的阻力，增加风机的出气风量。 无论使用何种传统的调节方法，风机依然处于工频恒速运行，使得大量的能量从节流中 损失掉了，这不利于能源的节约利用。本文采用变频调速的方法控制风机的输入电压的 频率从而控制风机的出气风量，达到了节约能源的目的。
四、主要参考文献
[1] 陈景熙．PWM 变频调速系统相关技术问题研究[D]．武汉：华中科技大学，2007 [2] 王兆安．电力电子技术[M]．北京：机械工业出版社，2008 [3] 张洪润. 传感器应用电路 200 例[M]. 北京：航空航天大学出版社，2006 [4] 陈国呈．PWM 变频调速及软开关电力变换技术[M]．北京：机械工业出版社，2011 [5] Arefeen M S，Implementation of a Current Controlled Switched Reluctance Motor Drive Using
学，太原理工大学，2006
五、指导教师意见
上位机
A/D
PLC
D/A
变频 工频 控制 电路
瓦斯传感器 T1
回风流巷
瓦斯传感器 T0
压力传感器 T2
掘
进
变频
对旋
工 作
式轴
面
器
流通
风机
∕ ∕
瓦 斯 浓 度 报 警
变 频 器 故 障
风 机 故 障 报
报警
警
手工 动频 自停 动止 变运 频行
图 1 控制系统方框图 2、PLC 和变频器的原理及应用。根据选定的控制方案，设计 PLC 控制局部通风机变 频调速系统，确定 PLC 控制变频器的方式，以及对 PLC、变频器和瓦斯传感器和压力传 感器等硬件进行选型。 3、硬件系统的设计。包括主电路的设计、控制电路设计和 PLC 主接线设计。 4、软件系统的设计。选用西门子 S7-200 系列 PLC，并利用 STEP7-Micro/WIN4.0 编 程软件完成系统 PLC 控制程序的设计，编写程序流程图，实现硬件功能。 5、风机监控系统的设计。根据矿井局部通风机监控系统的功能要求，结合组态王软 件和 PLC 的应用,完成局部通风机监控系统的设计。 6、抗干扰模块设计。因为工作环境比较恶劣，需要采用多种抗干扰措施，保证系统 的安全可靠运行。
fist school of mine ventilation.EMAG， katowiee，1999.303-309
[11] 胡崇岳.现代交流调速技术[M]. 北京:机械工业出版社，1999 [12] 张明勋．电力电子设备和应用手册[M]．北京：机械工业出版社，2002 [13] 鉴定资料. 基于 PLC 控制的三巷掘进多局扇集成控制系统.太原理工大学，2004 [14] 王鑫哗. 基于 AT89C52 的矿井单巷道局部通风机集成控制系统的研究. [学位论文]. 太原理工大
随之减少的状况，自动调节局部通风机的转速以维持所需的风量不变。另外,还可以根据掘 进工作面上瓦斯浓度的大小，自动调整局部通风机的转速使其控制在规定的安全范围内。
3、当检测到掘进工作面和回风流中的瓦斯浓度突然增加，超过了《煤矿安全规程》所 规定的安全标准时，系统发出声光报警，并立即切断系统电源。
4、系统具有完善的报警及处理功能，当变频器出现故障时，发出声光报警，可手动切 换风机工频运行，当瓦斯浓度达到规定的报警标准时，也发出声光报警，并自动调整风机 转速。
件和 PLC 的应用,完成局部通风机监控系统的设计。 6、抗干扰模块设计。因为工作环境比较恶劣，需要采用多种抗干扰措施，保证系统
的安全可靠运行。 7、模拟试验及系统调试。 8、总结。
预期结果： 1、通风机可以实现软启动，能够进行自动和手动运行的切换，使通风机处于变频或工
频的运行状态。 2、通风机处于变频运行状态时，可以根据掘进巷道延伸管网阻力增大而导致风机风量
本科毕业设计（论文）开 题 报 告
题
目 矿用通风机变频调速系统设计
指导教师
院（系、部） 电气与控制工程学院
专业班级
学
号
姓
名
日
期 2014 年月日
教务处印制
一、选题的目的、意义和研究现状
选题目的: 矿用通风机是掘进巷道中的重要通风设备，它的运行状况直接影响着煤矿的安全生
产。目前，许多矿用通风机的启、停仍然采用的是人工完成，这样不利于煤矿自动化生 产水平的提高并且掘进巷道中风量的调节采用传统的方法，这不仅不能根据管网阻力和 瓦斯浓度的变化进行风量地及时调节，还浪费了大量的电能，不利于能源的节约与利用。