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基于PLC的矿井局部通风监控与报警系统研究

作　者: 时磊
导　师: 薛河；龚晓燕
学　校: 西安科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 局部通风故障检测故障报警 PLC控制远程监控
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

长期以来,我国矿井局部通风系统的控制设备陈旧、技术落后、性能不可靠、功能不健全、设备布置分散、维护困难,无法满足掘进工作面连续通风和瓦斯安全排放的要求,这种局面大大制约着我国煤矿井下安全生产技术的发展。因此,研究矿井局部通风监控与报警系统具有重要的现实意义。本论文以矿井局部通风系统实际运行情况为研究背景,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PLC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:1.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。2.建立了基于PLC技术的矿井局部通风控制与报警系统的总体结构、功能模型;分析和研究了系统的工作原理和控制方式。3.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PID变频调速及算法、电动机继电保护、双机自动切换、瓦斯电闭锁等控制和报警功能设计和实现;系统控制和报警操作柜设计搭建;远程实时监控通讯功能的设计。4.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;以组态王工控软件为开发平台,设计和开发了矿井局部通风监控与报警软件系统,实现了井上实时远程监控和报警功能。5.通过对矿井局部通风现场运行状况的模拟,对局部通风监控与报警系统进行调试,进一步改进了系统的设计方案及控制策略,并优化了软硬件系统。研究结果表明该系统的设计思路合理和可行,经过进一步完善和成果产业化转化可以用于煤矿现场,以提高矿井局部通风安全管理的自动化和智能化程度。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1 绪论  11-16
  1.1 引言  11-12
  1.2 课题关键技术国内外研究现状  12-13
  1.3 PLC 在煤炭行业的应用现状  13
  1.4 课题来源及拟解决的关键问题  13-14
    1.4.1 课题来源  13
    1.4.2 拟解决的关键问题  13-14
  1.5 课题研究内容与技术路线  14-16
    1.5.1 课题研究内容  14-15
    1.5.2 技术路线  15-16
2 传统矿井局部通风系统  16-23
  2.1 传统矿井局部通风系统  16-20
    2.1.1 传统矿井局部通风系统供电现状  16-18
    2.1.2 传统矿井局部通风系统的主要设备  18-20
  2.2 传统矿井局部通风系统故障分析  20-22
    2.2.1 传统矿井局部通风系统故障特点及来源  20-21
    2.2.2 传统矿井局部通风系统常见故障  21-22
  2.3 传统矿井局部通风系统监控与报警方式  22
  2.4 本章小结  22-23
3 矿井局部通风监控与报警系统总体方案  23-28
  3.1 矿井局部通风监控与报警系统总体结构  23-25
  3.2 系统工作原理  25
  3.3 系统操作方式  25-26
  3.4 远程监控和报警软件系统  26-27
  3.5 本章小结  27-28
4 系统硬件设计  28-41
  4.1 设备选型  28-30
    4.1.1 PLC 选型  28
    4.1.2 变频器选型  28-30
    4.1.3 传感器选型  30
  4.2 数据采集位置和方式确定  30-32
  4.3 系统电路设计  32-34
    4.3.1 系统主电路和控制电路设计  32-33
    4.3.2 PLC 电路设计  33-34
  4.4 PLC 与变频器通讯设计  34-38
    4.4.1 RS-485 通讯标准  35
    4.4.2 串口通讯设计  35-38
  4.5 PLC 与计算机监控系统通讯设计  38-40
    4.5.1 煤矿安全监控系统采用现场总线技术的优越性  38-39
    4.5.2 CC-Link 现场总线系统  39-40
    4.5.3 CC-Link 与监控计算机的连接与配置  40
  4.6 本章小结  40-41
5 矿井局部通风系统风量与瓦斯浓度控制算法  41-48
  5.1 PID 控制算法  41-45
    5.1.1 经典PID 控制算法  41-43
    5.1.2 数字PID 控制算法  43-44
    5.1.3 PLC 的PID 模块分析  44-45
  5.2 矿井局部通风系统闭环控制  45-46
  5.3 PID 算法PLC 实现  46-47
    5.3.1 三菱FX 系列PLC 的PID 算法特点  46
    5.3.2 PID 控制算法  46-47
  5.4 本章小结  47-48
6 矿井局部通风监控软件系统开发  48-57
  6.1 组态王工控软件  48
  6.2 软件系统功能需求分析  48-50
    6.2.1 软件系统功能要求  48
    6.2.2 软件系统的功能模块  48-50
  6.3 系统显示模块开发  50-53
    6.3.1 界面设计  50-51
    6.3.2 趋势曲线  51-52
    6.3.3 实时报警  52-53
  6.4 数据库系统模块开发  53-56
    6.4.1 报表界面  53-54
    6.4.2 数据库查询功能  54-56
  6.5 本章小结  56-57
7 系统调试  57-62
  7.1 系统调试  57-58
  7.2 控制系统调试  58-59
    7.2.1 矿井局部通风系统运行前调试  58
    7.2.2 矿井局部通风系统运行调试  58-59
  7.3 远程监测调试  59-60
  7.4 远程控制调试  60
  7.5 本章小结  60-62
8 结论  62-64
  8.1 研究结论  62
  8.2 展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-66

基于PLC的矿井局部通风监控与报警系统研究

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