中国矿业大学
本科生毕业设计
姓名：温江源学号： 04051978 学院：信电学院
专业：电子科学与技术
设计题目：煤矿通风机在线监控系统设计
专题：
指导教师：吴新忠职称：讲师
2009 年6 月徐州
毕业设计任务书
学院信电学院专业年级电子科学与技术05-2学生姓名温江源
任务下达日期：2009年 2 月16 日
毕业设计日期：2009年 2 月16 日至2009 年 6 月20 日
毕业设计题目：煤矿通风机在线监控系统设计
毕业设计专题题目：
毕业设计主要内容和要求：
设计的主要内容:设计矿井主通风机的实时监控系统。
设计的要求：根据系统运行的实际环境，对传感器、PLC、PLC的输入输出模块的正确选型；编制PLC程序，利用WinCC组态软件进行上位机编程，实现通风机性能在线实时监测。绘制通风机的性能曲线和打印测试数据报表等。监控系统要具有界面友好、操作方便、功能齐全等优点。
院长签字：指导教师签字：
中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容
的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：指导教师签字：
年月日
中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决
实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：
成绩：评阅教师签字：
年月日
中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩答辩情况
提出问题
回答问题
正
确
基本
正确
有一
般性
错误
有原
则性
错误
没有
回答
答辩委员会评语及建议成绩：
答辩委员会主任签字：
年月日学院领导小组综合评定成绩：
学院领导小组负责人：
年月日
摘要
矿井主通风机是煤矿生产的关键性设备，其可靠性及安全性直接关系到矿井生产的正常化及煤矿工人的人身安全。随着中国煤炭工业的不断发展，国家对安全生产治理力度的加大，煤矿企业对矿井通风监控系统提出了更高的要求。
本文设计了基于可编程序控制器与触摸屏为核心的煤矿主扇风机监控系统。该通风机性能监测系统可以实现对通风机性能参数、工况参数的在线实时监测和对于风机的远程控制。可以根据用户需要绘制出通风机的性能曲线和打印数据报表，方便用户管理。文中给出了系统的总体设计情况，并详细的介绍了传感器、PLC的选型、以及PLC软件的设计和上位WinCC组态软件设计过程。监测系统界面友好、操作方便、功能齐全，既实现了对现场数据的实时监测、控制,又提高了矿井现代化管理水平，对于同类系统的设计具有一定的借鉴意义。
关键词：煤矿主通风机 Wincc组态软件 PLC 监控系统设计
ABSTRACT
The coal mine main fan is the coal mine production crucialequipment, its reliability and safety is directly related to the normalization of mine production normalized and coal miner's personal safety. Along with the China coal industry unceasing development, the country to safety in production government dynamics enlarging, the coal mine enterpriseset a higher request to mine ventilation equipment.
This article devises the mine ventilator supervisory system, which is based on the programmable controller and the touchscreen as the core. This ventilator performance observation system may realize the online real-time monitor of ventilator performance parameter and the operating mode parameter, as well as the remote control of air blower. According to the user need, it can draw up the ventilator's performance curve and the printing data report form, and it is much convenient for user’s management. The article has shown the general design situation by the numbers, and introduction sensor, PLC shaping, as well as PLC software's design and superior WinCC configuration software design process in detail. The observation system contact surface is friendly with the ease of operation, and the function is also completed. It does not realize the field data real-time monitor and control, but also raises the mine pit modern management level, besides, it has the significant meaning for the similar system's design.
Keywords: coal mine; mine ventilator; Wincc configuration software ；PLC; monitoring and control system; design
目录
1 绪论 (1)
1.1本课题研究目的和意义 (1)
1.2矿井主通风机在线监测监控现状 (1)
1.3矿井主通风机在线监测监控的展望 (2)
1.3.1矿井主通风机故障诊断智能化 (2)
1.3.2矿井主通风机可控制化、控制智能化 (3)
1.3.3矿井主通风机在监测监控系统与整个矿井系统的协调 (4)
1.4本文的研究内容 (5)
2 通风机在线监控系统的设计需求分析 (6)
2.1通风机简介 (6)
2.2通风机性能监测参数 (6)
2.3通风机性能参数的计算 (9)
2.3.1通风机风量 (9)
2.3.2通风机风压 (9)
2.3.3通风机的实际工况点 (10)
2.3.4通风机的功率 (10)
3 监控系统的硬件设计与选型 (13)
3.1系统功能 (13)
3.2系统的整体设计 (13)
3.3风机监测量的布点 (15)
3.4传感器（变送器）选型 (16)
3.4.1 瓦斯传感器选型 (16)
3.4.2 一氧化碳传感器选型 (18)
3.4.3 温度传感器选型 (19)
3.4.4 风压传感器选型 (19)
3.4.5 风量传感器选型 (20)
3.4.6 通风机设备开停传感器选型 (22)
3.4.7 电机电压传感器选型 (23)
3.4.8 电机电流传感器选型 (24)
3.4.9 电机功率传感器选型 (25)
3.5S7-300PLC模块选型 (26)
3.5.1 S7-300的基本结构 (26)
3.5.2 西门子PLC 的分类 (26)
3.5.3 S7-300系列PLC 简介 (27)
3.5.4 S7-300模块 (29)
3.5.5 PLC的模块选用 (31)
3.5.6 硬件连接及风机正反转控制编程 (31)
4 WICC监测系统界面设计 (34)
4.1组态主界面 (34)
4.2组态风机运行状态查看界面 (34)
4.3组态控制界面 (36)
4.4过程值归档以及组态实时数据曲线 (36)
4.4.1 作用和方法 (36)
4.4.2 组态过程值归档 (37)
4.4.3 以实时曲线形式输出过程值归档 (43)
4.5组态实时数据表格界面 (50)
4.6报警消息系统 (53)
4.6.1 报警记录的内容和功能 (53)
4.6.2 组态报警的步骤 (54)
4.6.3 组态模拟量报警 (60)
4.6.4 报警显示 (64)
4.7组态打印报表系统 (68)
4.7.1 组态变量记录运行报表 (69)
4.7.2 组态打印报表界面 (76)
5 结论与展望 (78)
6 致谢 (79)
7 参考文献 (80)
翻译部分 (82)
1 绪论
1.1本课题研究目的和意义
设备运行状态监测与故障诊断技术是目前保证大型机组安全运行，防止恶性事故的有效手段。它可以及时发现机组的运行故障先兆，诊断产生故障的原因，为生产和维修提供决策依据，同时也避免了定期检修引起的生产停顿。近年来，计算机及网络技术的迅猛发展，为实时在线监测与故障诊断提供了良好的条件。将计算机网络技术用于实时状态监测，实现关键设备运行状态的集中管理、集中分析，必将极大的提高设备维修人员的工作效率。同时为企业的正常生产提供了可靠的保证并避免了一些不必要的损失。采取监测这种经济、简便的方法可以实现“移动的是数据而不是人”，通过计算机把现场数据及时送到专家手中，就可以像专家在现场一样准确、及时地做出判断，采取有效措施解决问题。建立风机在线监测系统，使我们可以通过现有的网络对该设备进行实时监测和诊断，利用计算机诊断网络有利于数据积累、资源共享。并且对监测者和分析者的计算机无需安装分析软件，这便为实现多方专家对议论设备进行同时监测和会诊提供可能，从而使故障诊断更及时、更可可靠。[10]
1.2 矿井主通风机在线监测监控现状
近年来, 许多学校、科研院所研制出了多种主通风机的监测、监控和故障诊断系统或仪器仪表,并通过许多单位的试验, 在现场应用中取得了良好的效果。中国矿业大学胡亚非教授等人研制的矿井主通风机性能在线监测与通讯系统, 方法新颖独特, 其风量的监测方法解决了矿井恶劣通风条件下, 在线监测风流含尘、潮湿、脉动、可靠性及准确性差的关键技术难题, 提高了矿井通风设备自动化、科学化管理水平。该系统可以进行主通风机性能参数的在线监测、通风机性能曲线的定期测定、可实现通风机房与机电科、通风科、调度室等管理部门的通讯联网。计算机操作界面友好, 可以查看历史记录, 按需打印监测结果数据或曲线图形。该系统在充州矿务局鲍店煤矿南北风井、济宁二号煤矿中央风井、济宁许厂煤矿、山东里彦煤矿投入使用, 至今系统性能可靠、功能较全, 在国内矿井主通风机在线监测监控方面处于前列。
煤科总院抚顺分院研制的ZF-1型智能通风多参数测试仪可同时测量压力、温度及风速三个通风参数。淮南矿务局1995年从德国AEG公司引进的配套风机电控系统(风机是德国TLT公司生产的矿用轴流风机, 采用绕线式异步电动机拖动, 转子串液体电阻的起动方案)采用两台PLC作下位机对风机进行冗余控制, 通过上位PLC设定风机的运行参数, 监视风机的运行状态和故障信息。
东滩煤矿引进的4台法国HDR280-69型动调轴流风机, 用于北、西风井。其动叶片角度调节采用伺服电机+机械连杆系统, 连续可调采取调节动叶片角度反风, 取消了反风道;当一台风机停机时,另一台风机能自动投入运行;叶片角度测量分就地显示和控制柜显示两种。运行情况良好, 年运行费用低, 在不停机的情况下实现工况点的连续可调或反风, 调节灵活方便。
此外, 煤科总院上海分院、山西矿业学院、辽宁工程技术大学、西安矿业学院等科研机构和学校也都研制出不同的矿井主通风机在线监测监控系统, 经应用也
取得了良好的效果。
测试是故障诊断的前提, 故障诊断是测试的更好应用。近些年, 故障诊断在矿井主通风机在线监测监控方面也有一定程度的应用。如煤科总院重庆分院研制的FJZ型矿井主通风机在线监测与故障诊断仪, 对通风机的振动烈度、轴心轨迹、轴温、风量、负压、电流、电压等多种参数进行实时监测, 对常见的“初始不平衡”、“转子偏心”等14种机械故障进行自动诊断, 在和全矿监测主系统联网后, 能及时将通风机运行状况信息送至地面中心站, 应用情况很好。
由于故障诊断系统可以较早的发现故障、预报故障、尽快地找到故障源, 无疑大大增强了矿井主通风机在线监测、监控的功能, 提高了煤矿自动化管理水平。[17]
1.3矿井主通风机在线监测监控的展望
随着科学技术的发展, 科技人员的不断努力,矿井主通风机在线监测监控取得了一定的成绩, 但也明显存在一些不足：
1.矿井主通风机在线监测监控主要还处在监测水平, 其控制功能很弱, 对主通风机的控制和故障诊断基本上还处在研究阶段。
2.矿井主通风机在线监测监控的可靠性有待进一步提高。
3.矿井主通风机在线监测监控是一个较独立的系统, 未与整个矿井通风系统、整个煤矿管理系统取得协调的联系。
针对以上不足, 为了进一步提高煤矿自动化管理水平, 提高生产的安全程度, 降低工人劳动强度,我们认为矿井主通风机在线监测监控应在如下几个方面发展。
1.3.1矿井主通风机故障诊断智能化
监控系统的一个重要分支就是故障诊断技术。故障诊断技术在矿井主通风机中的应用, 使得通风机的定期检修变成了故障维修。通风机的故障很多,如喘振、叶片产生裂纹、轴承温度过高、轴承磨损、失效、主轴故障、润滑油缺少、叶片撕裂、焊缝开焊及支杆折断、电源的欠压过流及断路器的故障等。而目前的风机故障诊断技术, 如振声诊断法、红外线热成象技术、油样分析等,大多是一种完全基于检测数据处理的传统诊断方法。这种传统的单独诊断技术往往仅考虑某一种信息, 再根
据计算结果和极简单的因果推理来进行诊断, 所得到的诊断结果难免具有片面性, 这对于并发性故障的诊断、监测系统本身的故障诊断是十分不利的。
人工智能技术的发展,特别是基于知识的专家系统和并行分布处理为特征的人工神经网络技术在故障诊断中的应用,使得故障诊断技术进入一个智能化发展阶段。近几年, 国内外在知识库的建立、模式识别技术、计算机语言方面进行了大量研究, 并取得了很大进展。在知识库建立方面, 面向对象的智能数据库的研究和发展, 使得今后的数据库本身就具备知识的表达、存取、检索、查询、分类、推理、演绎等功能, 并且利用神经网络模型对数据库实现高速检索在模式识别技术方面, 人工神经网络以其并行计算、分布贮存和自适应学习的特点,应用于模式识别, 人工神经网络与模糊理论相结合应用于知识表达等在计算机语言方面, 面向对象的编程语言为人们提供了一种全新的能够更自然、更直接、更充分地表达现实世界事物的方法, 其优越性表现在信息的隐藏与封装、抽象数据、继承性、多形化、完善的模块化。这些新理论、新技术的应用, 大大地推进了风机故障诊断专家系统的开发,如华中理工大学研制的基于“浅知识”（即专家的经验知识）的故障诊断系统、东北工学院研制的基于随机法的故障诊断系统。中国矿业大学的研发人员把小波变换、傅立叶分析和模糊理论作为信号处理手段提取振动信号特征, 将多层感知器和演化算法作为故障模式识别手段, 开发了一个通用型智能旋转机械故障诊断系统。又如煤科总院重庆分院研制的型矿井主通风机在线监测与故障诊断仪采用了灰色理论, 对通风机故障类型进行快速定位, 首先利用高精度加速度传感器测出通风机敏感部位的振动加速度, 计算烈度值, 按ISO2372标准, 若超标便进行1024点的FFT变换, 计算其振动的加速度功率谱, 再根据功率谱的分布与存入机内的设备标准故障模式(专家系统)进行灰色关联分析, 根据关联度的大小, 诊断通风机机械故障类型。
下一步的工作就是完善这些技术并达到现场应用的程度。在科研人员的努力下, 应用人工神经网络、模式识别、计算机技术的智能故障诊断系统将逐渐发展, 其在风机故障诊断中的应用也会愈来愈广。可以预见, 基于知识的信号智能分析技术与智能化诊断是风机故障诊断的重要发展向。
1.3.2矿井主通风机可控制化、控制智能化
目前, 我国已有的通风机监控系统主要是监测功能, 实时反映通风机的工况, 而未充分发挥其控制功能。
当然, 其中的原因是多方面的。一是矿井主通风机是煤矿的关键设备, 《煤矿安全规程》要求其是万无一失的, 因此对计算机监测监控系统的可靠性要求十分高。但现在的科学水平, 还不能使计算机监测监控系统达到万无一失, 如东滩煤矿引进的风机监测系统是世界上处于领先水平的风机监测系统, 却发生了在风机运行
停止个多小时的情况下竟然没有报警, 造成了重大事故。
造成这些情况的原因有①矿井环境中干扰多。如矿井环境恶劣, 风流含尘潮湿等, 高压电器设备、大功率设备的运转和起停都会给计算机监控系统带来干扰, 降低了系统工作的安全性其次是开发的软件的可靠性较低再就是系统传感器、二次仪表的可靠性较低??。这些都是迫切需要解决的问题。②矿井主通风机的操作要求特殊。操作要求特殊, 操作过程复杂, 受《煤矿安全规程》的制约。《煤矿安全规程》第条规定“备用扇风机或备用电动机配套扇风机, 必须能在10min内开动”第124条规定“生产矿井主要扇风机必须装有反风设施,必须能10min在内改变巷道中的风流方向”。井下风流潮湿含尘, 对风门及其操作机构具有腐蚀性, 时间一长, 风门及其操作机构锈蚀甚至锈死, 控制信号发出后, 执行机构有可能“怠工”, 如机构卡死、执行不到位（如风门在开关过程中就遇到这些情况）,而当这些情况发生时, 再由管理人员前去处理, 时间已来不及了, 严重的会造成重大井下事故。这些情况严重制约着监控系统的应用, 也是现阶段研制出控制系统而未应用的重要因。简单的测量通风机的环境参数、电参数和通风机的控制是远远不够的, 还需要发展风机控制的智能化。智能是人们认识客观事物并运用知识解决实际问题的能力, 它表现在运用知识、认识新情况、解决新问题、学习新方法、预见新趋势、创造新思维的能力。人工智能则是运用人工手段模仿人类的智能行为。矿井主通风机控制系统智能化表现在：
（1）根据环境监测参数自动动作。根据井下监测到的环境参数如风量、瓦斯浓度、CO浓度、CO2浓度、粉尘、湿度等, 从而完成对通风机的调节、倒机（能够在风机启动前自动进行盘车）、倒换风门等一系列动作。
（2）根据风机性能监测参数而自动动作。根据监测到的风机参数如风量、负压、效率、风叶角度,能够确定风机是否工作在喘振区、工作状态是否满足矿并需要, 并能进行自校正。
（3）根据监测的电参数而自动动作。根据监测到电参数如电机功率、电机转速、励磁电流、励滋电压、定子电流、定子电压、功率因数等, 能够确定电机工作是否正常, 并能进行自校正。
（4）监测监控智能化与故障诊断智能化紧密结合。故障诊断系统将诊断到的风机或电机的故障反馈给监测监控系统或风机管理人员, 进行自调整或报警。
随着机械执行机构可靠性的提高, 以及材料技术、传感器及测试技术、计算机硬件软件技术、通讯技术、人工智能技术等先进技术的发展和应用,必然促进矿井主通风机控制系统的智能化的发展和广泛应用。
1.3.3矿井主通风机在监测监控系统与整个矿井系统的协调
矿井主通风机是通过管网构成生产保障系统所以不能只考虑其本身, 而应作
为一个完整的系统去考虑, 其目标应包含整个通风系统优化（如效率、节能的优化等）以及通风系统运行的高可靠性和柔性。
鉴于此, 利用监控系统对井下环境如通风、沼气及自然发火进行监测, 再根据并下对风量的需求对主通风机的动力进行恰当的调整, 也就是对主通风机进行适
当的自动调节, 以节约能源。在发生异常时可发出报警并自动调整风门。
矿井主通风机在线监控系统还应和整个矿井计算机监控系统联网进行通讯,能够实时将监测结果传输到主控室或总工室, 并接受执行从主控室或总工室传来的
指令。矿井主通风机在线监控系统还可建成一个网站, 作为整个企业网的一部分, 负责风机房及相应部分的监控和管理。[17]
1.4本文的研究内容
本文研究了矿用风机在线监控系统的设计。
第一章：绪论。从课题研究的目的和意义出发，说明作矿用风机在线监测监控系统的设计课题的必要性。并针对所监控的设备对象和监控系统，分别介绍了其国内外发展现状及展望。
第二章：通风机运行特性和理论。对通风机进行了一个简要的概况，并介绍了通风机性能曲线及一些标准状态参数，同时给出了通风机的主要技术参数的计算方法。
第三章：监测系统的硬件设计与选型。介绍了系统实现的功能以及系统的整体设计，并对监测点在风机上的位置进行了布置，监测量所用传感器（变送器）和S-300 PLC模块分别进行了选型。以及PLC梯形图的设计。
第四章：WinCC监测系统界面设计。介绍了在WinCC组态软件的支持下，实现的监控界面。主要分为两部分进行阐述:第一部分辅以大量图片说明各个子系统设计的过程；第二部分以文字的形式介绍了在WinCC中设计子系统的步骤。
2通风机在线监控系统的设计需求分析
2.1通风机简介
从能量转换观点看，通风机是把原动机的机械能转变为流体的动能、压力能和位能的一种机械。目前，矿用通风机大多是利用旋转叶轮传递能量的。按介质在风机旋转叶轮内部流动方向可分为:(1)离心式——介质沿轴向进入叶轮，在叶轮内转为径向流出；(2)轴流式——介质沿轴向进入叶轮，经叶轮后仍沿轴向流出；
(3)混流式——介质在叶轮中斜向流动
通风机的工作状况可用流量、风压、功率、效率、转速和其他参数表达。由通风机的实际特性可知，它的流量、风压、轴功率和效率诸参数都是可变的，而且按一定规律变化。但通风机在一定的管网中工作时，这些参数都有确定值。这些确定值可由通风机的实际特性的风压特性曲线在同一坐标图上的管网特性的交点决定，称此点为工况点。由工况点决定的各参数称为工况参数。
在正常生产情况下，矿用通风机的作用可概括为三个方面：(1)为井下工作人员提供新鲜空气；(2)冲淡和排除生产过程中产生的各种有害气体和粉尘；(3)调节井下微气候。而当井下发生爆炸、火灾等重大灾害时，通风机还是救灾决策者用于调控灾变范围、减少灾害损失的重要工具之一。因此矿用通风机无论在平常还是非常情况下，对于保证矿用正常安全生产，维护广大矿工的生命安全和身体健康都具有无可替代的作用。正因为如此，对矿用通风机的选型、安装和使用管理，也要提出以下几点基本要求：(1)能力满足生产要求；(2)性能和风网相匹配；(3)高效、节能；(4)可靠性高，确保不间断运行；(5)适应防灾、救灾需要。满足这些基本要求，是进一步采用新技术的前提。在目前技术水平下，主要体现在通风机的在线监测和性能测定等方面。
目前全世界都面临着能源紧缺和能源危机。我国人口众多，经济发展迅速，能源消费大幅增加，但能源的开发和利用水平较低、煤炭行业更是首当其冲，节能提效的任务十分迫切。因此，矿用通风机这一矿山耗能大户也就自然成了人们关注的重点。近年来，各个集团公司、矿都在采取措施，努力提高矿用通风机的综合运行效益。特别是要解决风机与风网不匹配、“大马拉小车”和通风机综合效率低下等问题。在这方面需要做的工作很多，其中之一就是如何准确测定通风机的性能问题。
2.2通风机性能监测参数
通风机的特性曲线用来表明通风机的静压、轴功率以及效率同通风机的流量之间的变化关系。它是风机生产厂家在实验室对通风机模型进行空气动力性能试验后，再按照相似原理换算得到的同系列型号通风机的实际特性。
将通风机的特性曲线与相应的网路特性曲线绘制在同一坐标图中，网路特性曲线与相应的通风机风压特性曲线的交点称为通风机运行工况点。
在给定转速下通风机的风压特性曲线是不变的，工况点的变化取决于网路特性曲线。因此可以人为地改变通风网路的阻力，从而使通风网路具有不同阻力系数R 和不同的网路特性曲线。这样，工况点变化的轨迹即为通风机的风压特性曲线。在
改变通风网路阻力的过程中对应于每一个工况流量i Q ，测出相应的通风机静压i p
及
通风机的静压功率i N
由此按式
（2.1）
计算出通风机的静压效率i η
然后在直角坐标系中以i Q
为横坐标，以i p
，i N
，i
η
为纵坐标，依次确定i Q 对应的i p ，i N ，i η等坐标点。将各个i p
点用光滑曲线连接起来，即为通风机的流量—风压曲线；同理亦可得到通风机的风量—功率曲线以及风量—效率曲线。根据通风机结构形式的不同，其性能曲线的形状也不同。a 所示为轴流式通风机的性能曲线图，其特点是风压曲线较陡，随风量的增加风压急剧下降，功率曲线在工作段内基本上是随风量的增加而逐渐下降，最高效率点为靠近风压曲线的上部。b 为离心式通风机的性能曲线图，其特点是在工作段范围内，风压随风量的增加而逐渐下降，功率则随风量的增加而逐渐上升，高效点位靠近风压曲
线的中部。
通风机性能曲线（1-功率曲线，2-风压曲线，3-效率曲线）
通风机性能测定需要的参数如下： (1)通风机装置的风量，m3/s ； (2)通风机装置的风压，Pa ； (3)大气压力，Pa ；
1000i i i i
P Q N η?=
(4)空气温度，℃；
(5)电机的输入功率，kW; (6)电机的负载电流，A ； (7)电机的输入电压，V 。
矿井通风机的性能测定，是通过调节通风机风阻的方法，来获得通风机不同的工况点，然后根据各工况点的参数绘制其性能曲线。因此，工况调节方法的选取和调节位置的确定是保证测定工作能否顺利进行的关键。改变风机工作风阻的方法如下：关闭两台风机中的一台，并全部打开另一台风机的所有风门，采用全开启动待测定的风机；风机启动后，先测一个工况，然后根据测试速算结果确定下一工况位置，依次关闭一扇风门，或调节风门开度，直到关闭所有风门或调节风门开度为零。每台风机测定10个工况点，以达到测定风机的全程曲线。
通风机的性能参数或性能曲线总是在给定的进气状态下给出的，即通风机的性能与进气状态有关。当进气状态变化时，即使同一台通风机，其性能参数或性能曲线也是不一样的。描述通风机性能时最常用的状态是所谓的标准进气状态。标准进气状态规定通风机进口气流的状态参数如下：
标准状态参数表
测定参数 标准值 单位
空气温度 20
℃
绝对压力 1.0133105
Pa
现对湿度 50 ％
气体常数 288.5 J ／（kg 2K ） 气体密度 1.2
Kg ／m 3
目前国内多数矿用轴流式通风机（如ZK60、2K58、KZS 等）其性能参数和 性能曲线均是在上述状态下给定的。实测状态是指对通风机进行试验时，通风机进口气流状态。为了便于对通风机性能进行比较，应将通风机实测进气状态下的参数换算到标准进气状态下的参数。在叶轮直径D 保持不变的条件下，换算公式如下
Q n Q n （2.2）
2
10
00p n p n ρρ??=
???
（2.3）
3
1000N n N n ρρ??= ???
（2.4） Q ，0Q ——分别为实测状态下和标准状态下的通风机的流量，m3/s ； p ，0p ——分别为实测状态下和标准状态下的通风机的静压，Pa ； N , 0
N
——分别为实测状态下和标准状态下的通风机的静压功率，kW ρ, 0ρ——分别为实测状态下和标准状态下进气口的气流密度，kg/m3
n ,
n ——分别为实测状态下和标准状态下电机转速，r/min 。
国内大多数的矿用通风机是以抽出式工作的，可以证明，在此情况下，通风 机装置的静压等于通风机网路的负压。对大型轴流式通风机，生产厂家给出的是通风机装置的静压特性曲线(如2K60、2K58、2K56、KZS 等)，这为用户的使用提供可方便。对于离心式通风机，按照行业惯例，生产厂家只提供通风机，扩散器要由用户自行设计，厂家给出的也只是通风机的全压特性曲线。为了使用方便用户应根据扩散器的结构形式将离心式通风机的全压特性曲线转化为离心式通风机装置的静压特性曲线。[15][24][25]
2.3通风机性能参数的计算
2.3.1通风机风量
（2.5）
式中 Qf —主要通风机的工作风量，m3/s; Qm —矿井需风量，m3/s ；
k ——漏风损失系数，风井不提升用时取1.1；箕斗井兼作 回砚用时取1.15；回风回升降人员时取1.2。 2.3.2通风机风压
离心式通风机（提供的大多是全压曲线）： 容易时期
（2.6）
困难时期 （2.7）
m
f
kQ Q
=N
vd d m td H h h h H -++=min N
vd d m td H h h h H +++=max
轴流式通风机（提供的大多是静压曲线）： 容易时期
（2.8）
困难时期 （2.9）
hm －－通风系统的总阻力；
hd －－通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力； hvd －－扩散器出口动能损失；
ＨN －－自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“+”；自然风压与通风机负压作用反向时取“-”。 2.3.3通风机的实际工况点
根据Qf 、Hsdmin(或Htdmin)和Qf 、Hsdmax(或Htdmax)确定的工况点，设计的工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。[16][27]步骤 （1）通风机的工作风阻 用静压特性曲线时：
（2.10） 用全压特性曲线时：
（2.11）
（2）确定通风机的实际工况点
在通风机特性曲线上作通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。
Q (m 3/s )
H (P a)
(H
m i n
,Q
f m i n
)
(H m a x ,Q f m a x
)R m a x
R m i n
M
m a x
M
m i n
2.3.4通风机的功率 (1)风机输入功率
N d m sd H h h H -+=min N
d m sd H h h H ++=max 2min min f sd sd Q H R =2
max
max f
sd sd Q H R =2
min
min f td td Q H R =2max max f td td Q H R =
1,E i
i T i c N
N A X =?? （2.12）
式中
E i
N
——风机输入功率，kW ； 1i N ——电机输入功率，kW ； T i A ——电机效率，%；
c
X
——传动效率，直接传动为1.
(2)风机静压功率
1000F i si i
N p Q =? （2.13）
式中
F i
N
——风机静压功率，kW ；
s i p ——风机静压，Pa ； i
Q ——风机风量，m/s
2.3.5通风机装置效率 (1)通风机装置全压效率η
1000P
Q p K
N
η
?=
?
（2.14）
式中Q ——通风机的风量，m/s
p ——通风机的全压，Pa ； N ——通风机的全压功率，kW ；
P K ——全压压缩修正系数，用下式计算：
]1
11111k k
p
p k
p K
k p p -???
=?+-? ?-??
? （2.15）
式中 k ——绝热指数，对空气k=1.4。 (2)通风机装置静压效率s t η
s t
1000s t
p s t
Q p
K
N
η
?=?
（2.16）
式中 p s t
K ——全压压缩修正系数，用下式计算：