基于PLC控制的局部通风机变频调速系统的研究

论文摘要

在煤矿的安全生产中,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。而矿井局部通风机又是矿井通风系统的主要设备之一,因此对其进行PLC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。本文以实验室的一台对旋轴流风机为控制对象,结合PLC控制技术、变频调速技术和组态监控技术,对该矿井局部通风机进行了PLC控制的变频调速系统的设计和研究。首先,根据局部通风机的实验特性曲线和控制功能要求,选择了合理的系统控制方案;然后,根据选定的控制方案,设计了系统的控制电路,并对PLC、变频器、传感器等硬件进行了选型配置和接线;接着,在研究风量和瓦斯浓度控制算法的基础上,利用STEP 7-Micro/WIN4.0编程软件完成了系统PLC控制程序的设计;再然后,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,完成了局部通风机监控系统的设计;再接着,对系统中的MM430变频器进行了快速调试参数的设置,并总结了MM430变频器的故障诊断和排除方法;最后,对整个控制系统的运行进行了模拟调试实验,包括风量控制的模拟调试实验,瓦斯浓度控制的模拟调试实验和监控系统的模拟调试实验。通过实验室的模拟调试实验,证明了该控制系统能根据管网阻力和掘进面上瓦斯浓度的变化,自动调整风机的转速大小,满足掘进巷道中安全生产所需要的风压风量。另外,设计的监控系统可以实现局部通风机运行的在线控制,以及对风机风压、瓦斯浓度、风机转速等监控量进行实时监测。同时,该控制系统还具有较好的故障报警及处理功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及研究意义
• 1.2 PLC控制技术在矿井通风机上的应用概述
• 1.3 变频调速技术在矿井通风机上的应用概述
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 风机变频调速原理及系统设计
• 2.1 变频调速技术的原理及应用
• 2.1.1 变频调速的基本原理
• 2.1.2 变频调速的基本控制方式
• 2.1.3 矿井通风机的性能曲线
• 2.1.4 矿井通风机变频调速的节能原理
• 2.1.5 变频器的结构和选型
• 2.1.6 Siemens MM430变频器简介
• 2.2 可编程控制器的应用
• 2.2.1 PLC的基本构成
• 2.2.2 PLC的工作原理
• 2.2.3 PLC的选型原则
• 2.2.4 Siemens S7-200PLC简介
• 2.2.5 PLC控制变频器的方式
• 2.3 系统的功能实现
• 2.3.1 系统的功能要求
• 2.3.2 系统控制方案的选择
• 2.3.3 系统电路的设计
• 2.3.4 系统硬件配置和接线
• 2.4 本章小结
• 3 风机变频调速系统的PLC程序设计
• 3.1 PLC的编程语言
• 3.1.1 PLC的编程方法
• 3.1.2 STEP 7-Micro/WIN4.0编程软件介绍
• 3.2 系统的程序设计
• 3.2.1 系统的程序结构
• 3.2.2 PLC程序中风量的控制算法
• 3.2.3 U-P和Q-P曲线的拟合
• 3.2.4 PLC程序中参数的设置
• 3.2.5 系统PLC控制程序的内容
• 3.3 本章小结
• 4 风机监控系统的设计
• 4.1 组态王软件简介
• 4.1.1 组态王软件的结构组成
• 4.1.2 组态王软件的功能特点
• 4.1.3 建立程序的步骤
• 4.2 上位机监控系统的设计与功能实现
• 4.2.1 监控系统的功能要求
• 4.2.2 工程的建立与设备配置
• 4.2.3 组态王中变量定义
• 4.2.4 监控系统主界面设计
• 4.2.5 监控量的趋势曲线窗口
• 4.2.6 监控量的报警窗口
• 4.2.7 监控量的数据报表窗口
• 4.3 本章小结
• 5 控制系统的模拟实验及运行调试
• 5.1 MM430变频器参数的设定
• 5.1.1 MM430变频器的快速调试
• 5.1.2 MM430变频器故障参数的设定
• 5.1.3 MM430变频器故障诊断和排除
• 5.2 PLC控制程序模拟调试实验
• 5.2.1 风量控制的模拟调试实验
• 5.2.2 瓦斯浓度控制的模拟调试实验
• 5.3 监控系统的模拟调试实验
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结及应用展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 应用展望
• 参考文献
• 附录A 系统PLC控制程序
• 附录B 系统电路实物连接图
• 致谢
• 作者简介及读研期间发表论文