煤矿主通风机变频调速及控制监控系统
一、概述
煤矿巷道通风系统，在煤矿的安全生产中起着至关重要的作用，由于煤矿开采及掘进的不断延伸，巷道延长，矿井所需的风量将不断增加，风机所用功率也将加大；四季的交替，冷热的变化，所需的风量也需不断调节。变频调速以其优异的调速和起动性能，高效率、高功率因数、节电显著和应用范围广泛等诸多优点而被认为是主扇风机最适合的调速方式，可以实现以下几个功能：
●节能降耗，降低长达几十年的生产成本；
●软起动特性，大大延长机械使用寿命；
●无人值守，提高自动化运行程度，安全生产。
二、变频节能原理
变频调速控制系统利用变频调速来实现风量（风压）调节，代替挡风板等控制方式，不但可以节约大量的电能，而且可以显著改善系统的运行性能。
曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压—风量（H―Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。
假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，
风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到 n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q―H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3也随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此风机采用转速控制方式来调节风量，在节能上是个有效的方法。
理论分析和实测都证明用人为增加通风阻力(关小闸门)的方法调节风量会造成电能的浪费，是不可取的。而大型煤矿的服务年限大多在几十年以上，投产初期到井田稳定开采一般在十年以上，因此在主扇风机设计上余量会特别大，在相当长的时间内主扇风机一直处在较轻负载下运行。如果煤矿主扇风机还采用档板调节，只会造成能源浪费、增加生产成本。可是采用变频调速改变风机转速的方法调节风量，不但节能效益显著，而且还有减少机械磨损延长机械使用寿命的效果。
三、系统技术说明
按照系统设计中各部分功能来划分，将系统分为三大部分，即为：
供配电系统
●10KV高压配电系统
●380/220V低压配电系统
?交流系统
?直流系统
变频调速系统
完成对电动机的驱动、保护功能，根据风量与瓦斯浓度实现PID闭环控制，实现风机自动调速运行；并具有重载启动、过载能力强、保护功能完善等诸多优势。驱动部分还另设置旁路柜，在变频器出现问题时，可自动将风机切换至工频运行，保证井下通风正常，安全生产。
无人值守控制及在线监控系统；
控制及在线监控系统中采用可编程控制器PLC作为主控器，上位机配备工控机及组态软件完成系统操作与监控，PLC采用双机热备方式，任意一套控制器出现问题，另一套可以快速响应投入运行；控制部分采集现场设备及传感器的返回信号，并根据运转工况要求，通过编程的方式实现风机运行的授权遥控、现场集中、就地手动等控制方式，使风机系统达到智能运行，能自动切换风机，自动反风，实现无人值守。并实现系统中各设备的实时参数检测、历史数据查询，相关重要参数的定期报表输出，使操作人员对每台设备的状况充分了解，维护人员对设备的运行情况有据可查。
矿井主通风机监控系统完成以下自动控制和监测功能：
●主通风机正常状态下的开、停控制。
●主通风机定期轮换控制。
●矿井发生事故需返风时的倒转反风控制。
●风门绞车控制。控制风门电动执行机构，实现风门的开闭，并监测到位信
号；
●自动调节控制程序具有倒换风机预警、定时反风预告、风量调节预报三类
程序。
●控制风机电机高压起动柜的分合闸，控制和保护变频器和整流变压器，并
监视其故障保护状况。
●监测风机电机的轴承温度、绕组温度信号。
●监测风机的主轴承温度、振动位移、喘振信号。
●显示、记录所检测的各个温度值，绘制曲线，并提供历史数据的查询。●根据静压、压差检测信号，绘制静压、风量、风速和效率曲线，并提供历
史数据查询。
●采集并显示电机的电压、电流、有功、无功、频率、功率因数。
●显示系统的实时报警信息，实时报警打印，并提供历史报警信息的查询。
●主通风机监控系统与综合自动化控制网络连接，实现在矿调度中心在线监
控。
1、概述 压风机在线监测系统是依据国家标准《工业通风机用标准化风道进行性能试验》GB/T1236-2000和煤炭行业标准《煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法》MT 421-2004的要求，结合煤矿安全生产的实际情况而研制的新一代矿用压风机在线监测系统。它利用高性能PLC构成前端数据采集和处理单元，以稳定、可靠、精确的方式将采集数据传送给主控制计算机，主控制计算机对采集数据进行分析计算并显示存储，从而对压风机的运行状态进行连续的在线监测，为压风机的安全、高效运行提供科学依据。 风机是矿井要害设备之一，风机的实时运行数据需要纳入全矿井自动化系统，传统的设备无法与矿井自动化系统交换数据，只要依赖于计算机网络技术，才可以将风机运行的实时信息数据传送给矿调度室，并将其运行数据并入全矿井数据库以供整体分析决策使用。所以，在线监测是实现全矿井自动化的必备设备。 压风机微机监测系统是应用于大型通风机流量监测方法的装置；系统以国家标准“压风机空气动力性能试验方法”和煤炭行业标准“煤矿用主要压风机现场性能参数测定方法”为依据，应用工业计算机检测技术和独特的专有研究成果对矿用大型压风机的运行状态进行连 续在线测量与处理，以多种方式提供压风机运行状态的各种数据，保障通风机的安全运行和方便通风机的性能测试，并为多种功能扩充提供方便的条件。
在线测量与处理的风机运行参数包括：风量、负压、静压、动压、全压、风速；电机电压、电流、功率因数、轴功率、转速、轴承温度、正反转、效率等；根据运行情况可实时输出各种特性曲线。数据传输模式兼容满足国际标准的多种数交换形式， FTP、局域网IE数据服务与广域网IE数据服务功能，可与全矿井自动化系统实现灵活便捷的数据联网，将风机的实时运行参数传输到矿总调度室，满足自动管理的需求。压风机微机监测系统能够在生产过程中随时掌握压风设备的运行状态，改变了传统的设备管理方式，提高了通风设备的自动化管理水平，有力地保证了通风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据，深受用户欢迎。 本系统采用测控功能齐全，画面、报表丰富多彩，方便现场操作人员使用和技术维护。 煤矿风机在线监控系统是工业级煤矿风机自动监控系统。它实现了风机运行的实时监控、风机停运报警、风机远程中心监控等功能。系统采用多种数据远程传输模式，适合于各种煤矿通讯条件，为煤矿提供最及时、安全、可靠、便捷、经济、易维护的安全监控手段，实现现场风机系统的无人值守在线监控。 1．1系统功能： 系统的主要功能有：实时监测压风系统参数、压风机的性能参数、电机的电气参数、轴承温度、数据管理、报表管理、性能测试、远程通讯等，详述如下： ★、实时监测压风系统入口静压、入口温度、风量。
目录 1 绪论 (1) 1.1课题的背景 (1) 1.1.1 电机的起源和发展............................. 错误！未定义书签。 1.1.2 变频调速技术的发展和应用..................... 错误！未定义书签。 1.2本文设计的主要内容............................... 错误！未定义书签。 2 变频调速系统的方案确定 (4) 2.1变频调速系统 (4) 2.1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 (4) 2.1.2 变频调速原理 (4) 2.1.3 变频调速的基本控制方式 (5) 2.2系统的控制要求 (6) 2.3方案的确定 (6) 2.3.1 电动机的选择 (6) 2.3.2 开环控制的选择 (7) 2.3.3 变频器的选择 (7) 4 变频调速系统的硬件设计 (8) 4.1S7-200PLC (8) 4.2M ICRO M ASTER420变频器 (8) 4.3外部电路设计 (9) 4.3.1 变频开环调速 (9) 4.3.2 数字量方式多段速控制 (11) 4.3.3 PLC、触摸屏及变频器通信控制 (12) 5 变频调速系统的软件设计 (14) 5.1编程软件的介绍 (14)
5.2变频调速系统程序设计 (15) 6 触摸屏的设计 (23) 6.1触摸屏的介绍 (23) 6.2MT500系列触摸屏 (25) 6.3触摸屏的设计过程 (26) 6.3.1 计算机和触摸屏的通信 (26) 6.3.2 窗口界面的设计 (27) 6.3.3 触摸屏工程的下载 (31) 7 PLC系统的抗干扰设计 (33) 7.1 变频器的干扰源 (33) 7.2干扰信号的传播方式 (33) 7.3 主要抗干扰措施 (34) 7.3.1 电源抗干扰措施 (34) 7.3.2 硬件滤波及软件抗干扰措施 (34) 7.3.3 接地抗干扰措施 (34) 结论 (36) 致谢 ................................................ 错误！未定义书签。参考文献 .. (37)
摘要 异步电动机采用变频调速技术，具有调速范围广，调速时因转差功率不变而无附加能量损失的优点，因此，变频调速是一种性能优良的高效调速方式。 本文以MATLAB为仿真工具，介绍了Simulink中的仿真模块，研究了交流电机变频调速系统，分析了变频器的构成和工作原理，并据此对逆变电路进行了仿真设计。首先对调速系统仿真所需要的各种电力系统模块做了简要的介绍，说明了逆变器的工作原理，在此基础上用MATLAB/Simulink软件分别对各种电路模块进行了仿真设计，进而设计出了实际中广泛应用的交-直-交变频器的仿真模型，实现了对交流电机变频调速系统的仿真研究，在此基础上建立电机模型，进行矢量控制设计，以带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制的方法对异步电动机变频调速系统进行建模和仿真，并对仿真结果进行了分析,由仿真结果可以看出系统转速的动态响应快，稳态跟踪精度高，表明此建模方法是可行和有效的。 关键词：MATLAB/Simulink变频调速逆变器仿真
ABSTRACT With the application of frequency and speed conversion technology to synchronous motor, its speed can be wide-ranged adjusted. When it comes to adjusting speed, because of slip power unchanged, there is no additional energy lost. Thus it makes this technology a high-equality and efficient way to exchange the speed. This thesis, aiming at MATLAB as simulation tool, introduces Simulink simulation module and the AC motor speed control system as the subject of the research and analyzes the structure of the inverter and how it works. On this basis,a variety of inverter circuit simulation designs are conducted. First of all, this thesis makes a brief introduction about power system module power which needs power electronic simulation, the working principle of the inverter included. Based on the theory above, then MATLAB / Simulink software are used in the simulation designs about different kinds of circuit modules. Moreover the designs of the simulation model of widely-used cross - DC - AC inverter are conducted to achieve the goal of the simulation study of AC motor speed control system, carries the modelling and the simulation on asynchronous motor adjusting-speed system based on vector control with torque inner rim and flux linkage of closed loop，gives out the simulation and makes analyse to it．The simulation result of the model shows the speed of dynamic response and the accuracy of steady-state tracking，also confirmes that the modelling is feasible and effective． Key words：MATLAB/Simulink Frequency Control Inverter Simulation
电气控制设计说明书 通风机监控系统 学院： 专业： 姓名、： 指导教师： 设计完成日期：二Ο一二年四月十日
目录 一、设计任务 (2) 二、控制设计要求 (2) 三、电气控制线路设计 (3) 3.1设计过程中应遵循的原则 (3) 3.2设计思路 (3) 3.3主电路的设计及控制 (4) 3.4指示电路的设计 (4) 3.5电气控制原理图 (8) 3.6电气控制板的制作 (8) 3.6.1元器件选型 (8) 3.6.2制作电气控制板 (12) 四、PLC控制的设计 (14) 4.1梯形图的设计 (14) 4.2运行过程 (17) 4.3 PLC控制的工作原理： (20) 4.4 运行程序 (21) 4.5 PLC外围接线图 (22) 五、设计心得及故障分析 (22) 1、设计心得 (22) 2、故障分析 (23) 六、参考文献 (24)
一、设计任务 1、绘制电气控制原理图（A2图幅），PLC外围接线图（A3图幅），编写PLC控制程序。 2、制作电气控制板：按照设计指导书要求的控制功能，制作安装三台电动机主回路，控制回路和指示回路。 3、完成设计说明书。 二、控制设计要求： 某一生产设备（如油漆涂装生产线），在进行运行时要求有送风系统，通过风力把沫喷到零件表面上的漆雾从空中带走或压入循环流动的水中而带走。此送风系统有三台电动机控制，每台电动机可单独工作也可同时工作。 1、每台电机均为10KW，要求全压启动，单方向旋转; 2、每台点击应有相应的保护措施和总停控制； 3、电动机工作时要求有运行指示，若只有一台电机在运行，则绿灯亮；若有两台电机在运行，则黄灯亮；若三台同时运行，则红灯亮；若三台电机均不工作，则红灯以亮一秒停一秒的方式不停的闪烁； 4、系统要求有电源指示，电流指示及电压指示。
矿井主通风机管理 办法
矿井主要通风机安全管理办法 一、总则 第一条矿井主要通风机是保证煤矿安全生产的主要设备，为加强矿井主要通风机安全管理，确保主要通风机安全、可靠运行，依据《煤矿安全规程》（）、《山西省煤矿安全质量标准化标准》、《矿山安全法》，结合公司实际情况，特制定本办法。 第二条矿井主要通风机是指担负整个矿井、矿井的一翼或一定区域的通风装置，主要包括有：主要通风机、风机的供（配）电设备、润滑装置、控制与监测、调节风门、防爆门（盖）和风道观察孔等。 第三条本办法适用于韩家洼煤业地面主要通风机。 二基础管理 第四条主要通风机房必须张挂的相关制度及图表，矿机电科将相关管理制度装订成册： 1、操作规程。 2、交接班制度。 3、设备维修保养制度。 4、巡回检查制度。 5、岗位责任制。 6、设备包机制度。
7、干部上岗检查制度。 8、要害场所管理制度。 9、消防管理制度。 10、反风操作系统图。 11、供电系统图。 12、巡回检查路线图表。 13、设备主要技术特征表。 电气控制原理图册应在机房内存档。 第五条矿机电科及机电队必须建立有主要通风机管理档案，包括以下内容： 矿机电科建立的档案有： 1、主要通风机说明书。 2、主要通风机安装图。 3、设备技术特征。 4、机房的设备供电系统图 5、电气控制原理图。 6、技术测定与探伤报告。 7、事故记录。 8、风机切换记录。 9、改造及大修记录。 10、主要通风机无计划停电停风应急预案。
11、事故分析追查责任制。 机电队队建立的档案有： 1、主要通风机说明书。 2、主要通风机安装图。 3、设备技术特征。 4、电气控制原理图。 5、技术测定与探伤报告。 6、改造及大修记录。 7、风机切换记录。 8、事故记录。 9、运行日志。 10、干部上岗检查记录。 11、操作工交接班记录。 12、要害场所登记记录。 13、检查维修记录。 14、巡回检查记录。 15、事故分析追查责任制。 其中，7～14应在机房内存放当月记录。 第六条新安装及技术改造后的主要通风设施，必须及时修订操作规程及各项管理制度，并补充完善相关档案管理资料。
一、通风设备选型 A 、设计依据 1、进出风井井口标高 （1）主斜井：+1810m （2）副斜井：+1819m （3）回风斜井：+1819m （4）矿井现有2台FBCDZ-6-№18/2×90型防爆对旋轴流式主要通风机，其中1台运行、1台备用，配用电机功率2×90kW ，下面对矿井主要通风机进行校验。 2、矿井通风风量 （1）通风容易时期风量：s （2）通风困难时期风量：s 3、矿井通风阻力 （1）通风容易时期阻力：，自然风压忽略； （2）通风困难时期阻力：，自然风压忽略。 B 、通风机风量、风压及管网阻力系数计算 矿井主要通风设备应具备的通风风量及通风风压如下： 1、通风机工作风量 （1）通风容易时期：Qf1=KQ1=×67=s （2）通风困难时期：Qf2=KQ2=×71=s 2、通风机工作风压 矿井处于高山地区（回风斜井1819m ），考虑海拔因素影响，对矿井风压进行修正。根据《采矿工程设计手册》，按下式对矿井风压修正： h p h k 8 .96.13760??= 经修正，通风容易时期风压：h k1＝，通风困难时期风压：h k2＝。 （1）通风容易时期：H 1= h k1＋h zh ＋h zr =＋300＋0= （2）通风困难时期：H 2 =h k2＋h zh ＋h zr =＋300＋0= 3、通风网路阻力系数计算 （1）通风网路阻力系数计算 通风容易时期：R 1=H 1/ Q f12= =通风困难时期：R 2=H 2/ Q f22= =（2）通风网路特
性曲线方程 通风容易时期：H 1=R 1 Q2= 通风困难时期：H 2=R 2 Q2= C、设备选型及运行工况点 矿井回风斜井（+1819m）各时期均利用2台FBCDZ-6-№18型防爆对旋轴流式主要通风机，其中1台运行、1台备用；每台风机配置2台YBF-315M-6型矿用防爆型电机（N=90kW，U=380/660V，n=980r/min）。主要通风机参数如表6-2-1。 表6-2-1 主要通风机参数 主要通风机运行工况点 通风容易时期通风机运行工况点参数如下： M 1=s H 1工 = α 1工 =-5°η 1工 =% 通风困难时期通风机运行工况点参数如下： M 2=s H 2工 = α 2工 =0°η 2工 =74% 主要通风机运行工况点见图6-2-1 2400 2000 1600 1200 800 400 图6-2-1 主要通风机运行工况图 根据通风机运行工况点，可知主要通风机在通风各个时期均在高效的区域内稳定、可靠的运行。 D、主要通风机电机运行功率计算
中南大学 《工程训练》 ——设计报告 设计题目：异步电机变频调速 指引教师：黎群辉 设计人：冯露 学号： 专业班级：自动化0906班 设计日期：9月
交流异步电动机变频调速系统设计 摘要 近年来,交流电机变频调速及其有关技术研究己成为当代电气传动领域一种重要课题,并且随着新电力电子器件和微解决器推出以及交流电机控制理论发展，交流变频调速技术还将会获得巨大进步。 本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基本上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT作为主功率器件，同步采用EXB840构成IGBT驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控功率环节，电路构造比较简朴。 V控制，同步，软件程序使得参数输入和变频器运营方式变本文在控制上采用恒 f 化极为以便，新型集成元件采用也使得它开发周期短。 此外，本文对SA4828三相SPWM波发生器使用和编程进行了详细简介，完毕了整个系统控制某些软硬件设计。 V控制，SA4828波形发生器 核心字:变频调速，正弦脉宽调制， f
目录 摘要................................................ 错误!未定义书签。 1.1 研究目与意义 (1) 1.2本次设计方案简介 (2) 1.2.1 变频器主电路方案选定 (2) 1.2.2 系统原理框图及各某些简介 (3) 1.2.3 选用电动机原始参数 (4) 2交流异步电动机变频调速原理及办法 (5) 2.1 异步电机变频调速原理 (5) 2.2 变频调速控制方式及选定 (6) V比恒定控制 (6) 2.2.1 f 2.2.2 其他控制方式................................ 错误!未定义书签。3变频器主电路设计. (13) 3.1 主电路工作原理 (13) 3.2 主电路各某些设计 (13) 3.3. 采用EXB840IGBT驱动电路 (15) 4控制回路设计 (16) 4.1 驱动电路设计 (16) 4.2 保护电路......................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 过、欠压保护电路设计........................ 错误!未定义书签。 4.2.2 过流保护设计................................ 错误!未定义书签。 4.3 控制系统实现 (19) 5变频器软件设计....................................... 错误!未定义书签。 5.1 流程图 (22)
前言 第一章系统功能与技术指标 1.系统功能 2.技术指标 3.监测参数围 4.系统特点 5.系统的组成 6.系统的工作原理 第二章气体流量的监测 1.气体流量计算的基本原理 2.负压测点的布置 3.系统负压测点的结构与物理位置 4.压力变送器的基本技术指标与使用方法 5.压力的采集与气体流量的计算 第三章电机的轴承温度、绕组温度的测量 1.PT100电阻介绍 2.温度采集模块 3.温度采集工作原理 第四章电气参数的测量 1.三相电参数采集模块 2.系统三相电参数的采集 第五章风机流量的计算 流量的计算 第六章振动的测量 振动的监测 第七章转速的测量 转速的监测 第八章模拟量的采集 模拟量采集模块 第九章场安装环境的选择及要求 1.安装环境的选择 2.安装程序、方法 3.信号线的接线方法 4.现场保养与维护
前言 风机是矿井要害设备之一，它的实时运行数据需要纳入全矿井自动化系统。传统的设备无法与矿井自动化系统交换数据，只有依赖于计算机网络技术，才可以将风机运行的实时信息数据传送给矿调度室，并将其运行数据并入全矿井数据库以供整体分析决策使用。所以，在线监测系统是实现全矿井自动化的必须设备之一。 通风设备配电在线监测系统是基于大型风机流量监测方法的装置。系统以国家标准《通风机空气动力性能试验方法》、《煤炭行业标准》和《煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法》为依据，应用工业计算机检测技术和独特的专有研究成果对矿用大型通风机的运行状态进行连续在线测量 与数据处理，以多种方式提供通风机运行状态的各种数据，保障通风机的安全运行和方便通风机的性能测试，并为多种功能扩充提供方便的条件。 在线测量与处理的风机运行参数包括：风机入口静压、风速、流量，电机的轴承温度、定子绕组温度、电机功率、电机振动烈度、风机的转速、进出气体温度等。数据传输模式可与全矿井自动化系统实现灵活便捷的数据联网，将风机的实时运行参数传输到矿总调度室，以满足自动管理的需求。 通风设备配电在线监测系统能够在生产过程中随时掌握通风设备的运行状态，改变了传统的设备管理方式，提高了通风设备的自动化管理水平，有力地保证了通风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据，深受用户欢迎。 本系统测控功能齐全，画面和报表丰富多彩，方便现场操作人员使用和技术维护。 第一章系统功能与技术指标 1 系统功能 系统的主要功能有：实时监测通风系统参数、通风机的性能参数、电机的电气参数、轴承温度、数据管理、报表管
风机电气控制系统新誉风电公司
目录 1．电气控制系统概述（可参考控制系统使用说明书） 2．风机发电控制方法 3．风机监视控制 4．接线原理图 5．机舱柜和塔筒柜 6．安全系统的概念 7．风机故障（故障等级、引起的停机种类、故障清除的种类）8．风机的自耗功率 9．风机的操作
1．电气控制系统概述 电气控制系统包括如下内容（其中塔筒柜和机舱柜一起构成风机主控系统）： 塔筒柜、机舱柜、变桨控制系统、变流器、发电机的控制和监视部分、齿轮箱的电气部分、液压站和高速轴刹车的电气部分、偏航电气部分、风机的传感器部分。 塔筒柜部分包括控制器PLC（带中央处理器模块）、控制开关、电网检测、UPS 电源、HMI触摸屏（人机界面）、变流器控制接口。 机舱柜部分包括控制器PLC的远程输入输出模块（不带中央处理器）、控制开关、保护电路、与发电机控制和监视的接口电路、与齿轮箱电气部分的接口电路、液压站和高速轴刹车电气接口电路、偏航控制电路、风机传感器接口、与变桨系统的接口电路。 变桨系统包括变桨控制柜和伺服执行系统，变桨系统作为主控制系统的执行机构，其任务是根据风机主控制器的指令完成执行变桨操作，以及在非安全的情况下（如与风机主控失去通讯，电网故障，安全系统故障等）完成快速收桨动作。变桨系统本身是一套伺服系统。整个系统包括伺服驱动器（3套独立的）、电机、备用电池柜（三套独立的）及其他部件如限位开关、传感器、配电柜等。 发电机和变流器是实现机械能往电能转换的机构，控制系统通过控制发电机的转矩和转速来控制风机发电功率。 齿轮箱、液压站和高速轴刹车的电气接口是用来检测这些部件的状态并控制这些部件的运行。 偏航电气部分是用来控制系统的偏航动作的。 风机的传感器是用来检测风速、风向、风机振动、环境温度、风机的扭缆状态、风轮的锁定状态等。 机舱柜和塔筒柜的功能描述见操作说明书
机电传动与控制课程综合训练三 一、综合训练项目任务书 综合训练项目：交流电机变频调速系统 目的和要求：加强对交流变频调速系统及变频器的理解；应用交流变频调速系统及变频器解决交流电机变频调速问题。提高分析和解决实际工程问题的能力。促成“富于探索精神，具有较强的自学能力、开拓创新意识和敏锐的观察事物以及分析处理事物的能力”的目标实现。 成果形式：交流电机变频调速系统设计说明书。 相关参数：参看《机电传动控制》（第五版），冯清秀等编著，华中科技大学出版社，P291~316。 一、综合训练项目设计内容 1.变频调速系统 1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备。一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。 1.2 变频调速原理 变频器可以分为四个部分，如图1.1所示。 通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）、逆变器。
图1.1 变频器简化结构图 ⑴整流器。它的作用是把工频电源变换成直流电源。 ⑵平波回路（中间直流环节）。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。 ⑶逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 ⑷控制回路。控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。 2.系统的控制模型 本系统的结构如图1.2所示。
收稿日期：2012－03－15 作者简介：刘明谭（1965—），男，河南平顶山人，助理工程师，1991年毕业于平顶山煤矿职工大学，现从事矿井机电管理及科研工作。 煤矿通风机在线监控系统的研究与应用 刘明谭，冯明远，谢米罗 （平煤股份十矿，河南平顶山467021） 摘要：平煤股份十矿三水平风井传统停风倒机模式下存在井下短暂停风、倒机时间较长等问题，可能引起瓦斯超限等问题，影响安全生产。同时，目前的监测系统不能实时了解系统运行状况，不能实现远程信息化监控。研究利用热备用倒机和网络信息化技术，以高性能的S7-300PLC 和工控机为核心，配以高精度的传感器，来实现矿井主通风机在线监控。应用表明，该系统不仅实现了在线监测和远程控制，而且能够可靠完成不停风自动倒台，缩短了倒机时间，杜绝了因风机正常倒机可能引起的瓦斯超限事故，大大提升了矿井主通风系统的运行管理水平。 关键词：主要通风机；在线监控；不停风倒机中图分类号：TD635 文献标志码：B 文章编号：1003－0506（2012）06－0029－02 据统计，中国煤矿事故中60%以上是由于通风系统管理不善、瓦斯浓度过高引起的［1］ 。因此，主要通风机安全可靠运行意义重大。平煤股份十矿为瓦斯突出矿井，由于三水平风井仍采用传统停风倒机方式，导致正常倒机用时较长，易引起瓦斯超限，严重影响着十矿的安全生产。另外，目前的通风机监测系统存在不能实时显示系统工作状况、不能实现远程信息化监控、不能进行主要运行参数的在线监测等缺点，所以急需进行技术改造。 1现状分析 十矿三水平风井担负着戊组中区、东区的通风 任务。风机为BDK618-8-NO．30型对旋风机，配用电机型号为YBF630-8，电压6kV ，功率4?500kW 。 采用传统模式进行倒机操作，即：停止运转主通风机→关闭运转主通风机闸板风门， 开启备用通风机闸板风门→启动备用通风机→倒机完成。正常情况下倒机1次约需7min ，虽未超过《煤矿安全规程》规定时间（10min ），但井下会出现约3min 的停风，对 瓦斯涌出量为110．14m 3 /min 的矿井来说，存在很大的安全隐患。另外，风机操作完全为人工操作，倒台1次需7人；目前所用的监测系统只监测电压、电流、负压、温度，且分散显示，通过故障警铃报警；司机每小时巡查1次，记录主要运行参数，但不能及时发现潜在故障。 2功能需求分析 根据安全生产的需要，通风机在线监控系统必 须具备以下功能：①能完成正常情况下自动不停风倒机和故障情况下的倒机操作，且运行平稳可靠；②新设备与原系统相互独立，能够实现远程操控和就地控制功能转换；③能实现主要参数在线监测和故障预警报警，并加入专家诊断系统实现故障预测，变定期检修为状态检修， 更好地保证通风机安全运行；④具有网络接口，实现远程数据传输和操控，方便远程控制，并且系统要操作简单，运行维护方便，可靠性高，测量显示数据准确。 3 系统设计与实现 3.1 系统结构设计 监控系统以西门子S7- 314PLC 及研华工控机为核心，结合实现不停风倒机的风机故障专家诊断系统及热备用倒机软件程序，通过组态王6.5软件设计实现了监控系统的人机交互功能，直观显示了系统运行状况和各项主要参数。通过自动倒机程序和在线监控装置，实现远程操控，此外，还配备高可靠性高精度的传感器、信号测取装置、通信装置、输出及显示装置等，系统组成如图1所示。3.2 系统功能实现 （1）监测功能。监测功能为系统核心功能，要实现对通风风量、负压、风机轴承温度，配套电机的启停、 正反转，电机参数、定子温度和风门的开闭状态等基本参数在线实时监测；为满足通风机故障诊 · 92·2012年第6期中州煤炭总第198期
煤矿风机在线监测系统 说 明 书 煤矿风机在线监测系统说明书 一．系统设计参照标准 本系统设计依据煤矿风井主扇风机现场实际情况制定； 振动状态监测部分参照GB/T 19873.1-2005/ISO 13373-1:2002《机器状态监测与诊断振动状态监测》；
有关电气装置的实施参照GB50255-96《电气装置安装工程施工及验收规范》； 有关自动化仪表实施参照GB50093-2002《自动化仪表工程施工及验收规范》及DLJ 279-90《电力建设施工及验收技术规范》（热工仪表及控制装置篇）； 风机性能测试满足GB/T1236-2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》和MT421(煤炭行业标准)“煤矿用主通风机现场性能参数测定方法“。 其余部分参照中国华电南京农网城网工程有限公司企业标准。 二．系统设计的主要内容 2．1系统概况 根据煤矿企业的生产特点，风井两台主扇风机是全矿生产中的特大型重要负荷关键设备。它的正常运行是矿井得以连续安全生产的最根本保证。主通风机经常由于超负荷运转、设备累计运行时间过长和安装质量等问题而发生很多故障，风机系统在运行中存在着多种故障,它们是隐性的,不可预测的，对生产存在严重的威胁。这些存在的故障隐患,严重影响到全矿运行的经济性和安全性。 华电南京农网城网公司的"风机在线故障监控系统"充分利用传感器检测,信号处理,计算机技术,数据通讯技术和风机的有关技术, 全面地对矿井总回风中的风压（负压、静压、动压、全压及其效率）、风速、风量、瓦斯浓度、出口气体温度、主通风机前后轴承温度、运行状态、正反转状态、电机定子温度和轴承温度等通风机性能参数，主通风机设备振动位移、速度、加速度、振动主频、频率分量及其烈度等振动参数，电机三相电压、电流、有功无功电度、有功无功功率、总有功功率、总无功功率视在功率、功率因数、频率等电量参数进行实时在线监测，在机组的运行过程中,判别机组性能劣化趋势,使运行,维护,管理人员心中有数。系统具有数据窗口显示和存储报表打印、趋势曲线显示、越限声光报警和历史报警摘要显示查询、工况点合理范围分析、风产分析、设备故障诊断和手自动控制、报警阀值设定、用户及权限管理、操作记录、日志查询、在线联机帮助、风机房视频监控和数据远距离传输等丰富功能。通过本系统的实施,使煤矿风井主扇风机的状态监测诊断的水平达到国内领先水平。
徐州中测电子科技有限公司 通风机在线监测监控系统 技术说明 地址：徐州中国矿业大学科技园 联系人：郝三宝 客户服务电话：1 5996956110 电话号码：(0516)83307999
传真：(0516)83307899 详细描述 矿井主通风机是向井下送风的重要设备，也是大型耗能设备，对其实现在线监测监控，使之始终运行在良好状态，对于保障煤矿安全生产，保护矿工生命和企业财产安全，降低风机能耗具有重要意义。 徐州中测电子科技有限公司成功研制开发的矿井主风机在线监控系统，综合利用现代传感技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、网络通讯技术，基于企业计算机网络实现主风机运行参数、通风数据的实时监测与风机主辅设备控制的一体化，监测内容丰富，控制功能完善，具有实时性强、安全可靠、操作方便、易学易用的特点。 系统结构如图所示，主要由PLC测控系统、上位机冗余组态软件系统、视频监视系统三大部分组成。 系统特点 1、PLC测控系统采用双CPU，能够快速准确可靠地完成监测监控功能；
2、上位机应用软件采用冗余组态软件系统，使得系统更加安全可靠； 3、系统可根据现场应用需求灵活配置，伸缩性强； 4、测控功能上的网络化、WEB化。 系统主要功能 1、实时监测风机风压（静压、全压）、风速风量、轴承温度、定子温度、电网电流、电压、功率、电机与风机效率、风峒大气参数（温度、湿度、大气压力）等风机运行各种参数； 2、监测风门位置、风机开停状态、反风信号和电机编号等风机运行多种状态信息； 3、控制风门开/关、风机启/停； 4、自动闭锁控制，保证系统安全； 5、具有现场控制、远程控制、手动控制等多种控制方式； 6、在控制中心，通过32′液晶电视对风机机房进行24小时监视，通过网络视频服务器实现24小时远程监视。 系统软件功能 1、接收、处理、存储、显示PLC系统上传的现场数据，显示方式多样，生动直观； 2、自动生成各类报表，内容丰富翔实； 3、实时曲线、历史曲线绘制； 4、实时监测各类参数，具有超限报警并记录报警信息的功能； 5、系统设置了操作权限，只有获得权限的人员才可以操作系统； 6、支持远程网络浏览和控制。
XX煤矿主通风系统选型 设计说明书 一、XX矿主要通风系统状况说明 根据我矿通风部门提供的原始参数：目前矿井总进风量为2726m3/min，总排风量为2826m3/min，负压为1480Pa，等积孔1.46㎡。16采区现有两条下山，16运输下山担负采区运输、进风，16轨道下山担负运料、行人和回风。我矿现使用的BDKIII-№16号风机2×75Kw，风量范围为25-50m3/S，风压范围为700-2700Pa，已不能满足生产需要。 随着矿井往深部开采及扩层扩界的开展，通风科提供数 :6743m3/min，最大负压据要求：矿井最大风量Q 大 :2509Pa。现在通风系统已不能满足生产要求，因此需对H 大 主通风系统进行技术改造。 二、XX煤矿主通风系统改造方案 根据通风科提供的最大风量6743m3/min，最大负压2509Pa，经选型计算，主通风机需选用FBCDZ-№25号风机2×220Kw。由于新选用风机能力增加，西井风机房低压配电盘、风机启动柜等也需同时改造。本方案中，根据主通风机选用的配套电机功率，选用高压驱动装置。即主通风系统配置主通风机2台，高压配电柜6块，高压变频控制装置2套，变压器1台。
附图：主通风机装置性能曲线图附件：主通风机选型计算
附件： 主扇风机选型计算 根据通风科提供数据，矿井需用风量为Q:67433/min m ，通风容易时期负压min h :1480Pa ，通风困难时期负压max h :2509Pa,矿井自然风压z h :±30Pa 。 1、 计算风机必须产生的风量和静压 （1）、通风机必须产生的风量为 f l Q K Q ==67433/min m =112.43/m s （2）根据通风科提供数据，在通风容易时期的静压为1480Pa ，在通风困难时期的静压为2509Pa 。 2、 选择通风机型号及台数 根据计算得到的通风机必须产生的风量，以及通风容易时期和通风困难时期的风压，在通风机产品样本中选择合适的通风机。可选用FBCDZ-8-№25轴流通风机2台，1台工作，1台备用。风机转速为740r/min 。 3、 确定通风机工况点 （1） 计算等效网路风阻和等效网路特性方程式 通风容易时期等效网路风阻 21min /s f R H Q ==1480/112.42=0.1171(N ·S 2)/m 8 通风容易时期等效网路特性方程式 h=0.1171Q 2 通风困难时期等效网路风阻 22max /s f R H Q ==2509/112.42=0.1986(N ·S 2)/m 8
交流变频调速基本原理 一．异步电动机概述 1．异步电动机旋转原理 异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。 ⑴磁场以n0转速顺时针旋转，转子绕组切割磁力线，产生转子 电流 ⑵通电的转子绕组相对磁场运动，产生电磁力 ⑶电磁力使转子绕组以转速n旋转，方向与磁场旋转方向相同 2．旋转磁场的产生 旋转磁场实际上是三个交变磁场合成的结果。这三个交变磁场应满足： ⑴在空间位置上互差2π/3 rad电度角。这一点，由定子三相绕 组的布置来保证
⑵在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）。这一点，由通 入的三相交变电流来保证 3．电动机转速 产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此，转子的转速n必须低于定子磁场的转速n0，两者之差称为转差： Δn＝n0－n 转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率：s＝Δn / n0 同步转速n0由下式决定： n0＝60 f / p 式中，f为输入电流的频率，p为旋转磁场的极对数。 由此可得转子的转速 n＝60 f（1－s）/ p 二．异步电动机调速 由转速n＝60 f（1－s）/ p可知异步电动机调速有以下几方法： 1．改变磁极对数p （变极调速） 定子磁场的极对数取决于定子绕组的结构。所以，要改变p，必须将定子绕组制为可以换接成两种磁极对数的特殊形式。 通常一套绕组只能换接成两种磁极对数。 变极调速的主要优点是设备简单、操作方便、机械特性较硬、
效率高、既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；其缺点是有极调速，且极数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合。2．改变转差率s （变转差率调速） 以改变转差率为目的调速方法有：定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速、串极调速等。 ⑴定子调压调速 当负载转矩一定时，随着电机定子电压的降低，主磁通减少，转子感应电动势减少，转子电流减少，转子受到的电磁力减少，转差率s增大，转速减小，从而达到速度调节的目；同理，定子电压升高，转速增加。 调压调速的优点是调速平滑，采用闭环系统时，机械特性较硬，调速范围较宽，缺点是低速时，转差功率损耗较大，功率因素低，电流大，效率低。调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，比较适合于风机泵类特性的负载。 分体机上的室内风机就是利用定子电压调速的方法进行调速的，其调速电路如下图。 根据风机速度的反馈信号，控制晶闸管SCR导通的相角，从而控制风机定子的输入电压，以控制风机的风速。 前面讲在空间位置上互差2π/3 rad电度角的三相绕组通以在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）三相交变电流可产生旋转磁场，同样，在空间位置上互差π/2 rad电度角的两相绕组通以在时间上互差π/2 rad相位角（或1/2周期）两相交变电
目录 1 引言 (1) 2 设计要求 (2) 2.1设计任务 (2) 2.2设计要求 (2) 3 设计任务与要求 (3) 3.1设计过程中应遵循的原则 (3) 3.2设计思路 (3) 3.3主电路的设计及控制 (3) 3.4控制电路的设计及控制 (4) 3.5指示电路的设计 (4) 3.6指示电路原理图 (7) 3.7保护电路环节的设计 (7) 4 电气元件的选用 (8) 4.1电动机的选择 (8) 4.2熔断器的选择 (8) 4.3接触器的选择 (8) 4.4热继电器的选择 (8) 4.5中间继电器的选择 (8) 4.6时间继电器 (9) 4.7控制按钮 (9) 4.8 指示灯 (9) 4.9 所用控制元件清单 (10) 5 AutoCAD简介 (11) 5.1AutoCAD介绍 (11) 5.2AutoCAD2004的主要功能 (11) 5.3绘图流程 (12) 6 总结 (14) 参考文献 (15) 附录 1 (16) 附录 2 (16)
1 引言 电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要技术手段。 随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从笨重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。 作为生产机械动力的电机拖动，经历了漫长的发展过程。20世纪初，电动机直接取代蒸汽机。开始是成组拖动，用一台电动机通过中间机构（天轴）实现能量分配与传递，拖动多台生产机械。这种拖动方式电气控制线路简单，但机构复杂，能量损耗大，生产灵活性也差，不适应现代化生产的需要。20世纪20年代，出现了单电机拖动，即由一台电动机拖动一台生产机械。单电机拖动相对成组拖动，机械设备结构简单，传动效率提高，灵活性增大，这种拖动方式在一些机床中至今仍在使用。随着生产发展及自动化程度的提高，又出现了多台电动机分别拖动各运动机构的多电机拖动方式，进一步简化了机械结构，提高了传动效率，而且使机械的各运动部分能够选择最合理的运动速度，缩短了工时，也便于分别控制。
***有限公司 FBCDZ-6-No15技术协议 买方：***有限公司 卖方：***电气股份有限公司 ***2012年月日
***主扇通风机及配套电控系统 技术要求 一、供货范围 序 号 名称规格型号单位数量生产厂家备注 1 主通风机FBCDZ-6-NO15 380V 套 2 湘潭***电气股 份有限公司 2 电动机315S 75KW 台 4 选用：南阳防爆 集团股份有限公 司或者佳木斯电 机股份有限公司 产品 3 电动蝶阀风门 及电控 D941W-1CN 1500mm 套 2 湖北荆门 4 变频器SD200-75-74 台 4 希望森蓝 5 风机在线检测JKZ-普通型套 1 湘潭***电气股 份有限公司 （包括：震动传感 器、风速传感器、 负压传感器、温度 巡检等）由厂家提 供，并且必须具备 通讯功能。（在线监 测控制柜1台） 6 电控柜JJ2B 台 3 湘潭***电气股 份有限公司 两进线,一联络柜 1、主扇通风机型号：FBCDZ-6-№15；隔爆低压系列对旋轴流式通风机两套，主要由集流器、电动通风蝶阀、蝶阀接头、集流器、Ⅰ级主机、Ⅱ级主机、手动刹车装置、消音扩散器、消音扩散塔、拖车等配套装置组成。 2、主扇通风机电机采用YBF系列风机用隔爆型三相异步电动机，（必须选用南阳防爆集团股份有公司或者佳木斯电机股份有限公司的产品）电机功率为2×75KW， 380/660V、转速980r/min。风机电控设备采用与风机配套的“一拖一”变频电控设备。附带在线监测系统一套。 二、设备主要技术参数 1、主扇通风机
1.1通风容易时负压：702pa 1.2通风困难时负压：2329pa 1.3额定需风量：23-45 m3/s 2、电动机（必须选用南阳防爆集团股份有公司或者佳木斯电机股份有限公司的产品）：风机功率为2×75KW，风机单级电机功率为75KW ,转速980r/min，电压等级380/660v，连续工作制F级绝缘，防护等级IP54，允许温度：80K。 3、风机电控设备需由4个变频器柜、3个电控柜。 4、风机在线检测系统可实时风机运行相关参数，且在线监测系统可与矿井安全监测系统相连接。 三、技术要求： 卖方必须满足买方要求：必须符合同行业现有最先进可靠的技术要求；预留自动化监测监控通讯接口，实现计算机管理技术。如达不到买方要求，卖方负全责。 （一）主扇通风机 （1）风机采用消音装置，低噪音设计，噪声符合JB/T8690-1998《工业通风机限制值》规定。通风机房内测量点距噪声源1m处不超过85分贝，比A 声级噪音≤38dB(A)。 （2）主轴轴承采用瑞典SKF轴承，应有良好的油封性。设不停机注排油装置，采用“水平直接注油，竖直向下排油”的注排油方式，减小注排油阻力，在机壳外部实现不停机注油工作，并可观察到排油情况，便于维护。 （3）风机效率：前期、后期均应在高效区内运行，最高达83%，最低不低于75%。