礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)及延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、應(yīng)用型碩士學(xué)位論文礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)及延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)Research and Design on Coalmine Mine Fan Online Monitoring and Delay Protection System 礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)及延時(shí)保護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)Research and Design on Coalmine Mine Fan Online Monitoring and Delay Protection System摘 要在煤礦安全生產(chǎn)過(guò)程中，通風(fēng)系統(tǒng)有著相當(dāng)重要的地位。風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)系統(tǒng)的主要組成設(shè)備，一般情況下，主通風(fēng)機(jī)都會(huì)持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這就會(huì)潛藏著很多

2、隱患，這些危險(xiǎn)源一旦顯露，就會(huì)大大影響礦井的生產(chǎn)工作，甚至導(dǎo)致人員傷亡的結(jié)果。為了強(qiáng)化礦井的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，同時(shí)為了確保礦井能高效安全的作業(yè)，必須對(duì)煤礦主扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全方位多角度的監(jiān)控。本文在對(duì)聚隆礦的現(xiàn)實(shí)作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)查后，分析了該礦在通風(fēng)監(jiān)測(cè)上暴露出的問(wèn)題，確定了監(jiān)控系統(tǒng)的待測(cè)參數(shù)以及參數(shù)的測(cè)量方法，本文的礦井主扇風(fēng)機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是基于型號(hào)西門(mén)子 S7300 PLC 進(jìn)行研究的。為了對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的性能和狀態(tài)以及電機(jī)的電氣參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要檢測(cè)風(fēng)機(jī)系的各種傳感器和現(xiàn)場(chǎng)的礦井主通風(fēng)機(jī)參數(shù)，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行異地遙控。上位機(jī)通過(guò)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成聲光信號(hào)報(bào)警、處理數(shù)據(jù)、生成圖表等功

3、能。在設(shè)計(jì)中使用 Siemens 公司的 STEP7 來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 的編程、組態(tài)；使用 WinCC 編寫(xiě)上位機(jī)人機(jī)界面程序；依靠 MPI 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)的通訊。本系統(tǒng)極大地改善了礦井通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定工作中的困難及復(fù)雜性，可以較早的發(fā)現(xiàn)故障并且預(yù)報(bào)，盡快地找到故障源，大大增強(qiáng)了礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控的功能，提高了煤礦自動(dòng)化管理水平，保證了通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，為煤礦的安全生產(chǎn)提供保障。關(guān)鍵詞：礦井主通風(fēng)機(jī)；變頻器；PLC；在線監(jiān)測(cè)AbstractThe ventilation system of coal mine safety production in coal mine i

4、s to ensure that the important part, The fan is the main equipment of the ventilation system, however, due to long-term continuous working of the fan, kinds of hidden failures and risks will appear in the working course of coal mine fans, these failures and risks will lead to serious threat to safet

5、y of coal mine production. so it not only can greatly improve the level of automation in mining production, but also a mine safe production for real-time monitoring and controlling its running status.This paper is based on the actual situation of the coal mine production and aims at the existing pro

6、blems. It determines the measuring parameters and measurement methods of the monitoring and control system. This paper use models Siemens S7-300 PLC design mine main fan automatic monitoring and controlling system. The system through testing the fan department of various sensors and field of mine ma

7、in fan parameters measurement method, the paper realize mine ventilator performance and state and motor electric parameters monitor, and can through communication system to achieve remote control.PC acousto-optic alarm signal by polymerizing-kettle finish, data processing, generating chart etc. Func

8、tion. The design uses the Siemens STEP7 to program PLC, and uses WinCC to program human-machine interface. Realizing the communication rely on MPI communication protocol. This system improves difficult and complexity of the performance work mine ventilator, and can find fault and predict as soon as

9、possible, greatly enhance the mine main fan online monitoring function, improve the management level of coal mine automation. The monitoring and control system has realized the automated management of the ventilator, ensuring the ventilator to operate steadily and reliably, providing safeguard for c

10、oal mine safety production. Keywords: main mine fan; inverter; PLC; online monitoring目 錄摘要I目錄III圖清單VII表清單VIII變量注釋表IX1 引言11.1趙莊二號(hào)井現(xiàn)況與分析11.2 國(guó)內(nèi)外防越級(jí)跳閘問(wèn)題研究現(xiàn)狀31.3 本文的主要工作52 趙莊二號(hào)井供電系統(tǒng)現(xiàn)狀72.1 礦井供電電源72.2 用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)72.3 地面供配電72.4 井下供配電83 趙莊二號(hào)井煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)分析103.1 煤礦電網(wǎng)繼電保護(hù)概述103.2 趙莊二號(hào)井煤礦電網(wǎng)建模113.3 小結(jié)154 趙莊二號(hào)井煤礦電網(wǎng)短路越級(jí)跳

11、閘分析164.1 趙莊二號(hào)井煤礦電網(wǎng)繼電保護(hù)分析164.2 煤礦越級(jí)跳閘常見(jiàn)問(wèn)題分析234.3 小結(jié)285煤礦防越級(jí)跳閘方案設(shè)計(jì)295.1防越級(jí)跳閘常用解決方案295.2基于智能變電站趙莊二號(hào)井礦防越級(jí)跳閘方案設(shè)計(jì)345.3 本章小結(jié)416 結(jié)論與展望42參考文獻(xiàn)44作者簡(jiǎn)歷48學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明49學(xué)位論文數(shù)據(jù)集50ContentsAbstractIIContentsVList of FiguresVIIList of TablesVIIIList Of VariablesIX1 Introduction11.1 Situation and Analysis about Zhaozhuang

12、 II Well11.2 Research Status at Home and Abroad31.3 Main Research Contents of This Paper52 Zhaozhuang II Well Power Supply System Present Situation72.1 The Coal Mine Power Supply72.2 The Electricity Load Statistics72.3 The Ground Power Supply And Distribution72.4 The Underground Power Supply And Dis

13、tribution83 Analysis Of The Power Supply System Aelay Protection In Zhaozhuang II WelI103.1 An Overview Of the relay protection In Coal Mine power grid103.2 The Modeling Of Coal Mine power grid In Zhaozhuang II Well113.3 Chapter Summary154 Analysis Of Mine Power Grid Short Circuit Grade Trip In Zhao

14、zhuang II Well164.1 Analysis Of Mine Power Grid Relay Protection In Zhaozhuang II Well164.2 Analysis Of Common Problems About Mine Grade Trip234.3 Chapter Summary285 Design Of Mine Anti-grade trip295.1 common solution to Mine Anti-grade trip295.2 Design Of Mine Anti-grade trip Based On The Intellige

15、nt Substation Zhaozhuang II Well345.3 Chapter Summary416 Conclusion And Outlook42References44Author Biography48Declaration of Thesis Originality49Thesis Data Collection50圖清單圖序號(hào)圖名稱(chēng)頁(yè)碼圖2.1供電系統(tǒng)圖8Figure2.1Power Supply System Diagram8圖2.2 中央變電所系統(tǒng)圖9Figure2.2The Central Substation System Diagram9圖3.1趙莊二號(hào)井煤礦

16、35kV供電系統(tǒng)仿真模型12Figure 3.1 Modeling Of 35kv Power Supply System In Zhaozhuang II Well12圖4.1三段式電流保護(hù)示意圖20Figure 4.1Three-current protection schematic20圖4.2越級(jí)跳閘示意圖23Figure4.2Override Grade Trip Schematic Diagram 23圖4.3短線路導(dǎo)致越級(jí)跳閘示意圖24Figure 4.3Override Grade Trip Attributed To Short Line Schematic Diagram

17、24圖4.4 805線路的短路電流和距離關(guān)系圖25Figure 4.4805 Relation Between Line Short-circuit Current And Distance Diagram25圖4.5運(yùn)行方式差異大導(dǎo)致越級(jí)跳閘示意圖26Figure 4.5Override Grade Trip Attributed To Operating Mode Difference Diagram 26圖5.1煤礦供電系統(tǒng)示意圖31Figure 5.1Coal Mine Power Supply System Diagram31圖5.2煤礦數(shù)字化供電系統(tǒng)31Figure5.2Coal

18、digital power supply system31圖5.3 基于智能變電站的防越級(jí)跳閘實(shí)現(xiàn)33Figure 5.3 Anti-grade trip on the realization of smart substation 33圖5.4 保護(hù)測(cè)控裝置的保護(hù)邏輯34Figure 5.4 Protecting logic of protecting and controlling device34圖5.5區(qū)域集控式智能供電系統(tǒng)35Figure 5.5Area Centralized Control Intelligent Power Supply System35圖5.6區(qū)域集控中心功能

19、結(jié)構(gòu)圖36Figure 5.6Figure 6.2 Area Centralized Control Function Configuration Diagram36圖5.7地面智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖37Figure 5.7 Ground Intelligent Substation Schematic diagram37圖5.8 趙莊二號(hào)井地面智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖38Figure 5.8Ground Intelligent Substation Schematic diagram in Zhaozhuang II 38圖5.9井下智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖38Figure 5.9Undergr

20、ound Intelligent Substation Schematic diagram38圖5.10趙莊二號(hào)井井下智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖39Figure 5.10Underground Intelligent Substation Schematic diagram in Zhaozhuang II 39表清單表序號(hào)表名稱(chēng)頁(yè)碼表3-1變壓器型號(hào)及參數(shù)12Table 3-1 Transformer Models And Parameters12表3-2各電壓等級(jí)線路的參數(shù)13Table 3-2 Parameters Of The Line About Level Of The Voltage

21、13表3-3 最大運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相短路電流14Table3-3Every Point of three-phase Short-circuit Current In Max Operating Mode14表3-4 最小運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相短路電流14Table 3-4Every Point of three-phase Short-circuit Current In Min Operating Mode14表3-5 最小運(yùn)行方式下各點(diǎn)的兩相短路電流15Table 3-5 Every Point of two-phase Short-circuit Current In Min Oper

22、ating Mode15表4-1趙莊二號(hào)井礦電網(wǎng)保護(hù)定值單16Table 4-1Relay Protection Setting Value Table About Zhaozhuang II well16表4-2 基準(zhǔn)側(cè)的選擇17Table 4-2Selection About Reference Side17表4-3過(guò)流保護(hù)靈敏度校驗(yàn)22Table 4-3Sensitivity Check About Overcurrent Protection 22表4-4 趙莊二號(hào)井煤礦線路的短路電流值25Table 4-4Short-circuit Current Value On Mine Lin

23、e In Zhaozhuang II Well25表4-5趙莊二號(hào)井礦各CT變比、保護(hù)級(jí)和線路最大短路電流27Table 4-5Each CT Ratio And Protection Level And Max Short-circuit Current In Zhaozhuang II Well 27表5-1 主要設(shè)備組成明細(xì)表39Table 5-1 Main Equipment composition list39變量注釋表電機(jī)定子電源頻率；異步電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；相應(yīng)角頻率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；異步電機(jī)固有角頻率異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速線路零序電容電機(jī)各極磁通電機(jī)定子繞組匝數(shù)常數(shù)定子繞組各組的阻抗；定子繞組

24、的相電流轉(zhuǎn)子電流折算到定子側(cè)的有效值電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)子電路各相功率因數(shù)流量流量測(cè)量截面積流量測(cè)量截面積的平均流速風(fēng)機(jī)全壓風(fēng)機(jī)出口靜壓風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓風(fēng)機(jī)入口靜壓風(fēng)機(jī)入口動(dòng)壓風(fēng)機(jī)靜壓風(fēng)機(jī)輔助功率電機(jī)有功功率 電機(jī)效率 傳動(dòng)效率 風(fēng)機(jī)全壓效率 風(fēng)機(jī)靜壓效率711 引言1 引言1 Introduction1.1聚隆礦現(xiàn)況與分析（Situation and Analysis about JuLong Mine）聚隆礦業(yè)有限公司是冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)有限公司整合重組的一家地方煤礦,為股份制企業(yè)。聚隆礦設(shè)計(jì)能力45萬(wàn)噸,井田面積2.6平方公里,礦井可采存量960萬(wàn)噸。產(chǎn)品為低灰、低硫、高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤,

25、深受煤化工、冶煉、電廠等企業(yè)的青睞。企業(yè)位于河北省邯鄲武安市境內(nèi),晉、冀、魯、豫四省交界處,東距歷史文化名城邯鄲市25公里,地理位置優(yōu)越,京廣、邯長(zhǎng)鐵路和309國(guó)道、京深、青蘭高速在這里交匯,交通便利。聚隆礦井田的煤層瓦斯聚集比較集中，這是由于該井田的煤層地質(zhì)通氣性差，同時(shí)煤層產(chǎn)狀坡度較小，使得瓦斯流通路徑長(zhǎng)，阻力大，氣體很難排除，這有利于瓦斯的聚集和存儲(chǔ)。并且煤層以較為寬緩的背、向斜為主，斷裂構(gòu)造是瓦斯流通和存儲(chǔ)的通道，瓦斯在斷層附近容易逸出，然后遠(yuǎn)離斷層，瓦使得斯得于聚集。另外煤層埋藏深度、褶曲構(gòu)造也是導(dǎo)致本井田瓦斯含量高的主要成因。同時(shí)， 根據(jù)煤層煤塵爆炸性試驗(yàn)結(jié)果，其火焰長(zhǎng)度10mm，

26、撲滅火焰的巖粉量為4045%，可知煤層之煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。綜合分析，本井田瓦斯、煤塵是聚隆礦煤層開(kāi)采過(guò)程中安全生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害，作為礦井重大危險(xiǎn)源。在我國(guó)煤炭安全生產(chǎn)條例中，對(duì)煤礦井下風(fēng)速以及通風(fēng)量都有嚴(yán)格規(guī)定。一般情況下，通風(fēng)機(jī)的容量是參照煤礦生產(chǎn)后期所需的用風(fēng)量進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在這種情況下，礦井的風(fēng)機(jī)幾乎是全功率狀態(tài)下工作，從而滿(mǎn)足煤炭安全設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)礦井通風(fēng)的要求，過(guò)程中通常采用調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角方式控制風(fēng)量及風(fēng)壓，因而使得大部分電能被浪費(fèi)。相關(guān)資料顯示，正是由于通風(fēng)設(shè)備故障以及通風(fēng)管理不善等因素，每年有大約70%以上煤礦事故是由于以上原因造成的1。除此之外，危害極大的瓦斯煤塵爆炸占重大安全事故的

27、一半，而深究其原因，主要還是礦井風(fēng)機(jī)不能很好地通風(fēng)排氣，造成瓦斯堆積。在實(shí)際生產(chǎn)中，除了電能浪費(fèi)現(xiàn)象和瓦斯聚集之外，從環(huán)境方面考慮，由于一般煤礦多采用抽出式通風(fēng)方式，通風(fēng)機(jī)將地下巷道中的包含大量的粉塵及甲烷一氧化碳等可燃有害氣體被通風(fēng)機(jī)抽到大氣中，造成空氣污染，甚至對(duì)人體健康造成不良影響。為了適應(yīng)煤礦規(guī)模日益擴(kuò)大，同時(shí)為了提高生產(chǎn)效率，井下通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的檢測(cè)控制要求更為嚴(yán)格。利用設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制等技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患是十分必要的。鑒于主扇風(fēng)機(jī)在在整個(gè)煤礦生產(chǎn)中的重要地位，它越來(lái)越受到煤礦安全管理人員的重視，國(guó)內(nèi)各高校和科研院所也都紛紛研制通風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，

28、并且得到了廣泛的認(rèn)可和推廣1.2 國(guó)內(nèi)外礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀（Research Status about Mine Ventilation Monitoring at Home and Abroad）由于國(guó)外（法國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)等）對(duì)礦井通風(fēng)設(shè)備監(jiān)測(cè)研究起步早，因而有許多較為先進(jìn)的監(jiān)控產(chǎn)品被用于煤礦生產(chǎn)中，采用現(xiàn)代化的通風(fēng)技術(shù)，保證了礦井的合理通風(fēng)及供風(fēng)，不僅大大降低了重大安全事故的發(fā)生幾率，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，效果顯著。隨著國(guó)外科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)智能化、自動(dòng)化的監(jiān)控技術(shù)也進(jìn)一歩得到了提高。20世紀(jì)90年代，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)作為自動(dòng)控

29、制技術(shù)的一個(gè)重要分支己經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。在波蘭，他們將各種參數(shù)匯集到井上微機(jī)，通過(guò)微機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)還能根據(jù)井下風(fēng)量的需求對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速和風(fēng)量控制，最終繪制出井下通風(fēng)系統(tǒng)的立體通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，達(dá)到了礦井通風(fēng)的先進(jìn)水平。在監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，美國(guó)西屋公司最為著名，至1990年已經(jīng)發(fā)展為適用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)預(yù)警專(zhuān)家系統(tǒng)，另外還有丹麥的 B&K公司的機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，日本三菱公司的 MM 系統(tǒng)都是相對(duì)成熟的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都在各國(guó)煤礦上應(yīng)用的非常廣泛，比如淮南礦務(wù)局在引進(jìn)德國(guó)通用電氣（AEG）公司設(shè)計(jì)的通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)后，安全運(yùn)行七年無(wú)故障發(fā)生。在煤礦主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量智能調(diào)節(jié)及在線監(jiān)控系統(tǒng)

30、方面，我國(guó)也取得了一些成就。谷善茂等人設(shè)計(jì)了無(wú)人值守的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，攻克了系統(tǒng)的某些控制難題4；陳燎原等人利用西門(mén)子 PLC、變頻器和組態(tài)王等開(kāi)發(fā)出礦井風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)5；煤炭總院重慶分院李祥和等人開(kāi)發(fā)研制了可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和機(jī)械故障預(yù)報(bào)警功能的儀器“FJZ型礦井主要通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障'診斷儀”；胡亞非教授等人研發(fā)設(shè)計(jì)了可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)采集、控制一體化的“K.1Z-型礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與通訊系統(tǒng)”，之后又推出“KJZ-2型礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與通訊系統(tǒng)”，即使在惡劣的地下工作環(huán)境中，該系統(tǒng)也能夠準(zhǔn)確、可靠的運(yùn)行，通過(guò)對(duì)通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)測(cè)一體化的功能。雖然許多大型煤

31、礦已配備了這些研究成果,并且取的了顯著的成效.但在實(shí)際使用中也暴露出一些問(wèn)題，這些問(wèn)題亟待解決4:(1)煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控功能中，對(duì)風(fēng)機(jī)的控制功能不強(qiáng)。不能實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，同時(shí)控制方法簡(jiǎn)單，模糊性強(qiáng)，從而控制不準(zhǔn)確。另外風(fēng)機(jī)全功率運(yùn)行，使得大部分電能流失掉，同時(shí)不能做到提前預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)故障等。(2)煤礦風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)較獨(dú)立，不能很好地與整個(gè)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)或者煤礦管理系統(tǒng)相互協(xié)同工作，信息不能及時(shí)反饋，管理較為松散。(3)在可靠性方面，煤礦風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控還有不足之處。早期的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件功能是由若干工作人員通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)范，致使一旦存在漏洞，工作量頗大。以上

32、問(wèn)題暴露出我們國(guó)家與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有很大的差距，尤其是在對(duì)風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制方面。另外我國(guó)研發(fā)的系統(tǒng)所具備的功能不很完善，智能化程度不高，綜合性能較低。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)版本低，缺乏一定的靈活性和兼容性，不能很好地?cái)U(kuò)展和移植性到其他地方。隨著工業(yè)控制對(duì)自動(dòng)化要求的提高，為了能研發(fā)出性能更強(qiáng)的系統(tǒng)，這就需要把計(jì)算機(jī)和工業(yè)設(shè)備結(jié)合在一起，來(lái)設(shè)計(jì)和研究可以實(shí)現(xiàn)礦井主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能技術(shù)。1.3本文研究的目的與意義( Purpose and Significance of This Paper)作為我國(guó)最重要的能源之一，煤炭每年產(chǎn)量居高不下，其在一次商品能源消費(fèi)構(gòu)成中占很大比例。當(dāng)前新能源受到關(guān)注，

33、許多科研機(jī)構(gòu)都投入了人力與物力進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，但從中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平來(lái)分析，中國(guó)在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，仍將把煤炭作為最主要的能源。我國(guó)煤炭主要是通過(guò)熱力發(fā)電實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化的，其中通風(fēng)安全直接關(guān)系到我國(guó)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是我國(guó)能源安全供應(yīng)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要保障，所以對(duì)煤礦的風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控是重中之重。為了切實(shí)保障煤礦安全生產(chǎn)，必須完善主扇風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)監(jiān)控功能具體包含以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)組運(yùn)行中的軸承的溫度變化、風(fēng)機(jī)的振動(dòng)幅值大小、電機(jī)軸承的溫度變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并與參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而了解機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)診斷與處理。（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主

34、扇風(fēng)機(jī)、電機(jī)的溫度變化參數(shù)，包括電機(jī)定子繞組溫度、主扇風(fēng)機(jī)軸溫。（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的電氣參數(shù)，包括電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、有功能耗值。（4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主扇的運(yùn)行性能參數(shù)：風(fēng)量、負(fù)壓、功率、效率、開(kāi)、停機(jī)（狀態(tài)）及時(shí)間。（5）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主扇電機(jī)軸承的振動(dòng)參數(shù)：水平、垂直的振動(dòng)狀態(tài)。（6）顯示當(dāng)前風(fēng)葉的角度：“風(fēng)葉角度選擇”區(qū)分前、后（、）級(jí)風(fēng)葉。（7）根據(jù)設(shè)定的報(bào)警幅值、危險(xiǎn)值等進(jìn)行幅值報(bào)警及其變化趨勢(shì)。采用聲光提示和顯示器色彩動(dòng)畫(huà)報(bào)警等方式，并能顯示故障的動(dòng)態(tài)參數(shù)變化。（8）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)風(fēng)道內(nèi)瓦斯?jié)舛?，在濃度超限時(shí)報(bào)警。（9）實(shí)時(shí)控制各配電柜開(kāi)啟，電機(jī)的起動(dòng)、停止以及風(fēng)門(mén)的開(kāi)閉。本文汲取現(xiàn)

35、有礦井通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中存在的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)智能化監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)的一種方法，把高可靠性的工控 PLC 應(yīng)用到風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中來(lái)，輔助以高性能傳感器，監(jiān)控通風(fēng)機(jī)的各種狀態(tài)，并在中央控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而達(dá)到無(wú)人值守的目的和生產(chǎn)要求。1.4 本文的主要工作（Main Research Contents of This Paper）本課題深入研究了當(dāng)前通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)存的問(wèn)題，提出了解決方案。針對(duì)煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)存的問(wèn)題，本論文確定了監(jiān)控系統(tǒng)的待測(cè)參數(shù)以及參數(shù)的測(cè)量方法，利用PLC變頻控制技術(shù)，通過(guò)變頻調(diào)速的方式，從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量以及風(fēng)壓的輸出，最終達(dá)到能源利用最大化以及

36、生產(chǎn)效率最大化的目的。通過(guò)對(duì)被監(jiān)控風(fēng)機(jī)對(duì)象的結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn)進(jìn)行分析，本課題主要工作內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面:(l)針對(duì)聚隆礦現(xiàn)況展開(kāi)調(diào)查并分析，得出該礦井的重大危險(xiǎn)源。對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并介紹了國(guó)內(nèi)外通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的研究狀況，為了高效率的進(jìn)行監(jiān)測(cè)與監(jiān)控,提出了PLC變頻控制技術(shù)。(2)礦井局部風(fēng)機(jī)PLC及變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)分為變頻器接入的主電路和PLC控制電路兩部分。選用合理的傳 感器或變送器將待測(cè)壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等重要參數(shù)轉(zhuǎn)換成適于數(shù)據(jù)采集模塊接收的參量，并且采取抗干擾措施實(shí)現(xiàn)正確的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)采集。除了可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)變頻的切換，還可以在瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或切斷

37、系統(tǒng)電源并報(bào)警。(2)根據(jù)風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)功能要求完成PLC控制變頻器方式的確定和對(duì)所需傳感器、變頻器以及PLC等主要電氣元器件的合理選型。(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及可能出現(xiàn)的故障特點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)的性質(zhì)與整體功= 能的要求，設(shè)計(jì)出合理的監(jiān)控結(jié)構(gòu)以及有效的電動(dòng)機(jī)保護(hù)方式。(4)結(jié)合工程需要情況，進(jìn)行PLC系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量的控制、瓦斯?jié)舛燃癙LC模擬量采集及處理的程序編輯，并對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。(5)選擇合適的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控軟件顯示風(fēng)機(jī)工況。結(jié)合PLC以及組態(tài)軟件在上位機(jī)上完成對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在線監(jiān)控的設(shè)計(jì)。最后是對(duì)全文的總結(jié)，對(duì)全文研究成果進(jìn)行總結(jié)并提出下一步的研究方向。2 趙莊二號(hào)井供電系統(tǒng)現(xiàn)狀2 聚隆礦通風(fēng)系統(tǒng)概述2

38、 Introduction of Ventilation System in JuLong Mine2.1 聚隆礦主扇風(fēng)機(jī)概述（Introduction of Main Fan in JuLong Mine）聚隆礦地面主扇風(fēng)機(jī)使用的是對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)2臺(tái)。其整體性好，并且采用內(nèi)置防爆電機(jī)拖動(dòng)，不受外界干擾。風(fēng)機(jī)的主要特點(diǎn)是:1、該風(fēng)機(jī)采用電機(jī)與葉輪直聯(lián)的方法，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，改變了當(dāng)前煤礦抽出式軸流風(fēng)機(jī)全部采用皮帶輪傳動(dòng)或長(zhǎng)軸傳動(dòng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使維修和操作方便。2、該風(fēng)機(jī)配套電機(jī)為YB系列的YBFe派生系列，隔爆型三相異步電機(jī)。電機(jī)置于全封閉型，并具有一定耐壓強(qiáng)度的密閉散熱罩中并于外界非瓦斯氣相通

39、。使電機(jī)始終處于無(wú)瓦斯空氣之中運(yùn)行，起到了雙重隔爆效果。3、風(fēng)機(jī)與擴(kuò)散器之間設(shè)置后導(dǎo)葉，以提高靜壓效率，使得節(jié)能效果顯著。與目前使用的局扇群相比，可節(jié)電六倍，與離心式風(fēng)機(jī)相比可節(jié)電40%。4、該機(jī)可以反轉(zhuǎn)反風(fēng)，不必另設(shè)反風(fēng)道，具有節(jié)約基建投資和反風(fēng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。5、葉輪的葉片安裝角度可以調(diào)整，其范圍為:30度、33度、36度、39度、42度五個(gè)角度級(jí)。在使用同一規(guī)格風(fēng)機(jī)中，可根據(jù)生產(chǎn)擴(kuò)大的要求來(lái)調(diào)整葉片安裝角度。6、該機(jī)配置了防止摩擦火花裝置，確保了整機(jī)安全防爆性能。7、該機(jī)采用特殊設(shè)計(jì)，性能曲線無(wú)駝峰，在任何網(wǎng)絡(luò)阻力情況下，均能穩(wěn)定運(yùn)行。2.2 風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)（The Fan Power Su

40、pply System）風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng)采用了室外箱式一體化結(jié)構(gòu)，按功能劃分為高壓配電室、低壓配電室、變壓器室。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的主要設(shè)備:(1)高壓電機(jī)：高壓電機(jī):每臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝有兩臺(tái)6kv高壓異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)容量為315kw。電機(jī)安裝了三相定子和前后軸承溫度傳感器。(2)變壓器：為了保證附屬設(shè)備的可靠工作，安裝了兩臺(tái)50kva，為低壓柜提供供電。變壓器安裝了溫度監(jiān)控器，監(jiān)控3相溫度，當(dāng)溫度超限能自動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)降溫。(3)進(jìn)線柜：包括兩臺(tái)進(jìn)線柜，為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)。(4)聯(lián)絡(luò)柜：實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)的母線聯(lián)絡(luò)。(5)換向柜：兩臺(tái)換向柜，由接觸器組成。主要實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。(6)箱變房：采用一體化

41、設(shè)計(jì)，外觀整潔大方，按功能劃分為高壓配電室，低壓配電室，變壓器室，PLC控制室。箱變房安裝通風(fēng)機(jī)和溫度傳感監(jiān)控裝置，能根據(jù)溫度自動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱。2.3 聚隆礦通風(fēng)系統(tǒng)（The Mine Ventilation System）主通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大固定設(shè)備之一，為了保證通風(fēng)的安全正常持續(xù)運(yùn)行，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有以下幾部分，其中有兩個(gè)風(fēng)洞，互為備用。保證在風(fēng)機(jī)發(fā)生事故或者檢修時(shí)的安全生產(chǎn)。(1)地面風(fēng)道閘門(mén):風(fēng)機(jī)入口前設(shè)垂直閘門(mén)，主要用來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量和倒換風(fēng)機(jī)。(2)通風(fēng)管道:風(fēng)機(jī)風(fēng)道處安裝了測(cè)量差壓，靜壓的氣樣管道及流體溫度傳感器。(3)風(fēng)門(mén)電機(jī):主要來(lái)開(kāi)關(guān)風(fēng)道閘門(mén)，為380V低壓電機(jī)，容量為11KV。

42、共有4臺(tái)，分別用于開(kāi)關(guān)風(fēng)道閘門(mén)和檢修。2.4 風(fēng)量調(diào)節(jié)方法（The Method of Regulating Air Flow）聚隆礦地面主扇風(fēng)機(jī)還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)風(fēng)們用于檢修時(shí)風(fēng)道的入口。聚隆礦地面主扇風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，每一臺(tái)風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)扇葉的數(shù)量和角度時(shí)不同的，其中一級(jí)電機(jī)要比二級(jí)電機(jī)的扇葉數(shù)量多，角度大。由于在聚隆礦地面主扇風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，采用的風(fēng)機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)速的軸流式風(fēng)機(jī)，又因?yàn)闆](méi)有配備變頻調(diào)速裝置，所以風(fēng)量和風(fēng)壓的調(diào)節(jié)主要在風(fēng)機(jī)安裝階段，通過(guò)手動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量、葉片安裝間距和角度得以實(shí)現(xiàn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)階段，電機(jī)始終處于最大功率狀態(tài)，這導(dǎo)致了低流量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)極大的能源浪費(fèi)。由于調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的扇葉數(shù)量和角度在實(shí)

43、際生產(chǎn)中調(diào)節(jié)比較困難，在正常的生產(chǎn)中，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)垂直風(fēng)門(mén)提起的高度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量是最常用也是最為普遍和簡(jiǎn)單的方式。另外，聚隆礦的風(fēng)量需求高，但是井下線路較為復(fù)雜，導(dǎo)致在風(fēng)機(jī)停止工作后，因?yàn)轱L(fēng)流紊亂，致使風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象出現(xiàn)。除此之外，為了解決井下的開(kāi)采任務(wù)艱巨的問(wèn)題，經(jīng)常配以爆破等作業(yè)任務(wù)，引起的沖擊波常常改變風(fēng)流，也是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)頻繁自動(dòng)停機(jī)的主要因素。6結(jié)論與展望3 礦井風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的方案總體設(shè)計(jì)3 Overall Design of Monitoring and Control System for Mine Fan當(dāng)前，越來(lái)越多的自動(dòng)化設(shè)備投入到煤礦生產(chǎn)中，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了人力與

44、物力。基于調(diào)研分析現(xiàn)場(chǎng)控制要求，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、靈活度高的目的，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有的通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)，設(shè)計(jì)適合于聚隆礦的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)合理的控制方式，以及可靠的保護(hù)功能，選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)。3.1 變頻技術(shù)調(diào)速原理與設(shè)計(jì)（Principle and Design of Speed Regulation by Frequency Conversion Technology）隨著自動(dòng)化程度越來(lái)越高，電機(jī)有著非常重要的地位，許多生產(chǎn)作業(yè)都要通過(guò)電機(jī)拖動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中交流異步電機(jī)使用最為廣泛，它的特點(diǎn)是體積較小，價(jià)格相對(duì)低廉，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)5，但相比于直流電機(jī)，交流電機(jī)不能很好地進(jìn)行

45、調(diào)速，基于這種情況，又出現(xiàn)了相應(yīng)的交流電機(jī)調(diào)速方式，例如異步電機(jī)的變極調(diào)速、定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等6，使得交流電機(jī)調(diào)速難的問(wèn)題迎刃而解，這其中的變頻調(diào)速應(yīng)用最多，效果較為突出。 依據(jù)電機(jī)拖動(dòng)的原理，可知道交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式為: 式中 ：-電機(jī)定子電源頻率；-異步電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；-相應(yīng)角頻率-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； 式中：-異步電機(jī)固有角頻率；-異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速；由上述公式可知，通過(guò)改變異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)異步電機(jī)定子繞組的輸入電源頻率。另外，在電機(jī)拖動(dòng)中，我們知道 同步轉(zhuǎn)速不僅總是大于交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而且同步轉(zhuǎn)速的變化會(huì)改變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電源頻

46、率增加時(shí)，同步轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)增加，同時(shí)交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速也因而增加。反之，當(dāng)電源頻率減小時(shí)，同步轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)變小，同時(shí)交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速也因而變小。通過(guò)增加或者減少電源頻率來(lái)調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方式稱(chēng)為變頻調(diào)速7。3.2 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式（The Basic Control Mode of Motor Frequency Control）通過(guò)以上的理論分析，可以知道只需要改變異步電機(jī)輸入電源頻率，就可與調(diào)節(jié)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。但具體應(yīng)用時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)輸入電源頻率的改變，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的一些機(jī)械特性和轉(zhuǎn)差率等發(fā)生變化，因此不能單純的通過(guò)改變就能達(dá)到變頻調(diào)速的目的。這時(shí)就需要采取一些

47、合理有效的控制方式。目前，主要有三種交流變頻調(diào)速控制的基本方式8:1.輸入電源頻率低于工頻范圍的調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式:式中：-電機(jī)各極磁通；-電機(jī)定子繞組匝數(shù)常數(shù)； 定子電壓與繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系式為式中：-定子繞組各組的阻抗；-定子繞組的相電流；假如不考慮定子壓降的影響，則可近似為：并且可以簡(jiǎn)化為:其中：通過(guò)電機(jī)拖動(dòng)原理，可以知道異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和磁通之間的關(guān)系表達(dá)式為：式中：-轉(zhuǎn)子電流折算到定子側(cè)的有效值；-電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；-轉(zhuǎn)子電路各相功率因數(shù)；根據(jù)上述公式可得，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和磁通成正比關(guān)系，如果既降低電源頻率，又降低定子電壓，但保持二者比為定值，那么異步電機(jī)的磁通

48、與電磁轉(zhuǎn)矩也維持不變，這種控制方式就是恒磁通調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速9。2.輸入電源頻率高于工頻范圍的調(diào)節(jié)實(shí)際工作中，定子電壓必須在異步電機(jī)額定工作電壓范圍內(nèi)，如果增大電源頻率，在數(shù)值上會(huì)變小，反之，會(huì)變大。另外，如果維持定子電壓穩(wěn)定不變，通過(guò)上述公式可知，定子磁通與電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩都會(huì)減小，最終增大電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的功率表達(dá)式為；式中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度如果能同時(shí)控制電源頻率與電磁轉(zhuǎn)矩，使得他們之間的比值保持不變，這樣就可以保持電機(jī)功率恒定不變，通過(guò)這種定壓升頻的控制調(diào)速方式，即為恒功率調(diào)速。3.轉(zhuǎn)差頻率的控制當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率相對(duì)較小，為了使電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩近似正比于轉(zhuǎn)差角頻率，就需要對(duì)定子電流合

49、理控制，從而保證電機(jī)的氣隙磁通維持不變。因此，在異步電機(jī)控制中，通過(guò)增加或者減少頻率，實(shí)現(xiàn)間接控制電磁轉(zhuǎn)矩的控制方法即為轉(zhuǎn)差頻率的控制方式。3.3 變頻器的結(jié)構(gòu)與選型（The Structure and Selection of Frequency Converter）變頻器按結(jié)構(gòu)可以分為直接變頻和間接變頻，直接變頻就是交-交變頻器，這種結(jié)構(gòu)主要是將工頻交流電直接轉(zhuǎn)換成交流電，轉(zhuǎn)換后的交流電的頻率以及電壓都可控；間接變頻就是交-直-交變頻器。這種結(jié)構(gòu)首先將工頻交流電通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電，再利用濾波器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，轉(zhuǎn)換后的交流電的頻率以及電壓都可控。目前使用較為廣泛的變頻器主要是交-直

50、-交變頻器，它的主要組成部分是整流器、濾波器和逆變器，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示圖* 變頻器基本結(jié)構(gòu)圖Figure * Inverter basic structure diagram（1）整流器：分為可控型整流器和不可控型整流器兩種，作用是將固定的頻率和電壓的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。（2）逆變器：這是變頻器的核心部分，它的作用是將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，從而使?fù)載正常工作，因?yàn)榻涣鬏斎腚娫磁c逆變器的輸出的頻率和電壓沒(méi)有關(guān)系，所以也可以稱(chēng)為無(wú)源逆變器。(3)濾波器：整流電路的輸出電壓不是理想的直流，用示波器觀察整流電路的輸出電流，與可以發(fā)現(xiàn)波形中含有較大的脈動(dòng)成分，稱(chēng)為紋波。為了盡可能的減少這些紋波，獲得較為

51、理想的直流電壓，必須借助具有儲(chǔ)存能量的電抗性元件（如電容、電感）組成的濾波電路，因此可將濾波器分為用電感對(duì)直流電壓濾波和用電容對(duì)直流電流濾波。由于逆變器的負(fù)載多為感性負(fù)載(比如異步電機(jī))，不論電機(jī)工作狀態(tài)如何，其功率因數(shù)始終不為1，過(guò)程中總有無(wú)功功率進(jìn)行交換，因此為了起到緩沖的目的，必須引進(jìn)中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件。按調(diào)制方法進(jìn)行分類(lèi)，變頻器可以分為脈沖幅值調(diào)制型變頻器(PAM)和脈沖寬度調(diào)制型變頻器(PWM)。脈沖幅值調(diào)制型變頻器的工作原理是利用改變脈沖的幅度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出量和波形的調(diào)節(jié)。脈沖寬度調(diào)制型變頻器工作原理改變脈沖寬度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出量和波形的調(diào)節(jié)。常見(jiàn)的PWM波形生成的方法有兩種

52、，分別是調(diào)制法和計(jì)算法。調(diào)制法是通過(guò)比較期望信號(hào)與高頻載波信號(hào)，從而確定個(gè)脈沖寬度信息，最終生成PWM波形；計(jì)算法主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)每個(gè)時(shí)間段所需要的脈沖寬度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。相比于脈沖幅值調(diào)制型變頻器，脈沖寬度調(diào)制型變頻器更容易控制，并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈活性高，基于這些優(yōu)點(diǎn)，在很多電路的逆變部分，都是采用的脈沖寬度調(diào)制10。當(dāng)前，市場(chǎng)上的變頻器種類(lèi)很多，因此要根據(jù)具體的電路選擇合適的變頻器，這樣才能實(shí)現(xiàn)更好的變頻效果。根據(jù)下列因素進(jìn)行選擇：電機(jī)的額定電流值以及功率值、變頻器容量大小、變頻器后接的負(fù)載類(lèi)型、線路電纜長(zhǎng)度、防護(hù)等級(jí)是否與現(xiàn)場(chǎng)情況相符合等。比如，如果變頻器需要長(zhǎng)電纜運(yùn)行，為了防止

53、其出力不能滿(mǎn)足需要，必須采取一定的措施來(lái)減小長(zhǎng)電纜對(duì)地的耦合電容的影響，因而需要選擇大一檔的變頻器，或者在輸出端安裝輸出電抗器?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本等因素，本系統(tǒng)選用了西門(mén)子6SE70變頻器。西門(mén)子6SE70變頻器，控制裝置采用全數(shù)字控制技術(shù)，功率部分采用IGBT的電壓源型PWM交流變頻傳動(dòng)裝置，它給傳動(dòng)裝置帶來(lái)快速性、更高的可靠性更好的效率等特點(diǎn)。它的控制模式可分為磁場(chǎng)定向矢量控制和V/F控制，速度響應(yīng)的時(shí)間為60ms，輸出頻率為0-200Hz,。過(guò)載能力是1.36倍額定電流60秒，1.60倍額定電流30秒。6SE70變頻器的基本功能有：可編程的輸入/輸出接口、可編程的加減速率、豐富的自由功能模塊

54、、連接量技術(shù)、電流限幅、過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)、故障顯示和存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通訊功能等等。3.4 PLC的基本組成及工作原理( PLC Basic Composition and Working Principle)PLC的種類(lèi)繁多，但基本結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同。主要由中央處理器（CPU）存儲(chǔ)器、通信接口、輸入/輸出(I/O)接口和電源等組成，如下圖2.3所示。圖* PLC基本組成圖框圖Figure* The basic structure diagram of PLC1.中央處理單元(CPU)中央處理單元 (CPU)是PLC的核心芯片，它主要是負(fù)責(zé)控制其他部件的工作，一般由控制器，運(yùn)算器和寄存器組成，C

55、PU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、I/O接口電路連接，其主要完成以下任務(wù):(l)從存儲(chǔ)器讀取指令。CPU從地址總線上寫(xiě)入指令的存儲(chǔ)地址，并且從數(shù)據(jù)總線上讀取指令，并同時(shí)將其存放到CPU內(nèi)部的指令寄存器中。(2)執(zhí)行指令。對(duì)存放在指令寄存器中的指令操作碼進(jìn)行編譯，執(zhí)行指令規(guī)定的操作。(3)處理中斷。當(dāng)輸入輸出接口或者內(nèi)部的程序請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行中斷時(shí),CPU進(jìn)行中斷的跳轉(zhuǎn),處理完中斷程序后返回原程序,繼續(xù)執(zhí)行原程序。引入中斷的控制方式大大提升了PLC處理速度和程序的執(zhí)行效率。(4)診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的錯(cuò)誤;PLC的CPU通過(guò)不停的掃描輸入輸出接口，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行接收，并按照原程序?qū)z測(cè)到的信息進(jìn)行處理，最終利用執(zhí)行部件進(jìn)行控制。2.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是一種半導(dǎo)體，它具有記憶功能，通常用來(lái)存放PLC的程序和數(shù)據(jù)，按存放程序的類(lèi)別不同，可分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序是由PLC的生廠方通過(guò)微機(jī)指令系統(tǒng)編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，這些程序控制著PLC的各種功能，并且禁止使用者對(duì)其進(jìn)行修改；用戶(hù)程序是用戶(hù)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求或者工藝要求進(jìn)行編寫(xiě)的控制程序，這些程序可以通過(guò)編程器寫(xiě)入PLC的讀寫(xiě)存