畢業(yè)設計---礦井通風系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　1 系統(tǒng)設計方案</b></p><p>　　1.1通風機工作系統(tǒng)概述</p><p>　　礦井通風有抽出式式和壓入式兩種方式。通常，煤礦采用抽出式，而金屬礦采用壓入式。圖3為礦井抽出式式通風示意圖。安裝在地面上的通風機9運行后，新鮮空氣進入風井1，流經(jīng)井底車場2、石門3、運輸平巷4到達回采工作面5，污濁空氣經(jīng)回風巷6、出風井7、風峒8，

2、最后由通風機9排出地面。</p><p>　　圖1 礦井抽出式式通風示意圖</p><p>　　通風機是礦井通風的主體部分。礦井使用通風機時，必須配置附屬裝置組成通風系統(tǒng)，其附屬裝置有擴散器、擴散塔、反風裝置和消聲器等。其中擴散器及擴散塔等是為了減少通風機排風口的動能損失，提高通風機有效靜壓而設置的附屬裝置。反風裝置是使正常風流反向流動。當進風井附近和井底車場發(fā)生火災時，產(chǎn)生大量的CO2

3、和CO等有害氣體，這些廢氣隨新鮮空氣進入工作面，將危及工作人員生命安全。為了避免此類事故發(fā)生，可利用通風機的反轉反風。</p><p><b>　　1.2通風系統(tǒng)結構</b></p><p>　　倡源煤礦通風系統(tǒng)的結構如圖2所示，系統(tǒng)由兩臺互為備用的風機組成，每臺風機含兩臺對轉的交流電機。每臺風機有獨立風道，在絞車間匯入主風井。每臺風機裝有一扇立式風門，一個地面風門，

4、各風門都由一臺6KW的低壓三相交流電動機拖動，由左右限位開關檢測風門位置，當一臺風機工作時，另一臺風機處于備用檢修狀態(tài)。通過兩扇風門的開合，可保證兩臺風機間的氣密性。在正常生產(chǎn)情況下，同一時刻只有一臺風機處于工作狀態(tài)。</p><p>　　圖2 主扇風機結構示意圖</p><p><b>　　1.3主通風機型號</b></p><p>　　風

5、機型號：FBCDZ-8-No20對旋軸流式通風機 740r/min </p><p>　　風量：25.9～65.5 m3/S</p><p>　　靜壓：816～2367Pa</p><p>　　額定功率：2*90KW</p><p><b>　　電源電壓：380V</b></p><p

6、>　　電機型號：YBF2-315L1-8</p><p><b>　　1.4風機配電系統(tǒng)</b></p><p>　　主通風機配電系統(tǒng)采用KDC1礦用一般型抽出式低壓開關柜組成，其中主母線銅排采用每相由一根50*6的銅排，4相的封閉母線橋構成，主母線采用單母線分段接線如圖3。單母線用KDC1-02聯(lián)絡柜分段，由兩個電源供電。大大提高了風機供電的可靠性、安全性。&

7、lt;/p><p>　　圖3 風機配電系統(tǒng)圖</p><p><b>　　進線柜</b></p><p>　　主要技術指標：1額定電壓：AC380V 50Hz；2額定電流600A</p><p>　　根據(jù)指標選用礦用一般型抽出式低壓開關柜KDC1—01 </p><p>　　圖4 開關柜CDK1—

8、01接線圖</p><p><b>　　電動風門柜</b></p><p>　　主要技術指標：1設備功率6KW；2額定電壓：AC380V 50Hz；3額定電流25A</p><p>　　根據(jù)指標選用礦用一般型抽出式低壓開關柜KDC1—06C，并采用AMDG系列電動機保護器保護電機。 </p><p>　　圖5 開關柜C

9、DK1—06C接線圖</p><p><b>　　饋電柜</b></p><p>　　主要技術指標：1設備功率10KW；額定電壓：AC380V 50Hz；3額定電流40A</p><p>　　根據(jù)指標選用礦用一般型抽出式低壓開關柜KDC1—04F</p><p>　　圖6 開關柜CDK1—04F接線圖</p>

10、;<p><b>　　風機柜</b></p><p>　　主要技術指標：1設備功率90KW；額定電壓：AC380 50Hz；3額定電流300A</p><p>　　根據(jù)指標選用礦用一般型抽出式低壓開關柜KDC1—16</p><p>　　圖7 開關柜CDK1—16接線圖</p><p><b>

11、　　聯(lián)絡柜</b></p><p>　　主要技術指標：1額定電壓：AC380 50HZ；2額定電流600A</p><p>　　圖8 開關柜KDC1—02接線圖</p><p><b>　　電動機保護器</b></p><p>　　電動機保護器選用AMDG系列電動機保護器，在電動機無故障時，顯示電動機的A、

12、B、C相電流，及一相電壓，在電動機發(fā)生接地、短路、缺相、堵轉、電流不平衡、過載故障時，通過斷開保護器內(nèi)的繼電器觸電停止電動機運行（故障指示燈亮），同時顯示故障代碼指示電動機的鼓掌類型，并且顯示發(fā)生故障時的A、B、C相電流及一相電壓值。</p><p>　　圖9 電動機保護器接線圖</p><p><b>　　軟啟動器</b></p><p>

13、　　軟啟動器選用ABB公司的PST系列軟啟動器，他可以解決電動機啟動時的不良啟動方式，包括：A電氣問題，在直接啟動或星三角啟動中產(chǎn)生的電壓和電流突變，帶來了大量的電氣問題，這些突變現(xiàn)象可能使得本地電網(wǎng)過載，并產(chǎn)生不可接受的電壓波動，從而影響與電網(wǎng)連接的其他設備；B機械問題，整條傳動鏈（從電動機到受驅(qū)動的設備）都會受到劇烈的應力；C運行問題，例如管道的壓力、損壞輸送帶上的產(chǎn)品。</p><p><b>　

14、　1.5硬件系統(tǒng)</b></p><p>　　系統(tǒng)采用各種模塊作為下位機，以標準控制柜作為信號采集和控制輸出裝置，輔以傳感器、中間繼電器和其他輔助設備構建整個監(jiān)測系統(tǒng)。如圖10所示，硬件設計采用了功能塊設計思想，主要由現(xiàn)場信號采集功能塊、信號轉換及通訊功能塊、上位組態(tài)功能塊、控制功能及遠程通訊功能塊和系統(tǒng)功能塊構成。</p><p>　　圖10 系統(tǒng)硬件構成圖</p>

15、;<p>　　1.6系統(tǒng)檢測控制信號電平</p><p>　?、倌M信號：4～20mA直流電流信號或Pt100。</p><p>　?、跔顟B(tài)及報警指示的數(shù)字信號：0～24V直流電壓信號。</p><p>　　③控制的數(shù)字信號：交流220V。</p><p>　　PLC輸出信號設繼電器隔離。</p><p>

16、;　　1.7控制柜、操作臺</p><p>　　①PLC控制柜為框架結構，柜內(nèi)的通風口或百葉窗設有有效的濾塵裝置。具體見附件。</p><p>　?、诓僮髋_為標準計算機控制臺</p><p>　　2監(jiān)控系統(tǒng)結構及功能</p><p>　　2.1風機監(jiān)控系統(tǒng)結構</p><p>　　主通風機監(jiān)控系統(tǒng)結構如圖11所示，整個

17、系統(tǒng)由監(jiān)控工作站（工控機）、PLC測控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)組成、各種傳感器組成</p><p>　　圖11 風機監(jiān)控系統(tǒng)結構圖</p><p><b>　　2.2監(jiān)控工作站</b></p><p>　　監(jiān)控工作站系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機、打印機及路由器等組成。工業(yè)控制計算機作為上位機，安裝有監(jiān)控組態(tài)軟件，是人機接口界面，打印機負責報警信息和報表的打

18、印，路由器器提供集成網(wǎng)絡借口。上位機主要有以下功能：</p><p>　　實時顯示、紀錄所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制歷史曲線，并提供歷史數(shù)據(jù)的查詢；</p><p>　　根據(jù)檢測到的負壓、差壓、溫度信號，計算風機的風量，繪制實時風機特性曲線、功率風量曲線、綜合效率曲線，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能；</p><p>　　實時顯示系統(tǒng)的報警信息，實時報警打印，并提供報警歷史信息查詢

19、功能；</p><p>　　提供運行風機故障停機時，備用風機自動投入的功能；具有故障/時間自動倒機功能，運行風機出現(xiàn)跳閘故障后達到設定的運行時間時，可自動切換到備用風機；</p><p>　　具有聯(lián)網(wǎng)功能，可接入工業(yè)以太網(wǎng)，具有數(shù)據(jù)遠傳功能，易于集成到礦井自動化系統(tǒng)中，實現(xiàn)調(diào)度中心遠程控制。</p><p>　　2.3PLC測控系統(tǒng)</p><p

20、>　　PLC測控系統(tǒng)包括監(jiān)控操作臺、機柜和傳感器，來完成設備的數(shù)據(jù)采集、運行狀態(tài)顯示，實現(xiàn)各種控制功能，PLC采用世界著名自動化公司西門子的S7-300型PLC，CPU為CPU314，具有以太網(wǎng)接口，可以與上位機通信。采用數(shù)字量輸入模塊采集現(xiàn)場開關量信息；溫度測量模塊負責監(jiān)測電動機定子溫度、電機軸承溫度；模擬量輸入模塊負責監(jiān)測進風口壓力、風機葉片壓力及出風口壓力等，對風機的喘振、振動信號進行檢測并實現(xiàn)保護；模擬量輸出模塊負責控制液

21、壓站的油壓，對風門電動執(zhí)行機構、葉片調(diào)節(jié)機構和制動機構進行控制，并可檢測其位置信號，實現(xiàn)風量的動態(tài)調(diào)節(jié)；實現(xiàn)風機的主軸承溫度、電機定子的三相繞組溫度、軸端軸承溫度信號的監(jiān)測與保護；控制柜面板設置自動、手動和檢修3種工作方式選擇開關，1號機或2號機通風方式選擇開關。</p><p><b>　　2.4通信系統(tǒng)</b></p><p>　　系統(tǒng)采用標準網(wǎng)絡接口，既可與各種

22、下位機進行通信，也可通過網(wǎng)絡交換機并入局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。</p><p><b>　　2.5傳感器</b></p><p>　　傳感器由氣壓傳感器、溫度傳感器、振動傳感器及位置傳感器組成。</p><p>　　氣壓傳感器采用C268 RANGE：+/-1000Pa，±0。2%F.S；C268 RANGE：0—50Pa，±

23、;0.1℃主要用于測量風機入口壓力、出口壓力和葉片壓力，用于計算流量以及監(jiān)測通風狀況，防止發(fā)生喘振。</p><p>　　溫度傳感器采用PT100鉑電阻，量程-50—+300℃，主要用于測量風機軸承溫度、電動機軸承溫度以及定子溫度，設置報警極限和跳閘極限，用于保護風機及電動機。</p><p>　　振動傳感器用于測量風機主軸的振動，以免風機振動過大受損。采用TMS-HZD磁電感應式振動傳感

24、器，把風機的振動機械能轉換為電量大小，即可測量速度，若經(jīng)過微分或積分網(wǎng)絡，便可以測量加速度或位移。</p><p>　　風機啟停、風門位置及其它設備的運行狀態(tài)由SG4KGT9型開停傳感器，位置傳感器或開關設備的輔助接點來實現(xiàn)，各種電量的數(shù)據(jù)采集由電參數(shù)智能模塊來完成。該模塊信號處理在對開關設備內(nèi)的電壓電流信號采集后，進行信號的轉換、計算處理后，以通信方式將各電量參數(shù)傳入PLC中。</p><p

25、><b>　　3 PLC設計</b></p><p>　　3.1PLC硬件選型與組態(tài)</p><p>　　根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求，本系統(tǒng)的PLC采用西門子S7—300系列根據(jù)系統(tǒng)要求，PLC總體配置如下：</p><p>　　中央處理模塊（CPU）：選用CPU314，內(nèi)存RAM擴展到24KB</p><p>　　數(shù)

26、字量輸入模塊（DI）：選用SM321，共2塊(32點輸入，24V DC)。處理64點輸入信號。</p><p>　　數(shù)字量輸出模塊（DO）：選用SM322，共2塊(32點輸出，24V DC，0.5A)。處理64點輸出信號。</p><p>　　模擬量輸入模塊（AI）：選用SM331，共5塊（8點輸入，12BIT）。處理40點輸入信號。</p><p>　　通信模塊：

27、選用CP343-1，共1塊</p><p>　　圖12 PLC硬件組成圖</p><p>　　3.2 PLC軟件設計</p><p>　　PLC系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集和風機啟停控制。風機的啟?？刂朴凶詣印⑹謩雍蜋z修3種工作方式，采用哪種方式根據(jù)現(xiàn)場情況決定。</p><p>　　自動方式是指系統(tǒng)由自動控制程序控制風機系統(tǒng)的啟動/運行，在滿足啟

28、動條件的情況下，操作人員通過上位機啟動按鈕或控制柜的啟動、停止按鈕發(fā)出啟動或停止命令，體統(tǒng)按照設定的程序依次啟動相關的設備。啟動過程和運行過程無需人工參與。</p><p>　　手動方式用于不滿足啟動條件、但對風機運行影響不太重要的設備或系統(tǒng)，可以不參加啟動，運行時只需啟動必要的設備。</p><p>　　檢修方式下系統(tǒng)的啟/停方式與自動方式一樣,用于檢修后風機的性能測試,只是運行時風門關

29、閉。</p><p>　　PLC中程序流程如圖13所示，他顯示了在一個循環(huán)周期內(nèi)程序的執(zhí)行情況。</p><p>　　圖13 系統(tǒng)流程示意圖</p><p>　　3.3 PLC控制系統(tǒng)軟件編制</p><p>　　本控制系統(tǒng)軟件采用西門子公司Step7軟件編寫，采用分塊結構編程，分塊程序是指把一個工程的全部任務分成多個任務模塊，每個模塊的控

30、制任務則根據(jù)具體情況編寫相應的子程序進行處理，在程序執(zhí)行過程中，CPU不斷掃描主程序OB1，碰到子程序調(diào)用指令就轉移到相應的子程序中執(zhí)行。本控制系統(tǒng)的部分程序如下：</p><p><b>　　4系統(tǒng)實現(xiàn)功能</b></p><p>　　本煤礦風機智能監(jiān)控系統(tǒng)不要實現(xiàn)以下功能：</p><p><b>　　4.1控制功能</b&

31、gt;</p><p><b>　?、龠h程控制</b></p><p>　　啟動：先起運電機，再打開風門；</p><p>　　停止：先停止電機，在關閉風門。</p><p><b>　?、诰偷乜刂?lt;/b></p><p>　　可在啟動柜上實現(xiàn)風機電機的啟動與停止等。<

32、/p><p><b>　　4.2監(jiān)測功能</b></p><p><b>　　①風機電機</b></p><p>　　實時監(jiān)測風機電機的定子溫度、軸承溫度、電機電流、電機電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。</p><p><b>　?、诒O(jiān)測風機</b></p>&

33、lt;p>　　實時監(jiān)測風機的水平和垂直振動幅度、靜壓、風量、風速等。</p><p>　　監(jiān)測回風巷內(nèi)瓦斯?jié)舛?lt;/p><p>　　實時監(jiān)控回風巷內(nèi)瓦斯?jié)舛?，在超限時報警。</p><p><b>　　4.3數(shù)據(jù)處理功能</b></p><p>　　系統(tǒng)將對所有監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行采集、存儲、歸檔、報警、打印等。<

34、/p><p>　　當設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)給出報警信號，并自動記錄發(fā)生故障的部位、類型、時間及相關故障參數(shù)，并打印報警信息（包括報警發(fā)生和恢復的時間及設備異常狀態(tài)，如：電機軸承溫度超限、軸承振動等）。</p><p>　　4.4擴展及并網(wǎng)功能</p><p>　　監(jiān)控計算機可以將所有運行數(shù)據(jù)、趨勢曲線、數(shù)據(jù)報表和動態(tài)畫面等信息發(fā)布到局域網(wǎng)上，使網(wǎng)上的其他用戶通過WEB瀏覽

35、器實現(xiàn)信息共享，或者提供開放的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫（網(wǎng)絡OPC通訊形式），滿足其他監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)訪問。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 夏俊生,王才. 礦井主通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 山東煤炭科技, 2007, (05) .</p><p>　　[2] 韓芳,朱玉琴. 煤礦風機智能化監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 煤礦機械,

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39、t;b>　　致 謝</b></p><p>　　本文從擬定題目到定稿，歷時數(shù)月。在本設計完成之際，首先要向我的導師xx老師致以誠摯的謝意。xx老師學識淵博、治學嚴謹，待人平易近人，對工作積極熱情、認真負責、有條不紊、實事求是，給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。在此我謹向xx老師表示衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　　同時，我要感謝大學期間給我們授課的各位

40、老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了專業(yè)知識，并從他們身上學到了如何求知治學、如何為人處事。我也要感謝我的母校內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，是她提供了良好的學習環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的大學生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。</p><p>　　另外，衷心感謝我的同窗同學們，在我畢業(yè)論文寫作中，與他們的探討交流使我受益頗多；同時，他們也給了我很多無私的幫助和支持，集體的關懷是別致與雋永的，在此我深表謝意。<