煤矿井下主通风控制系统的设计

摘要

煤炭行业作为我国的支柱行业，其安全问题日益凸显，如何使煤矿安全生产成为了制约煤矿生产的关键问题。煤矿井下通风系统作为煤矿生产的四大重要系统之一，担负着保障矿井下良好的气候条件的关键任务，即解决井下空气流通问题。一旦井下通风不畅，瓦斯浓度上升到一定程度，即会造成爆炸塌井，危及矿工的生命安全，因此研究井下通风控制系统就显得尤为重要。
　　本课题以攀枝花花山矿改造为背景，原系统采用风门的开度来控制风量和风压，风机长期处于全功率运行，不仅可靠性低，而且造成能源极大的浪费。因此，本文采用变频器调速的方法控制风机转速以达到改变风量的目的，实现了井下风量的自动调节，大大降低了系统的能耗，增加了风量控制的精确度。
　　论文首先系统地概述了井下通风控制系统的国内外研究现状，确定了本文的研究目的、意义及主要研究内容。其次，根据通风控制系统的总体架构与控制需求，给出了系统的总体设计方案及控制方式。
　　从能耗的角度分析了传统的调节风门开度方式的不足，并给出了基于变频调速的风量节能控制设计方案。由于传统的变频控制存在数据拟合难度大，精确度低的问题，本文给出一种基于分段PID控制策略的风量调节方法，通过对风量的直接检测，根据当前风量大小和风量变化率，实时调整不同工况下的控制强度，实现风量的快速、精确调节。
　　根据系统的总体架构和控制策略，给出了系统主要部件（PLC、传感器、变频器）的硬件设计及软件设计，实现了基于分段PID变频控制的风量自动调节。此外，系统实现了信号采集与实时监控，包括风机的运行状态、故障状态、负压、流量、轴承振动、轴承温度、定子温度、电压、电流、功率、效率等。并通过工业以太网将系统运行数据传送至地面监控中心，结合上位机组态监控软件实现通风系统的远程监控。经现场实际验证，运行状况良好。

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中文摘要

英文摘要

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1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文工作

2 煤矿主通风节能监控系统分析

2.1 煤矿通风系统

2.2 系统需求分析

2.3 系统方案设计

2.4 本章小结

3 主通风机变频调速风量控制方法研究

3.1 传统风量控制方法

3.2 基于变频调速的节能控制方案设计

3.3 基于分段PID的风量调节方法

3.4 本章小结

4 系统设计

4.1 主要装置及部件选型

4.2 PLC控制系统硬件设计

4.3 PLC控制系统软件设计

4.4 本章小结

5 系统调试运行

5.1 组态

5.2 通信设置

5.3 现场运行结果

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 结论

致谢

参考文献