1、毕业设计题目：煤矿主通风机故障报警硬件系统设计系别：矿业工程系专业年级：机械设计制造及自动化1801班姓名：学号：指导教师：2022年6月目前我国矿井主通风机电动机机械故障频发、状态监测可靠性差、诊断功能不完善等问题提出的。矿井主通风机是保证煤矿安全生产的关键设备之一，通过机械动力强制井下污浊气体与地面新鲜空气进行稳定交换，减少瓦斯、粉尘等有害气体的聚集,保障煤矿的生产安全。由于主通风机运行周期长、工作状况复杂、运行环境恶劣，易造成机械故障。鉴于主通风机的重要地位，为确保煤矿安全，目前矿井必须安装两台风机，其中一台作为备用，且采用定期维修手段，这大大降低了主通风机的故障率，但同时加大了矿井生产
2、投资，造成了设备的过剩维修，降低生产效率，影响生产安全。因此对矿井主通风机的核心部件电动机进行状态监测，评估其机械状态，可大大降低设备的维修成本，并可防止主通风机的突发故障，消除故障隐患，对煤矿安全生产有重要的现实意义。对矿井局部通风关键故障单元、检测和报警参数以及控制技术进行分析,提出了基于技术的矿井局部通风监控与报警系统的总体解决方案，并对相应的软硬件原型系统进行了设计、搭建和测试。主要完成以下具体研究内容：在对目前矿井局部通风系统关键故障单元及故障检测、控制与报警技术分析基础上，对矿井局部通风监控与报警系统实现的性能参数及关键技术进行了研究。建立了基于技术的矿井局部通风控制与报警系统的总
3、体结构、功能模型;分析和研究了系统的工作原理和控制方式。对矿井局部通风硬件系统进行了分析、设计和搭建,其中包括:各故障检测单元和报警设备类型及安装位置确定;局部通风机变频调速及算法、电动机继电保护、双机自动切换、瓦斯闭锁等控制和报警功能设计和实现；系统控制和报警操作设计搭建。对矿井局部通风监控与报警软件系统功能需求进行了分析，建立了系统功能模型;设计和开发了矿井局部通风监控与报警软件系统。关键词：主通风机故障检测故障报警plc控制AbstractAtpresent,theproblemsoffrequentmechanicalfailure,poorreliabilityofcondition
4、monitoringandimperfectdiagnosisfunctionofmainfanmotorinmineareputforward.Themainfanofthemineisoneofthekeyequipmenttoensurethesafeproductionofthecoalmine.Throughmechanicalpower,itforcesthestableexchangeoftheundergrounddirtygaswiththefreshaironthegroundtoreducetheaccumulationoftheharmfulgassuchasgasan
5、ddust,ensuringproductionsafetyincoalmines.Inviewoftheimportantpositionofthemainfan,inordertoensurethesafetyofthecoalmine,atpresenttwofansmustbeinstalledinthemine,oneofwhichisusedasabackup,andregularmaintenanceisadopted,whichgreatlyreducesthefailurerateofthemainfan,butatthesametime,itincreasesthemine
6、productioninvestment,causestheovermuchmaintenanceoftheequipment,reducestheproductionefficiency,affectstheproductionsafety.Therefore,monitoringandevaluatingthemechanicalstateofthemotor,whichisthecorecomponentoftheminemainfan,cangreatlyreducethemaintenancecostoftheequipment,preventthesuddenfailureofth
7、emainfanandeliminatethehiddentrouble,itisofgreatpracticalsignificancetothesafetyproductionofcoalmine.Basedontheanalysisofthekeyfailureunitsandfailuredetection,controlandalarmtechnologyofminelocalventilationsystem,theperformanceparametersandkeytechnologiesofminelocalventilationmonitoringandalarmsyste
8、marestudied.Thehardwaresystemofminelocalventilationisanalyzed,designedandbuilt,including:thetypeandinstallationpositionofeachfaultdetectionunitandalarmequipmentThispaperanalyzesthefunctionalrequirementsofthesoftwaresystemofminelocalventilationmonitoringandalarm,establishesthefunctionalmodelofthesyst
9、em,anddesignsanddevelopsthesoftwaresystemofminelocalventilationmonitoringandalarm.Keywords:MainFan,faultdetection,FaultAlarmPLCcontrol1 绪论11.1 课题关键技术国内外研究现状11.2 课题解决的关键问题11.3 主要研究内容22传统矿井主通风机系统32.1传统矿井主通风机系统的主要设备32.2传统矿井主通风机系统故障分析32.3传统矿井局部通风系统监控与报警方式42. 4本章小结43矿井用主通风机监控与报警系统总体方案53.1矿井主通风机监控与报警系统总体结
10、构53. 2系统操作方式53. 3工作原理53. 4本章小结64系统硬件设计64.1设备选型64. 2数据采集位置和方式确定94. 3系统电路设计104. 4PLC与变频器通讯设计124.5PLC与计算机监控系统通讯设计144. 6本章小结155系统调试165.1上位机配置165. 2矿井主通风系统运行前调试175. 3局部通风系统运行调试176结论19参考文献20致谢21薛辉：煤矿主通风机故障报警硬件系统设计煤矿主通风机故障报警硬件系统设计1绪论据全国统配煤矿的统计一，百分之七、八十的瓦斯爆炸事故发生在掘进工作面。从对全国各大煤矿实地考察和数据分析来看，掘进工作面较易发生瓦斯爆炸事故的主要原
11、因之一是由于矿井局部通风系统可靠性低，无计划停风停电次数多，时间较长,或供风能力不足,造成瓦斯浓度超限；同时由于矿井局部通风安全管理人员水平低，责任心不强，误操作等原因造成设备温度上升或引起火花等事件，为瓦斯爆炸事故的发生创造了条件。因此,提高矿井局部通风系统的安全性,及早预测预防故障的发生,或者在故障发生后及时恢复系统的安全运行是杜绝掘进工作面瓦斯事故发生的重要措施之一,也是目前煤矿安全通风亟待解决的现实问题。当巷道出现瓦斯积聚，需要进行瓦斯排放处理时，使用人工控制供风量的传统方法进行瓦斯排放，可靠性和控制精度得不到保障,容易产生“一风吹”现象。因此,开发既能保障局部通风机供电可靠性又能根据
12、瓦斯浓度进行风量调节、控制瓦斯排放速度的局部通风监控与报警系统己势在必行。1.1课题关键技术国内外研究现状长期以来国内掘进工作面局部通风机一直采用空气接触器对局部通风机进行控制，其功能简单，可靠性差，经常造成“无计划”停电停风，引起瓦斯积聚。早期国内掘进工作面局部通风系统普遍采用单回路供电方式，电气故障经常影响掘进工作面的供特大型矿井风。从年代后期，国内推行掘进工作面”三专两闭锁”供电方式，它从一定程度上降低了掘进工作面“无计划”停电停风的次数，但供电系统中任何一个环节出现停电检修或发生局部通风机机械故障,都会影响矿井局部通风系统的工作。从年代后期，国内一些开始使用双风机双电源的供风方式，这样
13、从理论上讲可以降低“无计划”停电停风的概率,但经过几年的应用，局部通风机“无计划”停电停风造成瓦斯积聚乃至酿成瓦斯事故的情况仍屡有发生，究其原因，局部通风机供电及控制设备落后、保护性能差、故障概率高、设备数量多、布置分散、维护困难是主要原因。以矿井主通风机系统安全性评价和故障诊断规则为基础和逻辑判断依据，采用技术和组态王工控软件相结合的研究方法,对矿井局部通风系统进行数据采集、故障报警和控制系统的研发工作，以提高矿井主通风系统故障诊断的准确性和快速性，降低矿井主通风机系统无计划停风的概率和时间。根据瓦斯浓度的变化进行风量调节，防止瓦斯浓度突变，从而实现瓦斯浓度无超限安全排放为了防止“一风吹”排
14、放瓦斯导致瓦斯浓度突变带来的危害，必须确定瓦斯浓度与局部通风机输出风量的对应关系。1.3主要研究内容(1)传统矿井主通风系统故障分析对目前广泛使用的矿井局部通风系统的组成、常见故障以及监控报警现状进行分析，确定目前矿井主通风系统安全管理存在的主要问题。(2)矿井局部通风监控与报警系统总体方案研究针对传统矿井局部通风系统安全管理存在的问题，对矿井局部通风监控和报警系统总体架构、功能模型、工作原理以及操作方式进行分析和研究,建立矿井局部通风监控与报警系统总体解决方案。主通风机在线故障诊断硬件系统结构步骤如下：煤矿主通风机一传感器一A信号调试系统f数据采集卡一控机人机交互系统152传统矿井主通风机系
15、统2.1传统矿井主通风机系统的主要设备矿井主通风机系统主要设备由矿用高压开关、矿用变压器、矿用低压开关包括隔爆自动馈电开关和磁力控制开关、漏电保护装置等组成。而每种设备由关键的部件构成,这些部件能够对井下的各种故障实施监控和报警，因此对其工作原理进行分析和探讨可以有效的判断矿井局部通风系统的故障。所谓丧失正常的工作能力，是通过三种指标来衡量的：(1)在爆炸压力下会不会发生破裂；(2)由于弹性变形过大,丧失其正常工作能力,或过量的塑性变形；(3)在外压或外部载荷作用下形状是否发生突然改变,是否丧失工作能力。矿用高压开关矿井中的高压开关是对高压线路(一般为)进行控制和保护,作为配电或直接启动电机用
16、，能同具有监视线和屏蔽线的专用电缆配合使用，取得绝缘监视和高压漏电保护的效果,特别适用于在采区变电所作移动变电站的配电开关，亦可作为电动操作的断路器，在具有瓦斯及煤尘突出危险矿井的中央变电所作配电开关用。2.2传统矿井主通风机系统故障分析(1)传统矿井主通风机系统故障特点及来源论文的故障数据通过以下两种方式获得：实地现场考察:实地现场的考察是故障数据的主要来源。通过对陕西铜川、韩城矿务局,甘肃靖远矿务局的实地考察,深入煤矿与工人师傅探讨交流，以及查询所考察各煤矿统计报表，并了解目前矿井主通风机系统的工作原理、设备型号、常见故障类型等。(2)传统矿井主通风机系统常见故障对故障做进一步分析,每一种
17、故障可能分别对应几种原因，如低压电缆故障的原因可以是接地，短路，断路等。对每个故障单元的子模块的可能的原因做出解释。只有对不同类型故障的机理有深入而全面的认识，才能“对症下药”，找到合适的故障诊断方法，对其故障机理进行深入分析，找出了故障特征参量，为故障监测及诊断系统的建立提供了理论依据。表2-1传统矿井通风系统常见故障表故障系统单元故障表现位置引起故障的可能原因机械系统风筒风筒接头连接不严或风筒破损机械系统相局部通风机电机烧坏，电机接地,三相电缺低压系统低压电缆接地,断路,短路低压系统馈电开关开关机构坏或由其他原因引起跳闸低压系统控制开关内部变压器坏或其它原因低压系统检漏装置由低压系统接地引
18、起高压系统变压器相间匝间短路或由其它因素引起高压系统高压电缆接地,断路,短路高压系统高压开关主要由高压系统各故障原因引起2.3传统矿井局部通风系统监控与报警方式传统矿井局部通风系统存在严重的功能缺陷。其中，磁力起动器及双电源切换装置无警示功能,无法实时监控局部通风系统运行情况、远程通讯及系统自检功能,也不能实现预防性报警，更无法实现远程监控。双电源自动切换装置只能在电源完全停电的情况下进行自动切换，自动切换一旦失效,既不能报警也无应急功能，更不能根据掘进工作面的瓦斯浓度实现单风机瓦斯排放。高瓦斯矿井中的局部通风机全部采用对旋式双电机驱动，传统的磁力开关只能实现直接起动在矿井通风系统中，利用PL
19、C和人工神经网络技术，或把PR0FIBUS-DP现场总线和以太网技术结合使用，可以对矿井通风机的运行进行远程在线监控，形成“集中管理，分散控制”的功能布局，大大提高煤矿通风系统的人工智能化控制水平。2.4本章小结总结了传统矿井局部通风系统存在的问题，因此,有必要采用合适的控制策略和保护方法,开发一套功能完善的矿井局部通风监控与报警系统，该系统具有集中控制、远程通讯以及系统自检和报警功能。3矿井用主通风机监控与报警系统总体方案3,1矿井主通风机监控与报警系统总体结构_Lar 机收下ntlJ |根|&I茶报I 收各报瞥 -Itt|地久|MI一 J-&严 ,Lh.l斯双反一图37系统总体结构图开关量
20、输入输出单元指的是连接到的端的外部输入、输出开关量信号。输入信号主要包括：电气控制柜面板上的“手自动”、“主备用”选择开关，“起动”、“停止”“报警清除”等输入开关；以及局部通风系统运行过程中，高低压馈电开关、移动变电站、漏电保护器、局部通风机综合保护器等反馈的过载、短路、欠压、漏电、断线等数字量输入信号。输出信号主要包括:控制局部通风机切换、起动、停止、工作状态指示灯、报警指示灯以及蜂鸣器等数字量输出信号。3.2系统操作方式当自动操作时，首先进行系统自检，若瓦斯浓度在允许范围内，则根据浓度值调节变频器控制输出风量;否则，系统禁止风机启动，并发出声光信号报警提示。自动操作方式，主局部通风机运行
21、优先；当主局部通风机运行出现故障时，双机切换单元自动切换到备用风机运行,保证系统正常供风。自动运行过程中，若瓦斯检测单元出现故障,则系统自动停止运行并报警通知井下工作人员进行手动瓦斯排放。3.3工作原理检测到的瓦斯浓度模拟量信号传送给模拟量转换模块,模拟量模块将采集到的数据转换为数字量信号发送给,经过控制算法计算出安全排放瓦斯所需要的风量值，通过通讯模块将风量值传送给变频器，调整通风机转速。风量检测单元通过风量传感器检测风筒出口处风量，并将检测到的模拟量传送给模拟量转换模块，通过将反馈值与风量值进行比较，再经过控制算法进行自整定，达到系统所需的风量。控制方式可以平滑调整风量输出曲线，防止瓦斯浓
22、度突变。在主通风机正常供风、掘进工作面、回风巷、全风压风流混合处的瓦斯浓度不超过限定值时，方能向掘进巷道内机电设备供电；当局部通风机停转时，自动切断所控机电设备的电源；当瓦斯浓度超过规定限值时，系统能自动切断对应瓦斯传感器控制范围内的电源,而局部通风机仍可照常运转。3.4本章小结矿井用主通风机系统存在的问题分析和建立了矿井局部通风监控与报警系统的总体方案。采用将与组态王工软件相结合技术,实现矿井局部通风系统现场和远程的监控和报警功能。该解决方案具有保护性能好、设备数量少、布置集中、维护方便以及故障率低的优点，符合煤矿通风安全实时监控系统的发展需要。4系统硬件设计本章根据系统的总体解决方案和煤矿
23、井下监控系统硬件设备的特殊要求，以系统强稳定性、易操作性和高灵活性为原则在调研、分析现场监控和报警需求的基础上,确定了系统硬件设计方案，提出了适应现场需求的控制方式制定了合理的保护功能。4.1 设备选型(1)变频器选型控制方式由于变频器控制对象是局部通风机,属于风机泵类负载,对过载和调速精度要求不高,所以选用控制方式的变频器，控制方式指通过调整变频器输出侧的电压频率比来改变电动机在调速过程中机械特性的控制方式。在工业生产的过程中，生产机械需要电机拖动来满足生产工艺的要求。交流异步电机以其体积小、重量轻、价格低廉、运行性能稳定等优点，在机械的电力传动中应用最为普遍。但是交流电机不象直流电机那样，
24、可以很方便地进行调速,它的调速问题一直比较困难。经过几十年的研究和发展，出现了许多交流电机的调速方式,如异步电机的变极调速、定子电压调速、转子串电阻调速、串级调速、变频调速等。使用最广泛,效果最好的还是变频调速,变频调速技术的迅速发展。同侧变流器中间直流环节负较曳变流器整汽器逆变器控制指令控制电路控制指令运行指令图4-1变频器基本结构变频器容量的确定；应满足变频器的额定输出容量：Se1.73UINK*l.l(4-1)U最高频率时电动机端电压；I单台电动机最高频率时的额定电流；N电动机台数；K波形修正系数应满足变频器的过载容量SsS1.73UI(N-Ns)K*1.1+1.73*UIs*Ns*K(
25、4-2)Ns同时起动的电动机台数；Ls应满足变频器额定输出电流 应满足变频器额定输出电流IeINIe*E*K*l.l(4-3)Ie单台电动机最高频率时的额定电流。上式表明，变频器额定电流大于电动机组的额定电流，两者相差一个安全系数和波形系数1.1和波形系数K。 应满足变频器允许的60s过载电流IsIsIe(N-Ne)K*l.l+IsNsK(4-4)Is最高频率时电动机的起动电流；Ie单台电动机最高频率时的额定电流系统中一台局部通风机由两台电动机组成，所以上述公式中的值应取。在实际变频器容量选择中采取大于电动机一个等级的办法。对于轻载起动和风机泵类负载,变频器额定电流一般按电动机的5倍选。(2)
26、通讯接口在矿井用主通风系统中，为了提高局部通风机的变频精度、节约硬件成本,本系统选择具有RS-485通讯接口的变频器,PLC通过串行通讯的方式控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、频率以及变频器故障报警等信息参数，并通过远程监控系统监测界面显示。采用RS-485通讯方式控制变频器与PLC端口直接控制变频器比较,具有变频器数据采集量大、数据通讯可靠性高，节省PLC的I/O端口资源等优点。(3)传感器选型传感器类型厂家型号安装位置振动传感器电压型加速度盛迪振通AC102-1A风机轴承座数据采集卡板卡研华1710L现场工控机温度传感器粕电阻上海安科瑞PT100风机、电机轴承温度巡检仪智能仪表
27、上海安科瑞ARTM16主扇机房负压传感器微压变送器北京塞尔瑟斯B0300风口标准面电压变送器直流型安科瑞BDS-AV励磁电柜电流变送器直流型安科瑞BDS-AI励磁电柜智能电表智能仪表美国电气控制公司QP452高压电柜表4-1采集信号的传感器及板卡风量传感器：矿用智能风量传感器，采用超声波测量原理，具有技术先进、使用方便、长期使用稳定可靠、免维护等特点。主要用于煤矿井下各种坑道、风口、扇风机井口等处的风速、风量的检测，以确保煤矿的井下通风安全。该传感器工作电压为5伏，工作电流要小于输出标准电压信号。矿用温度传感器：矿用温度传感器,适于在煤矿、油田、化工等有爆炸危险的场所连续检测被测量对象的温度，
28、并且有信号输出功能。具有操作方便、读数直观、工作可靠、体积小、重量轻、维修简便等优点。负压传感器：选用北京塞尔瑟斯B0300型微压变器，该变送器可测潮湿、浑浊的气体，同一只变送器通用于减压、压力、负压测量，可提供正/负压复合量程，低功耗、宽温区的LED显示表，高过载和高静压，可露天安装，IP65防护。电压/电流变送器：选用上海安科瑞电气的BDS系列电力变送器，BDS系列。(4)PLC选型本设计的电气控制单元以三菱FX2N-48MRPLC为控制核心，该型号的PLC包括直流输入24点,继电器输出24点，处理数字量I/O信号。电气控制单元中的模拟量功能模块采用三菱FX2N-485-BD特殊功能模块。
29、电压输入范围为，精度土。电气控制单元与变频器通信设备采用三菱通信模块，使用DC24V电源供电。系统现场总线模块采用三菱FX2N-16CCL-MCC-LINK系统主站模块，使PLC现场控制系统作为现场总线系统的通讯主站。三菱FX2N系列PLC主要特点：(1)一体式可编程控制器电源、CPU、存储器、输入输出组成一个单元的可编程控制器，同时在AC电源DC输入型中内置传感器用的DC24V供应电源。内置8K步的EEPROM,且具有掉电保持功能。(2)输入输出可扩展输入输出扩展设备最大可扩展至256点，也可以使用FXON系列和FX1N系列扩展模块或扩展单元。(3)通讯功能强大可使用RS-232,RS-48
30、5通讯实现与计算机间的链接，多台PLC之间也可以实现并列链接，从而实现远距离程序传送和可编程控制系统的运行监控。在传统的矿用主通风机基础上，增加电气控制柜、瓦斯浓度检测单元、风量检测单元。其中，主通风机安装在距离掘进巷道口以外的进风侧，电气控制柜放置在局部通风机电机侧，瓦斯浓度检测单元分别放置在掘进巷道和回风巷中，风量检测单元放置在风筒出口处。矿用主风机必须安置在进风巷中。在全风压风流内设置瓦斯传感器，当所检测瓦斯浓度超过时则切断风机及掘进巷道内所有非本质安全的用电设备的电源，当浓度小于时恢复供电。全风压风流处瓦斯超限问题一般只有通过增大主通风能力解决。4. 3系统电路设计（1）系统主电路和控
31、制电路设计图4-3控制电路图通过断路器控制主电路供电,供电电路通过熔断器。当通风机变频运行时,交流接触器吸合，主电路向变频器的、端供电，变频器输出端、分别连接交流接触器、的主触点。当通风机工频运行时，交流接触器断开,吸合。交流接触器、分别控制主电路向主用局部通风机和备用局部通风机供电。目前，变频器的种类繁多，选择合适的变频器在整个控制系统中极为重要主要依据以下几点来选择：（1）根据变频器所驱动的负载类型，确定变频器的规格型号。（2）以实际电机的电流值和额定功率作为变频器选择的依据。（3）如果变频器要长电缆运行，为了避免其出力不够，应该采取措施抑制长电缆对地穗合电容的影响，所以选择变频器时应该放
32、大一档或在其输出端安装输出电抗器。(4)选择变频器时要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。由于西门子变频器价格合理，拥有完整的理论计算书和辅助件推荐值，有利于用户合理的选用，所以本系统选用了西门子6SE70变频器。西门子6SE70变频器采用全数字控制技术的控制装置和IGBT的电压源型交流变频传动装置，它具有快速性、精度高、可靠性高和效率高等特点。它的控制模式可分为V/F控制和磁场定向矢量控制，输出频率020Hz为速度响应的时间为60ms。6SE70变频器的基本功能有：多种传动用的开闭环控制、丰富的自由功能模块、连接量技术、电机参数自优化、功能扩展很强和强大的故障诊亚匚/士白Aii-断倍息考。
33、(2)PLC电路设计系统程序用户程序存储器 存储器电源模块接口模块按钮当持开关灵位开关电源一输入模块CPU模块 通信接口输出模块I/01T展接口 二 扩盛机架 一日 接触器 口电磁阀 0指初I电源网络通信其他设备其他PLC |图4-4PLC结构示意图主控模块接线系统分为手动和自动控制两种方式，两个档位之间通过波段开关控制；操作人员可以通过起动按钮和停止按钮控制局部通风系统运行和停止；通过波段开关选择主用或者备用风机运行；当系统出现报警时，操作人员按下清除按钮,清除报警信号；按下急停按钮,系统运行紧急停止,急停按钮复位后,系统恢复运行。(4)模拟量模块掘进工作面瓦斯浓度传感器的正、负极信号，分别
34、连接模拟量模块的和端。由于掘进工作面的瓦斯浓度变化,会使瓦斯浓度传感器的线性电压发生变化，从而反应掘进工作面瓦斯浓度的变化情况。4.4PLC与变频器通讯设计要实现与变频器的通讯,必须在可编程控制器基本单元中增加通讯设备后连接。变频器选用三菱公司生产的系列通用变频器,该系列变频器内置通讯接口，以实现与系列的通讯连接。图4-5变频器基本结构图(1)串口通讯设计选用通讯板卡组成通讯系统端的通讯端口，该板卡通讯总延长距离为米，可以实现与变频器的系统通讯。根据系统传送速度，传送距离的不同，系统有时会受到反射影响通讯。当这种反射存在时，需设置终端电阻。在系列变频器中,将内置的终端电阻开关设置在100欧。通
35、讯系统接线矿用通风监控与故障报警系统中PLC对变频器的控制是通过串行通讯的方式实现的,PLC通过该通讯方式控制变频器的起停和运行频率等参数，并监控变频器的电压、电流、频率以及报警等运行信息。PLC与变频器的通讯连接如下图所示,将屏蔽双绞线一端分别连接FX2N-485-BD通讯卡的RDA,RDB,SDA.SDB.SG接线端上，电缆另一端分别连接变频器的SDA1、SDB1,RDA1,RDB1,SG端即可实现与变频器的通讯连接。妻二Tc双绞咙X pC (0.以上)0.毓!沁- L将终靠电明开关设定在1000一期图4-6PLC与变频器RS485通讯接线图(3)变频器通讯参数设定变频器具有完善的故障报警
36、保护功能，包括过电压欠电压保护、过负载保护、过温保护、接地故障保护、短路保护、电机失步保护、电机过温保护、电机锁定保护等功能。为了实现这些故障保护功能，需要对变频器的某些特定参数进行设置。“0”表示除报警外无对应措施；“1”表示报警并降低最大电流；“2”表示报警和跳闸。如果使用其默认设置P0610=2,当电机温度超过参数P0604设定的报警门限值时，变频器便进行报警和跳闸。为了实现变频器完善的报警功能，可以通过查看变频器使用手册根据系统的控制功能要求有选择地对其中的某些参数进行设置。(4)PLC与变频器通讯指令在执行通讯过程中，PLC将变频器的运行监视和参数数据读入到控制程序指定的寄存器中，并
37、将变频器的运行控制和参数数据写入到变频器目的寄存器中，从而实现PLC对变频器的实时监控功能。表4.1通讯指令功能表指令功能编号功能控制方向EXTR(FNC180)K10变频器的运行监视INV-可编程控制器K11变频器的运行控制可编程控制器TNVK12读出变频器的参数INV-可编程控制器K13写入变频器的参数可编程控制器TNV通讯系统抗干扰性由于和变频器均工作于主通风机监控与报警系统电气控制箱内，二者距离较近，所以本文不需考虑通讯距离的要求，但是变频器产生的高次谐波和电动机起停所造成的电磁波会严重干扰通讯系统正常工作。4. 5PLC与计算机监控系统通讯设计(1)煤矿安全监控系统采用现场总线技术的
38、优越性基于现场总线的煤矿安全监控系统具有如下优点：实现系统的开放性。全开放的自动化系统是现场总线发展的必然趋势也是煤矿安全监控系统的一个发展方向。实现真正的分散控制。该系统可实现现场控制的功能，增强了现场信息处理的能力。(2)CC-Link现场总线系统CC-Link在年成为(国际半导体与材料)国际标准，在世界范围内得到广泛的使用。CC-Link的特点：高速处理。能够高速处理控制与信息数据,在的传输速率下,最大可以达到的传输距离并且能够连接个站点,链接扫描时间仅为l5s。连接简单。系统可以通过简单的总线,将各种工业控制设备连接成统一的设备网络层。开放性好。现场总线为开放式系统，用户可以按照协会提
39、供的“存储器映像规则”对每一种产品类型定义数据,并且开发现场总线兼容产品。传输介质与传输距离可以改变。通过使用中继器、光中继器、型分支中继器,可以扩大传输距离,支持大规模系统。4.6本章小结基于矿井主通风系统在保障煤矿安全生产中的重要作用，本系统从监测、控制、保护等方面都进行了综合分析,设计了矿井主通风监控与报警硬件系统。5系统调试本章根据煤矿井用主通风机系统的实际情况以及实验室已有的测试条件,对矿井主通风机监控与报警系统进行了综合调试，系统调试可以预先排除系统运行中的不合理因素,减少系统运行中的出错率,它是保证系统得以正常运行的重要环节。5.1上位机配置选用工业控制计算机（简称工控机）作为上
40、位机，用于系统数据的存储与处理。工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行（如本系统即安装于煤矿主通风机的风机房内），对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐：虫、防辐射等特殊设计。考虑到本系统中上位机需要对电流、振动这样的大数据进行存储、分析和处理，本文选用了凌华科技公司所研发的RK610系列工控机。图5-1RK610系列工控机实物图该系列工控机具有以下技术特点：（1）采用全钢化、符合标准的工业机箱，能够对现场的各种干扰信号起到一定的屏蔽作用；（2）采用总线结构和模块化设计方案，处理器和各功能模块都采用直插式结构,且具有模板，可以根据需求进行扩展；（3）机箱内设有双风
41、扇，具有较好的散热和防尘作用，正压对流排风，能适应煤矿恶劣的环境；（4）配有可靠性极高的工业电源，并且具有过压、过流保护功能；（5）设有“看门狗”定时器，当工控机发生故障而死机时，无需人为干预即可自动复位;5.2矿井主通风系统运行前调试(1)电压检测将外部电源接入系统电气控制柜,在不向电动机供电的情况下，用万用表分别检测系统主电路(断路器、交流接触器主回路、电动机等)和控制电路(、中间继电器、交流接触器控制回路)的供电电压是否正常，保证系统供电的可靠性。图5-2报警信息画面(3)状态指示检测检查系统电气控制柜面板上的状态指示灯显示,要求正确指示系统当前状态。在手动和自动选择开关、主用和备用选择
42、开关之间切换系统状态,观察系统状态切换是否正常。过载保护用升流器给交流接触器施加过流信号来模拟电动机过载故障，系统热继电器常开触电闭合,交流接触器断开,执行过载保护。5.3局部通风系统运行调试(1)风机自动切换调试用升流器向正在运行的风机接触器输入电机过流信号则该风机停止运行，并发出声光报警信号；系统自动切换到另一台风机运行。(2)风机自动切换调试用升流器向正在运行的风机接触器输入电机过流信号，则该风机停止运行，并发出声光信号报警信号;系统自动切换到另一台风机运行。5.4本章小结对矿井局部通风监控与报警系统进行了远程工况信息监测以及起动、停止、工作方式选择和硬件电路故障诊断的远程控制调试。该调
43、试手段真实可靠,有效地模拟了掘进工作面局部通风系统远程控制的工作过程。报警和事件报警是指当系统中的监测值超过了所规定的上下限阀值时,系统自动产生相应警告信息,并提醒操作人员，当报警和事件发生时，系统把这些信息存于内存中的缓冲区中，当缓冲区达到指定数目或记录定时时间至卯寸，系统自动将报警和事件信息进行记录。报警的记录可以是文本文件或开放式数据库。另外,用户可以从人机界面提供的报警窗中查看报警和事件信息。6结论本文以矿井局部通风监控和报警系统为研究对象，在对现有矿井局部通风系统故障及报警控制现状分析基础上，对基于的矿井局部通风监控和报警系统总体方案和关键技术进行了深入研究,并对系统软硬件进行了设计
44、和实现。本论文的研究可以得到以下成果和结论：(1)通过对传统矿井局部通风系统的组成、常见故障以及监控和报警现状的分析,发现了矿井局部通风系统安全管理上存在的主要问题，确定了进行矿井局部通风监控与报警系统研究的重要性和合理性。(2)针对传统主通风机系统存在的问题，对矿井主通风机监控与报警系统实现的关键技术和途径进行了分析和研究。设计和建立了矿井局部通风监控与报警系统的总体架构、功能模型、工作原理和操作方式。基于的矿井主通风机监控与报警系统还需要进一步的研究与完善：系统防爆改进在进行系统设计过程中，虽然考虑到系统防爆性问题，但是由于试验经费和试验条件限制,采用普通设备进行系统的开发调试。如果要应用
45、到煤矿井下生产环境,还需要对系统进一步进行防爆设计改进。本课题是针对主通风机系统在单位时间内仅发生一种故障为前提展开的研究，但局部通风系统在实际运行过程中可能出现并发性故障，这就增加了系统报警的难度。关于这方面的问题，本研究尚未涉及，需要后续工作中开展并发性故障报警的课题研究。故障排除方法的现场显示目前监控系统在主通风机运行出现报警后，仅在电气控制柜的故障指示灯上显示系统的故障代码,无法提示相应的故障排除方法。在后续研究中，有必要加入现场人机交互界面，在提示报息的同时，显示相应故障的排除方法。方便现场操作人员迅速排除故障，提高技术人员故障判断的准确性,节省故障排除时间。参考文献1张华明中国能源
46、价格与总产出、货币政策关系研究山西财经大学学士学位论文.2012.2煤炭工业发展“十一五”规划.3张志业，柳晓莉年煤矿死亡事故统计分析J.煤.2012,4,40-414周心权，吴兵，徐景德煤矿井下瓦斯爆炸的基本特性J.中国煤炭.2002,9：8-11.5韩敬和，岳成生论如何预防和减少煤矿瓦斯爆炸事故J煤炭技术.2008,8：160-161.6黄昭毅.国内外设备诊断技术现状J.现代制造工程.1988,9:39-41.7沈标正电机故障诊断技术M北京：机械工业出版社，8张驰，谭继文，战卫侠等.基于的数控机床伺服电动机故障诊断研究j.煤矿机械.2010,31(6)：254-256.9刘静.同步齿轮箱初始故障在线监测与诊断专家系统的研究D.武汉科技大学学士学位论文.2009.10国家煤矿安全检察局.煤矿安全规程.煤炭工业出版社,200111范辰东.JDQBTJ型局扇双电源自动切换闭锁装置的研究.煤矿安全，1994,(7):10-1312宋风华，孙建锋，符如康.英国3.3KV电气开关装置在国内的应用.中州煤炭,2000.108:(6):1613王志宏.煤矿井下用电与安全M.北京：中国矿业大学出版社，1989,514陆国荣.采矿手册第六卷S,1991.15王廷才,王本轶.风机设备的变频技术及应用.风机技术,2004.(4):41-4816陈维健等.矿山大型机电设备测
