煤矿井主扇风机监督控制系统的设计与实现

摘要

主扇风机系统的主要作用是向井下输送新鲜空气、排出各种有害有毒气体和粉尘，保障矿井生产和井下工作人员的安全，因此需要掌握主扇风机实时运行状态并对主扇风机进行有效控制以及对可能发生的故障进行安全预警。本文针对传统主扇风机系统中存在的问题，根据现场需要，设计主扇风机监督控制系统实现对主扇风机的性能和状态以及现场相关设备进行实时监测，并通过通信系统达到远程控制。
　　本文的主扇风机监督控制系统具有三层结构，分别是上位机监控层、网络通信层和现场层。上位机监控层由两台工控机（一台使用，另一台备用）和通过Microsoft VisualBasic6.0编辑的界面管理程序组成，具有声光报警信号、处理数据、操作记录等功能，实现冗余热备份监督控制。现场层主要是低压电器和变频器控制柜，以及PLC控制柜，选择Siemens公司的S7-1200PLC，通过Totally Integrated Automation Portal V11实现PLC组态、编程，实现对主扇风机系统监测数据的采集处理、风门电机和风机电机等的控制;针对主扇风机风量调节的要求，分析主扇风机系统的非线性和时变性，提出模糊PID控制策略，并实现。网络通信层，借鉴工业中常用的Modbus协议，设计通信协议，并通过RS485通信接口设备和光纤通信设备将上位机监控层和现场层的设备进行连接通信，实现上位机监控层对现场层的监督控制。
　　到目前，本系统在实际现场已经可靠运行半年多。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题来源及系统功能需求

1．4 本章小结

第2章 主扇风机监督控制系统的技术性分析及设计方案

2．1 矿井主扇风机系统的技术性分析

2．1．1 矿井通风系统的概述

2．1．2 主扇风机系统的构成

2．1．3 主扇风机的风机选择

2．2 基于PLC的监督控制系统概述

2．2．1 功能和应用目标

2．2．2 体系结构

2．2．3 现场设备

2．2．4 系统特点

2．3 可编程控制器的结构工作原理及其特点

2．3．1 可编程控制器的结构

2．3．2 可编程控制器的工作原理

2．3．3 可编程控制器的特点

2．4 变频器应用技术

2．4．1 变频器的应用特点

2．4．2 变频器调速的基本原理

2．4．3 变频器的基本结构

2．4．4 变频器的节能原理

2．4．5 变频器的选择

2．5 传感器与检测技术概述

2．5．1 传感器的组成与分类

2．5．2 检测技术基本结构和类型

2．6 煤矿井主扇风机中主要监测的性能运行参数

2．6．1 温度的监测

2．6．2 风机负压的监测

2．6．3 风机风速和风量的监测

2．6．4 风机振动的监测

2．7 监督控制系统总体方案设计

2．7．1 上位机监督控制层

2．7．2 网络通信层

2．7．3 现场层

2．8 本章小结

第3章 主扇风机风量控制策略的设计

3．1 控制策略选取问题的讨论

3．1．1 主扇风机结构简述

3．1．2 主扇风机风量控制的数学模型问题的讨论

3．1．3 传统PID控制算法

3，1．4 传统PID控制算法的优缺点

3．2 模糊控制策略

3．2．1 模糊控制简介

3．2．2 模糊控制的基本结构

3．2．3 模糊控制器的结构设计方法简介

3．3 模糊控制策略的设计

3．3．1 模糊控制的基本形式比较

3．3．2 模糊PID控制的系统设计与仿真

3．3．3 模糊PID控制与传统PID控制策略的性能比较

3．4 本章小结

第4章 监督控制系统硬件的设计与实现

4．1 监督控制系统硬件总体设计

4．2 现场层

4．2．1 监控对象

4．2．2 现场信号采集

4．2．3 PLC控制柜

4．3 网络通信层

4．4 上位机监控层

4．5 本章小结

第5章 监督控制系统软件的设计与实现

5．1 网络通信

5．1．1 网络通信协议的主要思想

5．1．2 网络通信协议的约定

5．2 现场层的软件设计

5．2．1 主扇风机风门控制

5．2．2 主扇风机风机电机控制

5．2．3 现场层软件实现

5．3 上位机监控层的软件设计

5．3．1 上位机监控层软件组成

5．3．2 上位机监控层软件实现

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢