煤矿风井井口温度控制系统设计.doc

1、摘要可编程控制器(PLC)是一种以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术的通用工业控制装置。它具有使用方便、维护容易、可靠性好、性能价格比高等特点,广泛应用于工业控制的众多领域。煤矿主通风机是煤矿生产的重要设备，通风机能否正常工作，直接影响煤矿的生产活动。因此对主通风机实现在线监控有很重要的意义。本文针对通风机的工作环境和运行特点，以PLC为主控设备，介绍了可编程序控制器（PLC）在煤矿通风系统中的应用；探讨了通风机实现自动控制系统的系统组成和设计；涉及硬件设备的选型与组态；编制了通风机实现自动控制梯形图；并简要介绍了PLC与其他智能装置及个人计算机联网，组成的控制系统。

2、本系统提高了主通风机设备的自动化管理水平，有力地保证了主通风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。关键词：煤矿通风机； PLC； 在线控制; 选型;AbstractThe programmable logic controller (PLC) is a microprocessor core, a combination of computer technology ,automatic control technology and network communication technology ,general industrial control devices

3、 .It has easy to use,easy maintenance, reliability,high cost performance characteristics,widely used in many areas of industrial control.The mine vertilator coal production equipment,the fan can work a direct impact on coal production activities.Therefore,the main fan to achieve online monitoring of

4、 very important significance.In this paper,the working environment and operational characteristics of theventilator ,the PLC as the mine ventilation system,explore composition and design of fan system to achieve automatic control system,involved in equipmentselection and configuration of hardware.th

5、e preparation of the ventilator to achieve automatic control ladder,and briefly describes the PLC and otherintelligent devices and personal computers networked control system composed of.This system improves the ventilator equipment automation management level,toensure the main ventilator equipment,

6、economic,reliable operation,andprovides a rellable scientific basis for the management and maintenance ofequipment.Keywords: Coal mine ventilator; PLC; Online monitoring;The selection;II目录1 概述11.1 设计的背景和意义11.2 本设计的主要内容及目的22 PLC简介与设计总体方案32.1 PLC及风机控制系统的发展状况32.2 PLC的介绍52.2.1 PLC的基本结构52.2.2 PLC的结构形式62.

7、2.3 PLC的工作原理62.2.4 PLC的功能72.2.5 PLC的特点72.3 总体设计方案82.3.1 控制系统的要求82.3.2 系统构成及工作原理83 系统的硬件设计93.1 温度传感器的简介93.2 温度传感器的分类93.3 温度传感器的原理113.4 温度传感器的选择143.5 风机的选型153.5.1 离心风机控制原理分析153.5.2 风机的型号及其参数173.6 变频器的选择193.6.1 变频器的型号193.6.2 变频调速节能分203.6.3 变频调速的依据223.7 锅炉的选择233.7.1锅炉的介绍233.7.2锅炉的主要工作过程233.7.3锅炉的分类243.7

8、.4锅炉型号253.8 485通讯模块263.9 视频监控设备的选择与应用303.10 PLC中央处理模块的选型设计303.10.1 PLC的CPU模块选择313.10.2扩展模块的选择333.11 PLC控制系统接线设计344系统软件设计404.1 PLC语言分类404.2 STEP7-Micro/WIN32 软件介绍424.3 离心风机转换过程分析454.3.1 系统工作状态454.3.2 状态转换过程的实现方法464.4 程序设计的梯形图485 系统可靠性设计及调试505.1系统的可靠性设计505.2 系统调试515.2.1 软件系统的调试515.2.2 硬件系统的调试515.2.3 软

9、硬件结合调试516 技术经济分析527 结论53致谢54参考文献59附录A57附录B621 概述1.1 设计的背景和意义随着国民经济的快速发展，工业生产和人民生活对煤炭的需求依然有增无减。煤炭在我国一次能源生产和消费构成中的比例一直在70%左右，这种以煤为主的能源生产和消费格局在未来相当长的时期内不会改变。作为一个煤炭生产和消耗的大国，煤炭企业应注重生产过程的效率和安全，为此，煤矿风井井口温度控制系统是必不可少的一部分，也是非常重要的一个环节，本文阐述的空压机控制系统是基于PLC、触摸屏和组态软件相结合的空压机自动控制系统。而PLC作为一种新型的自动控制装置，为实现温度控制系统的稳定运行提供了

10、保障。在工业生产、产品加工制造业中，风机设备主要用于锅炉的燃烧系统、其他设备的烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失的形式消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。为此，需要采用多项措施实现对离心风机的自动控制，以使系统的各种性能达到合理的要求。近年来，

11、出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用PLC和变频器易操作、易维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点，采用基于PLC的变频器驱动方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。从而大大的降低生产成本，减少能量损耗和对环境的污染，为企业带来可观的经济效益和社会效益。随着电子技术和微电子技术的迅速发展，PLC和变频器正成为通用、廉价和性能可靠的控制和驱动设备，得到广泛的应用。由PLC控制的变频调速离心风机的通风系统，具有较高的可靠性和较好的节能效果，易于组建成整体的自控系统，很方便地实现各种控制切换和远程监控，本文通过一个实例基于离心风机的矿井通风系统进行分析。煤矿矿井通风系统是煤

12、矿矿井安全生产的重要组成部分，煤矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环境条件、生产效率、安全生产密切相关。随着我国政府对各行各业安全生产监管力度的不断加强，尤其对煤矿安全生产的要求越来越高，对煤矿矿井通风系统进行技术改造，提高其运行稳定性、可靠性、节能降耗等势在必行。目前煤矿矿井通风系统中，大多仍采用继电、接触器控制系统，但这种控制系统存在着体积大、机械触点多、接线复杂、可靠性低、排除故障困难等很多的缺陷，且因工作通风机一直高速运行，备用通风停止，不能轮休工作，易使工作通风机产生故障，降低使用寿命。针对这一系列问题本系统将PLC与变频器有机地结合起来，采用以矿井气压压力为主控参数，实现对电动

13、机工作过程和运转速度的有效控制使矿井中用的离心通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。PLC控制系统具有对驱动风机的电机过热保护、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经。1.2 本设计的主要内容及目的该设计的完成，为控制煤矿风井井口温度处于工作需要的温度，有效解除了劳动强度高，数据、状态的准确性、可信性要受人为因素的影响这一方面问题。监测系统既可以节约成本又可以较短时间获取数据。从而可省去管理人员，减少巡回检查次数。而且报警设置又可以让操作人员及时发现故障状态、及时控制温度，以至于不至于井口的机器被温差损坏，以至于造成巨大的损失。本设

14、计主要通过PLC来操控机器，通过在井口设置暖气，通过操控风机来达到暖风进入井口，观察不同的室外温度，从而控制风机电压的大小，达到所需要的温度。1)简单介绍PLC的基本结构和工作原理2)系统总体设计。根据任务进行方案选择和比较，总体方案设计3)对煤矿风井井口控制系统硬件进行设计 a)监测系统硬件设计； b)PLC中央处理模块的选型设计4)下位机和上位机软件系统设计； a)PLC程序的设计； b)上位机监控软件设计。2 PLC简介与设计总体方案2.1 PLC及风机控制系统的发展状况经过几十年的迅速发展，PLC的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛,其足迹已遍及国民经济的各个领域,形成了能够满足各种

15、将需要的PLC应用系统。随着市场需求的不断提高PLC的发展体现出以下趋势。1)向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向发展.2)过程控制功能不断增强.3)大力开发智能型I/O模块.4)与个人计算机日益紧密结合.5)编程语言趋向标准化.6)通信与联网能力不断增强近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术不断更新。PLC是采用大规模集成电路、微型计算机技术的发展成果逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC系列产品应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域，它最适用于以开关为主的控制功能。通过模拟/数字，（A/D）转换器和数字/模拟（D/A）转换器也可以控制模拟量例如控制温度、压力、流量、成分等参数。基于PLC的多路抢答器控制系统可以根据PLC修改程序方便这一特点随意调整设置的时间或者控制系统的工作状态。如果对外部电路稍加修改或者在系统程序中加入分支可以把八路抢答器变为更多路的抢答器。比如十位、十六位或者二十位等。如果将手动按钮变为触摸屏可以使抢答器更为简单方便。如果去除系统中的限时功能还可以把抢答器改为