1、基于PLC的煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)摘 要煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)能否正常工作與礦井內(nèi)工作環(huán)境條件，生產(chǎn)效率，安全生產(chǎn)密切相關(guān)。隨著我國(guó)政府對(duì)各行各業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的不斷加大，尤其對(duì)煤礦生產(chǎn)的安全要求越來(lái)越高，對(duì)煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，提高其運(yùn)行穩(wěn)定性，可靠性，節(jié)能性等勢(shì)在必行。本系統(tǒng)將三菱PLC與變頻器結(jié)合起來(lái)，采用瓦斯?jié)舛群途聣毫橹饕獏?shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的工作過(guò)程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制，從而達(dá)到礦井下通風(fēng)安全、穩(wěn)定，同時(shí)使得資源最大的利用。并且PLC對(duì)通風(fēng)機(jī)有過(guò)熱保護(hù)、故障報(bào)警、機(jī)械故障和瓦斯高濃度報(bào)警等功能。為了礦井通風(fēng)的安全節(jié)能技術(shù)改造提供新的技術(shù)。關(guān)鍵詞：PLC, 瓦斯?jié)舛? 傳感器

2、，通風(fēng)機(jī)Coal-mine Gas Concentration Monitoring System based on PLCABSTRACTThe working conditions, the normal work of mine ventilation system and whether the coal mine production efficiency, safety production is closely related to. Along with the Chinese government on all kinds of production safety super

3、vision increased, especially for coal mine production safety requirements more and more high, the technical reformation of coal mine ventilation system, improve the operation stability, reliability, energy saving and so be imperative.This system will combine with Mitsubishi PLC inverter, the concent

4、ration of gas and down hole pressure as the major parameter, achieve effective control of working process and the running speed of the mine ventilator, so as to achieve the mine ventilation and safety, stability, and makes use of the most resources. And PLC overheating protection, fault alarm, fault

5、 and high gas concentration alarm function of fan. Provide a new technology for technological transformation of mine ventilation and safety and energy savingKEY WORDS: PLC，Gas，Transducer，ventilate目錄前言1第1章 瓦斯相關(guān)介紹21.1瓦斯氣體21.1.1瓦斯氣體性質(zhì)21.1.2瓦斯氣體的爆炸21.1.3本課題研究的意義3第2章 監(jiān)控系統(tǒng)控制方案4第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1控制核心PLC概述53.1.

6、1三菱PLC FX2N16MR簡(jiǎn)介53.1.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊FX2N4AD63.2礦井主扇風(fēng)機(jī)概述73.3觸摸屏概述83.4傳感器部分概述93.4.1瓦斯?jié)舛葌鞲衅?03.4.2 溫度傳感器103.4.3 空氣壓力傳感器11第4章PLC軟件設(shè)計(jì)124.1系統(tǒng)啟動(dòng)及停止124.2模擬量編程及應(yīng)用134.3瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)144.4壓力的監(jiān)測(cè)154.4.1風(fēng)壓給定及依據(jù)154.4.2風(fēng)壓測(cè)定及控制164.5溫度的監(jiān)測(cè)16第5章 運(yùn)行結(jié)果與調(diào)試18結(jié)論20謝 辭21參考文獻(xiàn)22附錄23前言隨著煤礦開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大和數(shù)量的增加,瓦斯災(zāi)害問(wèn)題日益突出。在煤礦安全生產(chǎn)過(guò)程中,礦井通風(fēng)系統(tǒng)起著極其重要的作用,

7、它是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。礦井通風(fēng)機(jī)承擔(dān)著礦井瓦斯排放的重任,為了達(dá)到節(jié)能效果,通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)與瓦斯?jié)舛鹊脑鰷p成比例地升降,即隨瓦斯?jié)舛鹊淖兓詣?dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速。因此,對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)及瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)控非常必要。以PLC為控制核心結(jié)合變頻器組成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著社會(huì)的發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻的變化，各種清潔能源技術(shù)不斷取得新的應(yīng)用。但是，對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)發(fā)展中的大國(guó)，煤炭在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍然是我國(guó)的主要能源，占我國(guó)能源消費(fèi)的67%。從2001年到2006年，我國(guó)的煤炭產(chǎn)量每年增長(zhǎng)2億噸以上，這在煤炭工業(yè)史上是前所未有的，但仍然滿足不了國(guó)內(nèi)更快的需求增長(zhǎng)

8、。煤炭供應(yīng)緊張、價(jià)格直線上升，煤礦超能力生產(chǎn)問(wèn)題非常嚴(yán)重，煤礦安全成為社會(huì)廣泛關(guān)注的重點(diǎn)，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局的統(tǒng)計(jì)數(shù)字令人觸目驚心：在去年19.5億噸的產(chǎn)量中，只有12億噸是有安全保證的，而全國(guó)煤礦安全欠帳已經(jīng)達(dá)到500億元左右。煤礦發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故23起，死亡人數(shù)682人，分別上升67%和162%，其中瓦斯事故18起，死亡599人，同比增加8起，382人。瓦斯事故仍然是煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)生最多和最嚴(yán)重的。這些事故的發(fā)生有其客觀的原因，但也跟管理和技術(shù)手段的應(yīng)用有著緊密的聯(lián)系。據(jù)資料顯示美國(guó)的煤礦死亡人數(shù)一年大約在30人左右，澳大利亞2003年的死亡為零。山西省晉城市自200

9、2年實(shí)現(xiàn)數(shù)字化遠(yuǎn)程瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以來(lái)，瓦斯事故也得到了很好的治理。由此可見(jiàn)，煤礦瓦斯事故并非不可治理，只要加強(qiáng)管理再配合先進(jìn)的技術(shù)手段（煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)字化遠(yuǎn)程瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）的應(yīng)用，瓦斯事故是可以得到治理的。從而大大減少安全事故的發(fā)生，保護(hù)廣大煤礦工人的生命財(cái)產(chǎn)安全，為建立一個(gè)和諧、平等的社會(huì)，為國(guó)家的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。 第1章 瓦斯相關(guān)介紹1.1瓦斯氣體1.1.1瓦斯氣體性質(zhì)了解瓦斯的特點(diǎn)和性質(zhì)是搞好瓦斯管理的先決條件。瓦斯是煤礦開(kāi)采過(guò)程中的一種有害氣體的總稱，它有自己的性質(zhì)和特點(diǎn)，是可以被認(rèn)識(shí)的，也是可以被控制和利用的。所以說(shuō)要搞好瓦斯管理工作，必須首先學(xué)習(xí)有關(guān)瓦斯的知識(shí)，了解瓦斯的性質(zhì)

10、和特點(diǎn)。礦井瓦斯是指從煤體和圍巖中逸出的以及在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的多成分的混合氣體，包括CH4、COZ、CO、NZ、CZH6、502、HZS等。主要成分是甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（COZ）、硫化氫（HZS）等。沼氣是礦井瓦斯的主要成分，是一種無(wú)色無(wú)味的氣體。不助燃，但當(dāng)與空氣混合到一定濃度時(shí)，遇火能燃燒或爆炸，爆炸界限為5一16.5%；空氣中沼氣濃度超過(guò)40%時(shí)，空氣中的氧含量將下降到12%以下，此時(shí)空氣與沼氣的混合氣體不再發(fā)生爆炸，但將使人窒息。 1.1.2瓦斯氣體的爆炸瓦斯爆炸須具備3個(gè)條件：C氏濃度、02濃度及引爆溫度。瓦斯在煤體和圍巖中以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在，一般情況下

11、處于動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)外界溫度、壓力變化時(shí)，幾種狀態(tài)會(huì)互相轉(zhuǎn)化，煤層在開(kāi)采過(guò)程中，瓦斯被逸散出來(lái)，在井下積聚，造成瓦斯?jié)舛仍黾樱?dāng)CH4濃度達(dá)5%16%時(shí)具有爆炸性，CH4濃度為9.5%時(shí)，爆炸威力最大，當(dāng)CH4濃度小于5%或大于16%時(shí)，一般不會(huì)爆炸，遇明火只會(huì)燃燒，瓦斯爆炸的上下限是可變的，當(dāng)CH4混合氣體的溫度和壓力發(fā)生變化或混入煤塵及其它可燃?xì)怏w時(shí)，可影響瓦斯爆炸的上下限，如空氣中的煤塵含量為10-12mg/m3，cH4濃度達(dá)到4%時(shí)，遇火就會(huì)爆炸。要消除引爆火源，必須嚴(yán)禁明電、明火下井，禁止明電、明火放炮，并要求井下電器設(shè)備必須防爆。所以控制瓦斯?jié)舛仁欠乐雇咚贡ǖ母荆瑢?shí)時(shí)掌握瓦斯?jié)舛葼?/p>

12、況是煤礦安全的頭等大事。 1.1.3本課題研究的意義該項(xiàng)目的實(shí)施，可以提高煤炭安全生產(chǎn)作業(yè)率，加大安全生產(chǎn)管理力度，降低事故率，保障國(guó)家及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。保障煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障煤礦的每一次報(bào)警都能得到相應(yīng)解決，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決煤礦所存在的安全隱患，保障煤礦安全生產(chǎn)信息上下達(dá)的通暢，提高煤礦安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用水平，及煤炭從業(yè)人員的整體素質(zhì)，力爭(zhēng)使煤礦安全生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)量化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。因?yàn)樾畔⒒芾硎且粋€(gè)量化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理的實(shí)現(xiàn)，其中系統(tǒng)的運(yùn)行提供了一個(gè)量化井下工作作業(yè)環(huán)境的工具，計(jì)算機(jī)的處理過(guò)程則要求將整個(gè)管理過(guò)程展開(kāi)成一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的單元，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行是

13、一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)單元所組成的一個(gè)規(guī)范化的執(zhí)行過(guò)程。瓦斯聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立將使安全生產(chǎn)的整個(gè)管理工作向量化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的工作管理模式轉(zhuǎn)變。該項(xiàng)目的建設(shè)將為我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中小煤礦行業(yè)信息化建設(shè)做出積極貢獻(xiàn)。該項(xiàng)目的建設(shè)是以煤礦瓦斯聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為龍頭，建成提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻傳輸?shù)慕y(tǒng)一系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息資源的充分共享和廣泛使用。實(shí)現(xiàn)煤炭信息化管理，實(shí)施“煤電強(qiáng)縣”的戰(zhàn)略，建設(shè)中國(guó)煤炭大縣，抓“滇東電廠”和曲靖煤化工基地建設(shè)的機(jī)遇，建設(shè)富源煤炭瓦斯聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)非常必要。以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，為推進(jìn)富源經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和全面進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。第2章 監(jiān)控系統(tǒng)控制方案本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用了PLC所以與使用常規(guī)繼電器實(shí)施的

14、通風(fēng)系統(tǒng)相比，具有故障率低、可靠性高、接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，PLC的自動(dòng)控制功能和程序化工作方式使通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，降低了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。PLC與空氣壓力變送器，以及瓦斯?jié)舛葯z測(cè)器的配合使用，使系統(tǒng)控制的可靠性和安全性以及穩(wěn)定性大大提高，降低了通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的成本，不僅節(jié)約了電能，而且還提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。通風(fēng)機(jī)主要工作部分由兩臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)組成，每臺(tái)通風(fēng)機(jī)有一臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一組扇葉片，兩組扇葉片是對(duì)旋的，一組的作用吸風(fēng)，一組的作用增加風(fēng)速，對(duì)井下進(jìn)行供風(fēng)。根據(jù)井下用風(fēng)量的不同，采用不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用風(fēng)機(jī)的功率為45 kW ?？刂撇糠诌x用一臺(tái)三菱公司的FX2

15、N系列的PLC， 并需要增加模擬量轉(zhuǎn)換模塊。輸入部分包括：?jiǎn)?dòng)，停止按鈕，空氣斷路器、空氣壓力傳感器，瓦斯?jié)舛葯z測(cè)器等組成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中還包括電機(jī)用接觸器、中間繼電器、熱繼電器、礦用防爆型斷路器等系統(tǒng)保護(hù)電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)電機(jī)和 PLC的有效保護(hù)，以及對(duì)電機(jī)的切換控制。共計(jì)8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)。因此本論文以三菱FX2N系列可編程邏輯控制器作為監(jiān)控核心，運(yùn)用溫度、壓力、瓦斯?jié)舛鹊葌鞲衅骱碗娏坎杉瘑卧獙?duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)以及對(duì)各種電量參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的檢測(cè)。同時(shí)利用PLC和上位機(jī)之間的通信實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本論文還利用變頻器來(lái)控制通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行。第3章

16、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制核心PLC概述 3.1.1三菱PLC FX2N16MR簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)采用的PLC是日本三菱公司的FX2N系列的繼電器輸出型PLC。它帶有16個(gè)I/O點(diǎn)，分別為8個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)。輸出形式為繼電器形式，輸出端最大電流可以達(dá)到5A工作電流。輸入側(cè)為NPN漏型輸入。其特點(diǎn)是：1. 內(nèi)置8K容量的RAM存儲(chǔ)器，最大可以擴(kuò)展到16K。2. CPU運(yùn)算處理速度0.08S/基本指令。3. 在PLC右側(cè)可連接各種輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊。4. 基本單元中內(nèi)置2軸獨(dú)立最高的20kHz定位功能(晶體管,繼電器輸出型）。5. 快速斷開(kāi)端子塊，其采用優(yōu)良的可維護(hù)性快速斷開(kāi)端子塊，（類似于

17、熱插型，接上電纜的時(shí)候也可以更換但元。）6. 時(shí)鐘功能及小時(shí)表功能，所有的FX2N 系列PLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。7. 持續(xù)掃描功能，為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義操作周期。8. 輸入濾波器調(diào)節(jié)功能，通過(guò)用輸入濾波器來(lái)平整輸入信號(hào)（在基本單元中x0到x17）。9. 注解記錄功能，元件注釋可以在程序寄存器當(dāng)中記錄。PLC在本設(shè)計(jì)電氣原理圖中的接線以及I/O分布點(diǎn)如圖3-1圖3-1 PLC I/O接線圖表3-1所示為I/O接口分配表表3-1 PLC I/O接口分配表輸入輸出序號(hào)名稱地址序號(hào)名稱地址1啟動(dòng)按鈕X01主接觸器Y02停止按鈕X121#風(fēng)機(jī)工作指示Y13主斷路器輸入X232#風(fēng)機(jī)工作指示Y

18、241#風(fēng)機(jī)電源輸入X34報(bào)警Y352#風(fēng)機(jī)電源輸入X451#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)Y461#變頻報(bào)警輸入X562#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)Y572#變頻報(bào)警輸入X68主接觸器吸合指示X73.1.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊FX2N4AD三菱FX2n-4AD是三菱電機(jī)公司推出的一款FX2n系列PLC模擬量輸入模塊，有CH1CH4四個(gè)通道，每個(gè)通道都可進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，分辯率為12位，采集信號(hào)電壓為-10V+10V，分辯率5mV。電流輸入時(shí)，為420mA或-2020mA，分辯率20uA。 FX2n-4AD內(nèi)部有32個(gè)16位的緩沖寄存器(BMF)，用于與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。 FX2n-4AD占用FX2n擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)，耗電為5V，30mA。FX

19、2N-4AD將空氣壓力傳感器TP802以及低濃度甲烷傳感器輸入的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制語(yǔ)言送給PLC進(jìn)行比較運(yùn)算，從而達(dá)到控制的要求。同時(shí)還將變頻器輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行裝換，送給PLC以及觸摸屏進(jìn)行顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。其電氣原理圖接線如圖3-2所示:圖3-2 電氣控制圖3.2礦井主扇風(fēng)機(jī)概述為了簡(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。主扇風(fēng)機(jī)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。本設(shè)計(jì)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)如圖3.1所示YB2系列電機(jī)是全封閉自扇冷式鼠籠型隔爆三相異步電動(dòng)機(jī)，是YB系列

20、電動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際90年代的先進(jìn)水平，具有節(jié)能、安全、美觀等特點(diǎn)。適用于有爆炸性氣體混合物存在的場(chǎng)所。在YB2基本系列系列電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，可派生生產(chǎn)YB2-W戶外型、YB2-WTH戶外濕熱帶型等多種防爆產(chǎn)品。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。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3.3觸摸屏概述為直觀顯示系統(tǒng)各部分的工作狀態(tài)以及報(bào)警顯示，電機(jī)參數(shù)等數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)采用觸摸屏作為顯示部件。觸摸屏又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭或者觸摸等輸入的訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸或者觸摸屏幕上的圖形按鈕，以及狀態(tài)按鈕

21、時(shí)，屏幕上的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的指向軟件地址和各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫(huà)面制造出生動(dòng)的影音效果。觸摸屏在自動(dòng)化行業(yè)中也叫人機(jī)界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。步科觸摸屏產(chǎn)品是中國(guó)最早最專業(yè)的工業(yè)級(jí)人機(jī)界面品牌之一，自2002年進(jìn)入中國(guó)大陸市場(chǎng)以來(lái)，以其專業(yè)的品質(zhì)、卓越的性能、合理的價(jià)格得到了

22、市場(chǎng)的最大認(rèn)可，銷量及市場(chǎng)占有率居同行業(yè)之首。本設(shè)計(jì)采用步科EV5000系列觸摸屏做為顯示媒體。通過(guò)RS485接口與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。如圖3-3所示：圖3-3 觸摸屏接線圖3.4傳感器部分概述該控制系統(tǒng)中采用了大量的模擬量信號(hào)，這些信號(hào)的輸入都需要傳感器來(lái)進(jìn)行模擬量采集，將采集的模擬量信號(hào)送入PLC輸入模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將連續(xù)的變化量（大部分為4-20mA的電流信號(hào)，05V或010V的電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換離散的數(shù)字量，存入到PLC內(nèi)存里；輸出是由模擬量輸出模塊將要輸出的存儲(chǔ)在PLC內(nèi)存中的數(shù)字離散信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)或者電流信號(hào)。本系統(tǒng)模擬量傳感器選用KGJ16B型瓦斯傳感器用于檢測(cè)煤礦井下空氣中的

23、瓦斯含量，PTP802型壓力傳感器用于檢測(cè)礦井下的井巷氣壓，Pt100熱電阻作為測(cè)量溫度用的傳感器用于檢測(cè)風(fēng)機(jī)組軸承和定子溫度。對(duì)于傳感器正確的選型以及應(yīng)用它們，首先要對(duì)各傳感器的性能指標(biāo)進(jìn)行了解。斯傳感器用于檢測(cè)煤礦井下空氣中的瓦斯含量，具有多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制式輸出，聯(lián)檢后能與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置及瓦斯斷電儀配套使用。該傳感器是一種智能型檢測(cè)儀表，具有穩(wěn)定可靠、使用方便等特點(diǎn)。調(diào)零、調(diào)精度、報(bào)警點(diǎn)設(shè)置等均可通過(guò)遙控器實(shí)現(xiàn)。3.4.1瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱇GJ16B型瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯膮?shù)如表3-2所示：表3-2傳感器參數(shù)3.4.2 溫度傳感器溫度傳感器是一種能感受溫度而且能把溫度轉(zhuǎn)變成一種

24、可被識(shí)別的輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器主要是對(duì)溫度測(cè)量的部件構(gòu)成。溫度傳感器分為接觸式和非接觸式兩種。本設(shè)計(jì)選擇PT100鉑熱電阻溫度傳感器，它的阻值是可以隨著溫度的變化而成正相關(guān)。測(cè)量范圍為60175，主要用于軸承溫度測(cè)量。3.4.3 空氣壓力傳感器本設(shè)計(jì)選擇一款廣泛應(yīng)用于鍋爐送風(fēng)、井下通風(fēng)等電力、煤炭行業(yè)壓力過(guò)程等控制領(lǐng)域的壓力傳感器，即為PTP802。主要技術(shù)參數(shù)如表3-3。表3-3 技術(shù)參數(shù) 第4章PLC軟件設(shè)計(jì)礦井主要通風(fēng)機(jī)裝置性能測(cè)試工作是復(fù)雜多變的，涉及主要通風(fēng)機(jī)裝置進(jìn)、出口空氣的溫度和濕度、大氣壓等氣象參數(shù)，風(fēng)壓參數(shù)、流經(jīng)主要通風(fēng)機(jī)前后的風(fēng)量，電氣參數(shù)，還有電動(dòng)機(jī)和主要通風(fēng)機(jī)的

25、轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)效率等參數(shù)。 在距風(fēng)壓測(cè)試點(diǎn)20m內(nèi)的巷道內(nèi)，用氣壓計(jì)測(cè)量絕對(duì)靜壓，用干、濕溫度計(jì)測(cè)量干、濕溫度。每調(diào)節(jié)工況一次測(cè)量三次，取其算術(shù)平均值來(lái)計(jì)算本設(shè)計(jì)采用了PLC作為控制核心，所以必須為PLC編寫(xiě)相應(yīng)的程序以實(shí)現(xiàn)各種控制動(dòng)作。軟件程序控制流程如圖4-1所示：圖4-1程序流程圖4.1系統(tǒng)啟動(dòng)及停止按下啟動(dòng)按鈕，程Y0（中間繼電器）得電，輸出Y0使中間繼電器K0閉合，同時(shí)硬件電路中通過(guò)K0的觸點(diǎn)給主接觸器KM0送入電源，接通主回路電源。同時(shí)給變頻器信號(hào)，啟動(dòng)變頻器，風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。如圖4-2。圖4-2啟停控制按下停止按鈕時(shí)，斷掉中間繼電器M1,關(guān)斷控制繼電器，斷掉繼電器K0的電源，KO掉電的

26、同時(shí)主回路接觸器KM0掉電，系統(tǒng)主回路斷掉，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。4.2模擬量編程及應(yīng)用FX2N-4AD的32個(gè)緩沖寄存器（BFM）的編號(hào)分配及含義都要按照使用手冊(cè)來(lái)使用。根據(jù)使用手冊(cè)BFM的設(shè)定值可以改變FX2N-4AD模塊的運(yùn)行參數(shù)，可調(diào)整其輸入模式、輸入增益和偏移量等。同時(shí)也可以根據(jù)使用手冊(cè)BFM的數(shù)據(jù)使用PLC的FROM指令讀出。圖4-3模擬量模塊識(shí)別在“0”位置的特殊功能模塊的ID號(hào)有BFM#30中讀出，并保存在主單元的D0中。比較該值以檢查模塊是否是FX2N-4AD，如是則M31變?yōu)镺N。如圖4-3所示。圖4-4溫度模塊識(shí)別同理，在“1”位置的特殊功能模塊的ID號(hào)有BFM#30中讀出，并保

27、存在主單元D10中。比較該值以檢查模塊是否是FX2N-4AD-PT模塊，如是則M41為ON。如圖4-4所示。圖4-5 錯(cuò)誤狀態(tài)識(shí)別模擬量輸出模塊則是通過(guò)PLC的TO指令來(lái)讀出，H0選擇BFM#0初始化通道，運(yùn)行PC，K4BFM#1選擇4個(gè)通道。BFM#29通道則為錯(cuò)誤狀態(tài)，如出現(xiàn)錯(cuò)誤M210、M220為ON。無(wú)法再讀取程序。如圖4-54.3瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)礦井瓦斯導(dǎo)致的爆炸是一種熱的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。當(dāng)可爆炸的易燃混合物吸收到一定的能量（一般是燃燒火源給定的熱能，或者其它途徑獲得的熱效應(yīng)）后，反應(yīng)分子的分子鏈即斷裂，離解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基（也叫自由基）。這類游離的基具有非常大的化學(xué)

28、活性，它的持續(xù)活性成為了反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的催化劑。當(dāng)有適合的條件下，一個(gè)游離基又非常迅速的進(jìn)行下一步的分解，再產(chǎn)生兩個(gè)或N個(gè)的游離基。如此這樣循環(huán)往復(fù)不已，游離基越來(lái)越增多，化學(xué)反應(yīng)速度也變得越來(lái)越快，最后就可以形成為燃燒或者叫做可以爆炸式的氧化反應(yīng)。故而，瓦斯爆炸就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，是空氣中可作用的各種物質(zhì)和一定濃度的甲烷氣體產(chǎn)生的強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)。瓦斯?jié)舛冉o定范圍及依據(jù)：一般意義上瓦斯的爆炸的爆炸是在一定的濃度范圍，通常是把在大氣中瓦斯氣體遇火后引起爆炸時(shí)候的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。一般來(lái)講瓦斯爆炸界限是5%16% 。當(dāng)瓦斯?jié)舛戎档陀?%時(shí)，遇火不爆炸，卻會(huì)形成一種燃火層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?.5%時(shí)，洋

29、河反應(yīng)為完全反應(yīng)，爆炸達(dá)到最大；瓦斯?jié)舛仍?6%以上時(shí)，卻因?yàn)橥咚沟臐舛冗^(guò)高導(dǎo)致爆炸性消失，但是在空氣中遇明火后仍會(huì)燃燒。 瓦斯爆炸界限是可以改變的，溫度、壓力以及粉塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混合等這幾項(xiàng)因素會(huì)對(duì)瓦斯爆炸界限有影響。本設(shè)計(jì)采用的是KGJ16B 型瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎ㄟ^(guò)瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑦B續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)采集并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)420毫安的電流，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4AD，通過(guò)其內(nèi)部的采樣、濾波，轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)存儲(chǔ)到PLC存儲(chǔ)器中的D120數(shù)據(jù)模塊中，程序中將D120與預(yù)設(shè)值D20的數(shù)值進(jìn)行比較，大于則輸出端有輸出，否則沒(méi)有。在離心風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中若

30、礦井工作面的瓦斯?jié)舛却笥谠O(shè)定的報(bào)警瓦斯?jié)舛壬暇€時(shí)，Y3閉合，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報(bào)警。并通過(guò)觸摸屏顯示出來(lái)。以警示工作人員工作面瓦斯涌出量已有安全隱患，做好排放瓦斯的安全準(zhǔn)備。若井巷工作面瓦斯?jié)舛壤^續(xù)增大， PLC將發(fā)出切斷電源的指令，將PLC所有輸出和內(nèi)部位復(fù)位，并切斷風(fēng)機(jī)電源各井巷工作面的電源，防止有明火引起與其爆炸。抽放瓦斯后，當(dāng)瓦斯?jié)舛菵120的存儲(chǔ)值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時(shí)，風(fēng)機(jī)組并不能重新運(yùn)行工作。只有當(dāng)瓦斯?jié)釪120的存儲(chǔ)值下降到小于瓦斯?jié)舛葓?bào)警上線時(shí)，PLC才恢復(fù)風(fēng)機(jī)組再次啟動(dòng)并將風(fēng)機(jī)組運(yùn)行工作。如圖4-6。圖4-6 瓦斯?jié)舛葓?bào)警4.4壓力的監(jiān)測(cè)4.4.1風(fēng)壓給定及依據(jù)在通

31、風(fēng)中所稱的風(fēng)壓是指單位體積的空氣所具有的能量，按其類型可分為靜壓、動(dòng)壓和全壓，其單位為Pa。礦井自然風(fēng)壓的計(jì)算但是礦井進(jìn)、回風(fēng)井的空氣柱的的容重差（容重差又主要由溫度差造成）以及高差和其它自然因素所形成的壓力差稱為自然風(fēng)壓.它對(duì)礦井主扇的工況點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮自然風(fēng)壓對(duì)主扇的影響。4.4.2風(fēng)壓測(cè)定及控制為求得主要通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓，應(yīng)測(cè)出主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)端空氣的相對(duì)靜壓，其測(cè)定位置應(yīng)布置在工況調(diào)節(jié)裝置與主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口之間直線段上，盡量選擇在接近主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口而又風(fēng)流穩(wěn)定處。通常軸流式主要通風(fēng)機(jī)可在距離進(jìn)風(fēng)口一倍葉輪直徑處測(cè)量。對(duì)單吸風(fēng)口的離心式風(fēng)機(jī)則應(yīng)布置在控制閘門(mén)后兩倍葉

32、輪直徑以外處測(cè)量。對(duì)雙吸風(fēng)口的離心式風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)道分支一倍葉輪直徑處的穩(wěn)定處的穩(wěn)定風(fēng)流中測(cè)量。空氣壓力值通過(guò)FX2N-4AD送入PLC中，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，其壓力值存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)塊D130中，同樣應(yīng)用比較指令，將D130與預(yù)設(shè)值D30中的值進(jìn)行比較，小于則輸出，輸出為中間值M21，M21置1時(shí)為氣壓過(guò)低，設(shè)置啟動(dòng)緊急排風(fēng)，同時(shí)給變頻器輸出端Y4及Y5置1，使兩臺(tái)變頻器同時(shí)工作，知道輸入的空氣壓力值大于設(shè)定報(bào)警值。如圖4-7。圖4-7 氣壓報(bào)警4.5溫度的監(jiān)測(cè)本設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)組設(shè)有軸承溫度和定子溫度過(guò)熱保護(hù)。綜合所選用的風(fēng)機(jī)組自身特性和國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置了風(fēng)機(jī)組軸承溫度和定子溫度報(bào)警溫度和跳閘溫度。軸承溫度

33、保護(hù)設(shè)置85為報(bào)警溫度，90為跳閘溫度。定子溫度保護(hù)設(shè)置120為報(bào)警溫度，125為跳閘溫度。由于PLC所能識(shí)別的是數(shù)字量信號(hào)，所以要對(duì)傳感器采集的電壓或電流信號(hào)的輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。若輸入電壓范圍為010V的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為04000或需要的數(shù)字。若數(shù)據(jù)格式為單極性，模擬量信號(hào)的類型為電壓信號(hào)，滿量程為010V，那么根據(jù)公式4-2可得軸承溫度和定子溫度報(bào)警溫度和跳閘溫度所對(duì)應(yīng)的數(shù)量和電壓的關(guān)系。FX2N-4AD模塊將送入的溫度值存儲(chǔ)在PLC中的數(shù)據(jù)塊D100，D101中，將兩個(gè)溫度值與預(yù)設(shè)值D110進(jìn)行比較，大于則輸出切換命令，執(zhí)行變頻器的切換。如圖4-8。圖4-8 變頻器運(yùn)行

34、切換第5章 運(yùn)行結(jié)果與調(diào)試將在三菱PLC編輯軟件上編輯的程序下載進(jìn)PLC中，按照電氣原理圖將線路連接好，緊接著就在觸摸屏上面監(jiān)視運(yùn)行結(jié)果。觸摸屏的顯示內(nèi)容分為幾個(gè)畫(huà)面，分別是監(jiān)視畫(huà)面，參數(shù)顯示畫(huà)面，參數(shù)設(shè)定畫(huà)面等。監(jiān)視畫(huà)面為主畫(huà)面，可以監(jiān)視風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和主要數(shù)據(jù)的參數(shù)，并設(shè)有控制按鈕，可以控制系統(tǒng)的啟動(dòng)及停止，通過(guò)監(jiān)視畫(huà)面可以直觀的反映風(fēng)機(jī)的工作。如圖5-1即為參數(shù)設(shè)定畫(huà)面。在此界面當(dāng)中將瓦斯?jié)舛?、氣壓、電機(jī)最高轉(zhuǎn)速及電機(jī)的最高溫度值都可以設(shè)定。圖5-1參數(shù)設(shè)定畫(huà)面通過(guò)啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)系統(tǒng)后，空氣和瓦斯傳感器開(kāi)始監(jiān)測(cè)井下工作環(huán)境，同時(shí)控制變頻器1開(kāi)始運(yùn)行，1#風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，同時(shí)定子溫度傳感器監(jiān)測(cè)1#風(fēng)機(jī)電機(jī)定子溫度，并通過(guò)溫度變送器將定子溫度的模擬值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)4-20mA，并且送至PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4AD中，F(xiàn)X2N-4AD將送達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC可以讀取的二進(jìn)制形式的數(shù)字量，并且通過(guò)程序設(shè)定，將此溫度值與預(yù)先設(shè)置的溫度值進(jìn)行比較，并且送至觸摸屏一個(gè)信號(hào)進(jìn)行顯示使用。若該溫度值大于預(yù)先設(shè)置的溫度值，說(shuō)明風(fēng)機(jī)溫度過(guò)高，系統(tǒng)通過(guò)程序的運(yùn)行，自動(dòng)切換2#風(fēng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)1#風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)2#風(fēng)機(jī)電機(jī)定子溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)再次切換1#風(fēng)機(jī)，如此循環(huán)往復(fù)，使兩個(gè)風(fēng)機(jī)輪流投入工作。保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在圖5-2所示畫(huà)面中就可以看出上述的顯示畫(huà)面。