在很多工业领域,都有着风机的身影，尤其在矿井安全生产方面,通风显得尤为重要。因此关于风机变频控制系统的研究和设计,不仅满足工业领域的迫切需求，提高了通风环节的机械化、自动化水平，还与当下节能减排的科学发展观念不谋而合，既降低子能耗，又提高了通风的可靠性。本文以对旋轴流风机作为被控对象，运用自动控制技术、变频调速技术在模拟矿井通风的应用场景下对轴流风机变频控制系统进行研究和设计。首先，围绕任务中的要求并结合实际控制系统的需求，提出合理的控制方案。随后,依据控制方案,研究并绘制变频控制系统的硬件电路,选择控制系统所需的控制器、变频器、传感器等并对它们进行配置。之后，分析瓦斯浓度和风压控制的算法，完成控制系统PLC程序的编写接着。该控制系统能检测并跟随管网压力和环境瓦斯浓度的变化，自动调整风机的转速，从而提供掘进巷道中安全生产所需的风压风量。
目录
一、 绪论 1
（一）本文研究背景及研究意义 1
（二） 国内外研究现状 1
（三） 变频通风机在通风应用中的概述 1
（四）本文研究的主要内容 3
1.控制系统的方案设计 3
2.变频控制系统的硬件电路设计 3
3.软件部分的设计 3
二、 控制系统的原理与方案设计 4
（一）控制系统的功能要求 4
（二） 控制系统控制器的选择 4
（三） PLC的选型 6
1.可靠性 6
2.操作简便 6
3.灵活性 6
（四）本章小结 8
三、 变频控制系统电路设计与硬件配置 10
（一）控制系统电路设计 10
（二）主电路设计 10
（三）控制电路设计 11
（四）PLC I/O设计 11
（五）控制系统硬件配置 12
1.PLC与EM235的配置 12
2.变频器的配置 12
3.传感器的选型、配置与安装 13
（六）本章小结 15
四、变频控制系统程序设计 15
（一）PLC编程 15
1.PLC编程语言概述 15
 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ￥351916072$ 
/> 2.STEP 7Micro编程软件介绍 15
（二）控制系统程序设计 16
1.PLC程序设计思路 16
2.子程序0和子程序1的流程 17
3.子程序2和子程序3的流程 18
4.子程序4的流程 19
5.中断程序0的流程 19
6.PLC程序编写 22
（三）程序仿真调试 27
（四）本章小结 32
总结 33
致谢 34
参考文献 35
一、 绪论
（一）本文研究背景及研究意义
今年我们将迎来改革开放四十周年，在这四十年中，矿产资源对国民经济的飞跃发展做出了重要贡献。在一次能源的开发利用中，煤炭占比一度超过50%，虽然我们正在大力开发风能、水能、核能、可燃冰等清洁能源，但受限于各种因素，短期内矿产资源仍然无法被取代，矿井的开采规模依旧很大，由此产生的矿井生产事故也是屡见不鲜，矿井开采的安全问题也早已成为社会关注的焦点。据不完全统计，多数矿井生产事故的发生往往是通风不达标、不及时等隐患爆发的后果。而工业风机是矿井通风环节中的主要核心设备，它的作用是向井下输送地表上的新鲜空气，稀释开采作业中释放出的有害化学气体，降低其浓度，并及时地将有害气体通过气流快速排出到井外，一同排出井外的还有因开采作业被扬起散播在空气中的粉尘，如此一来保证了井下作业的安全，井下温度能够得到有效降低，改善了作业环境，提高了开采作业的安全性。目前，国内许多矿井所用风机的运行仍由人工来操作，这种传统方法自动化程度极低，整个风机系统无法监测井下管网阻力和井下瓦斯浓度，这代表风机不能依据上述两个参数的波动而做出相应调整，只会以工频模式固定运行，这是一种典型的开环控制系统。其只能通过调节挡风板或者通风管道的口径来控制风量，因此相当一部分电能遭到了浪费，这违背了节能减排的原则。本论文的研究任务是运用在校期间所学习的自动控制原理、变频调速技术原理、传感器技术以及人机界面开发等相关知识，在模拟矿井通风的应用场景下，对工业风机变频控制系统进行学习研究和设计。
（二） 国内外研究现状
本人查阅了大量关于通风机变频调速控制系统设计相关的研究文献，无论是在通风机还是在变频器的研究上，国外研究都比国内起步早，研究内容也比国内丰富全面。但是随着近年来国产技术不断进步，我国在已有高效节能风机的基础上，进一步研制出了高效率、低噪声、防腐蚀、自动化的矿井风机系统，以安达变频器为主的很多国产变频器也已经抢占了国际和国内高端市场。
（三） 变频通风机在通风应用中的概述
工业风机按其结构与工作原理可分为轴流风机和离心风机两大类。生活中常见的电风扇、空调室外机风扇都属于轴流风机。之所以称为“轴流”，是因为气体平行于转轴流动。在轴流风机中有一种性能较好的产品：对旋式轴流通风机，如所示，它的内部结构类似共轴反浆直升机的螺旋桨，安装了两台相同型号的交流异步电动机，电动机各自带动一片叶轮，这两片叶轮的转轴处于同一水平线上，并且旋转方向彼此相反，从风机进风处观察，距离进风处较近的一级叶轮通常沿顺时针方向旋转，距离出风口较近的二级叶轮则沿逆时针方向旋转，二级叶轮还兼具普通轴流风机中静叶的功能。对旋轴流风机运行时，一级叶轮将空气从进风口吸入，再由二级叶轮排出风机，经过这一过程，气流的速度与能量得到了大大提升，这是普通轴流风机无法做到的。正因为有着体积小、效率高、力量大这样的优点，对旋轴流风机得以在矿井等通风应用场景中广泛应用。
/
图 11 对旋轴流风机
变频调速技术的本质是依据交流电动机的工作原理，通过改变交流电动机的电源频率来实现调节转速的一种科学方法。自从上世纪八十年代投入到实际工业生产中以来，变频调速技术已广泛地应用于各行各业，无数的成功案例验证了变频调速技术高效节能的优势。
变频器是变频调速技术的核心元器件，得益于电力电子技术和半导体技术的高速发展，变频器的功能日益强大，几乎覆盖了所有工业领域，其功能和安全可靠性能已十分完善，不仅是通风场景，电梯、交通、物流甚至冰箱空调洗衣机等家电都已开始使用，说变频器走进了千家万户一点也不为过。
国内权威报告书指出，国内消耗电能最多的电动机类别中，接近五成都是风机、泵类负载，可见对风机控制的改善升级已刻不容缓。目前大多数风机所采用的传统控制方法，会使大量的电能在节流环节中被浪费。由此推算出传统控制的效率往往只有40%~60%，甚至更低。将变频器运用在通风应用中能够显著改善这样的高能耗低效率现状。变频器在通风应用场景中有着如下优点：

原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/mjsk/608296.html