1、论文题名一般不宜超过 25 个汉字。题名应避免使用不常见的缩略词、首字母缩写,避免使用英文字符、代号、公式和上下标等,对于题名和副题名的具体要求请看文中说明。论文题名在整本论文中不同地方或填写学位申请有关表格中出现时,应完全相同。不用此信息时,删除此框。请尽量调整字号大小,使 1 行能够显示题名和副题名,毕 业 设 计 说 明 书设计题目:矿区井道加热机组变频调速控制系统设计毕业设计(论文)任务及指导书题 目 矿区井道加热机组变频调速控制系统设计题 目 来 源 实际工程项目 科研课题 教学模拟题目 其它题 目 类 型 工程设计型 科学研究型 调研综述型 其它类型0一、毕业设计(论文)任务(包括
2、对工程图纸的具体要求)及设计参数1.设计出风机的电气控制线图,选择相应的电器。风机应既可变频运行又可工频运行,通过转换开关进行切换。2.风机的自动切换由 PLC 完成。选择 PLC,编写相应的程序。3.电气设备均应有过载保护、短路保护、缺相保护。并给出报警信号。选择变频器并设置参数。4.应能显示井口温度、换热器进口、出口温度。选择出合适的传感器和仪表。5.画出电路图,编写设计说明书。二、专题部分要求某煤矿为了保证井下温度,在矿井井口用四台风机输送热风,四台风机为 3 用一备。每台风机功率为 15KW,要求其中一台变频器同时驱动 2 台风机,另一台 变频器驱动一台风机,变频器功率 1大 1 小,
3、四台风机由 2 台变频器驱动,当其中某台风机故障时,备用风机可切换过去。在井下距离井口的 10 到 20 米处,装备 1 个温度传感器,用于测量井口温度。使该处的温度控制在 5 到 10 度之间。热风是由换热器加热的,当换热器进口温度低于 20 度时,应停止风机运行,并报警,只有当换热器进口温度高于 30 度时,风机才可以启动。当气温较高时由小功率变频器驱动运行。当气温较低时,由大功率变频器驱动运行。当大功率变频器频率达到 50HZ 仍然不能满足要求时,启动小功率变频器;当大功率变频器降低到 15HZ 时,停止小功率变频器。三、本题目的重点和难点以及与同组其他学生所做题目的关系重点:电气控制系
4、统、仪表与控制、变频调调速器的应用设计难点:变频器的参数设置四、可行方案的筛选方法提要总结各种控制方法,进行比较,找出自己认为的最佳方法。五、设计进程安排1.第一周:了解工艺过程及对电气控制系统的要求。2.第二周:熟悉电动机的各种起动方法及电气控制线路。3.第三、四周:完成设计要求的第 1、2 条。4.第五、六、七周:完成设计要求的第 3 条。5.第七、八周:完成设计要求的第 4 条。6.第十、十一、十二、十三、十四周:完成设计要求的第 5 条。六、与本设计题目相关的理论知识(包括新知识)提要电气控制、电机及拖动、交流调速、变频器应用、检测与仪表、自动控制原理、计算机控制技术七、建议参考资料及
5、使用方法1郑忠主编, 新编工厂电气设备手册上、下册,兵器工业出版社,1994 年。2.天津电气传动设计研究所编著, 电气传动自动化技术手册第 2 版,机械工业出版社,2006 年。3. 宫淑贞等编著, 可编程控制器原理及应用 ,人民邮电出版社,2002 年。4 SIMATIC S7-200 可编程序控制器系统手册 ,SIEMEMS,2002 年。5.变频器行业应用实践 ,李方圆编著,中国电力出版社,2006 年 5 月,北京。6.变频器应用手册第 2 版,吴忠智、吴加林编著,机械工业出版社,2003 年。7.韩安荣主编, 通用变频器及其应用第 2 版,机械工业出版社,2003 年。八、答辩之前
6、学生应作的准备工作提要1.仔细检查图纸,完善电路图。2.仔细检查说明书,找问题。查错误。 3.对所做设计认真回顾,理清思路,理解原由。4.对图纸及说明书所涉及内容都要知道为什么这样做,这样做的优缺点。I矿区井道加热机组变频调速控制系统设计摘 要中国的大部分煤矿资源分布特点为东多西少、北富南贫,内蒙古、山西等北方寒冷地区的煤矿资源尤其丰富。随着中国煤矿工业的发展,安全生产已经成为其中重要的组成部分。而内蒙古、山西等北方寒冷地区冬天气温极低井口极易结冰或者低温导致安全隐患,为确保煤矿的安全生产,矿井防冻成为煤矿安全生产的重要要保障。本设计针对某煤矿保证矿井井口温度控制在 5 到 10 度之间,设计
7、出一种基于 PLC 控制的矿区井道加热机组变频调速控制系统。该设计系统采用西门子 S7200 PLC 来设计矿井加热机组变频调速,以矿井井道内空气温度、矿井 10M 到 20M 处的井口温度换热器进口温度为主要参数,利用先进可靠的温度传感器进行监测,经过智能仪表显示并输入 PLC,PLC 将检测到的数值信号与设定参数进行比较来调节热风机组电机的启/停与转速从而实现最优控制,实现了实时监测及远程通讯,达到了安全监控与节能目的,保证了矿井下温度维持在需要温度从而使矿井能经济、可靠、安全地运行。关键词:西门 S7-200PLC 、热风机、变频器、传感器IIMine shaft heating uni
8、t variable frequency speed control system designAbstractMost of Chinas coal resources distribution characteristics for the East West, rich North South lean, coal resources in Inner Mongolia, Shanxi and other northern cold regions especially rich. With the development of Chinese coal industry, produc
9、tion safety has become one of the most important parts. Inner Mongolia Shanxi north cold area in winter the temperature is very low wellhead easily ice or cold causes safety hazards, to ensure the safety production in coal mine, mine has become important to guarantee the coal mine safety production.
10、 The design for a mine to ensure control in the mine temperature 5 to 10 degrees, design a kind of mine shaft heating unit variable frequency speed control system based on PLC control. The design of the system to design the variable speed pumps mine heating is adopted Siemens S7 - 200 PLC, with the
11、wellhead temperature of air temperature, the 10M to 20M mine shaft inside the heat exchanger inlet temperature as the main parameter, the monitoring is conducted by use of temperature sensor is advanced and reliable, through the input PLC and intelligent instrument display, PLC numerical signal the
12、detected and setting parameters are compared to start / stop and speed so as to achieve the optimal control of the air heater motor, realized the real-time monitoring and remote communication, achieves the goal of safety monitoring and energy saving, the mine temperature maintained at the required t
13、emperature so that the mine can economic, reliable, safe operation. Key words :Simon S7-200PLC, hot air machine, inverter, sensors目录III摘 要 .IAbstract .II第 一 章 、 前 言 .1第 二 章 、 系 统 结 构 和 控 制 方 案 .22.1 系 统 的 设 计 功 能 .22.2 系 统 组 成 及 方 案 .32.3 电 气 器 件 的 选 择 .4第 三 章 、 热 风 机 组 部 分 .73.1.1 风 机 分 类 .73.1.2 通
14、 风 机 分 类 .83.2 本 设 计 热 风 机 选 型 .8第 四 章 、 系 统 硬 件 构 成 及 各 部 分 功 能 .104.1 PLC 可 编 程 控 制 器 部 分 .104.1.1 PLC .104.1.2 PLC 的 一 般 构 成 和 基 本 工 作 原 理 .124.1.3 S7-200 系 列 PLC 概 述 .154.1.4 CPU 模 块 的 外 部 连 接 .194.2 温 度 传 感 器 部 分 .214.2.1 常 州 汇 邦 温 控 仪 智 能 温 度 控 制 器 仪 表 .214.2.2 汇 邦 表 功 能 、 尺 寸 分 类 表 .214.2.3 C
15、HB 系 列 智 能 温 度 调 节 仪 接 线 图 .224.2.4 汇 邦 表 使 用 参 数 及 选 型 表 格 .224.2.5 本 设 计 选 型 .244.3 变 频 器 部 分 .254.3.1 变 频 器 的 基 本 构 成 .254.3.2 SVF-EV 系 列 高 性 能 矢 量 通 用 变 频 器 .264.3.3 变 频 器 选 型 .304.3.4 变 频 器 参 数 设 定 .31IV4.3.5 变 频 器 与 PLC 外 部 连 接 .464.4 电 路 图 .474.4.1 主 电 路 图 .474.4.2 电 气 控 制 回 路 .494.4.3 S7-200
16、 接 线 图 .514.4.4 温 度 监 测 电 路 图 .52第 五 章 、 软 件 设 计 .565.1 温 度 控 制 部 分 .565.1.1 温 度 控 制 工 频 实 现 .575.1.2 温 度 控 制 变 频 实 现 .575.2 温 度 控 制 程 序 实 现 部 分 .58第 六 章 、 控 制 过 程 简 析 .61第 七 章 、 结 束 语 .63参 考 文 献 .641第 一 章 、 前 言当冬季地表室外气温低于 0 时,井下巷道壁淋水在低温冷空气作用下容易冷凝结冰结块,尤其是晚上气温进一步降低,且行车行人减少,冷空气流动缓慢,巷道淋水或低速流动更容易凝固结冰 井道
17、防冻是矿井冬季安全生产的一个重要保证,在我国华北东北等严寒地区都存在井道结冰现象当采暖室外计算温度等于或低于-4 地区的进风立井,等于或低于- 4 地区的进风斜井和-6 地区的进风平峒,当有淋帮水排水管和排水沟时,应设置加热设备进行井道防冻的设计进风巷冬季的空气温度高于 2 ,低于 2 时,应有暖风设施不应采用明火对进入井空气直接加热 在严寒地区,主要井口( 所有提升井和作为安全出口的风井) 应有保温措施,防止井口及井筒结。对此 ,本设计提出了矿井加热机组变频调速控制系统 ,基于 S7-200 ,通过对矿井井口温度、矿井空气温度、加热机进口温度检测控制风机的启/停和变频调速来实现井口温度保持在
18、符合要求的温度范围内,从而让矿井得以安全作业。矿井安全工程必将以自动化和智能化成为发展趋势。2第 二 章 、 系 统 结 构 和 控 制 方 案2.1 系 统 的 设 计 功 能本矿区井道加热机组变频调速控制系统通过变频器驱动风机使风机启动、暂停、互锁和变频调速等功能来实现维系矿井温度。与常规继电器实施的矿井恒温系统相比,PLC控制的系统具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点,PLC的控制功能使矿井防冻、通风系统的自动化程度大大提高,减轻了岗位人员的劳动强度,使矿井安全运行更加有保障。PLC和变频器与温度传感器配合使用,使矿区井道加热机组变频调速控制系统控制的安全性、可靠性大大提
19、高,也使矿井热风机组运行的故障率大大降低,节约了电能,设备寿命得以更长节约了设备折损经费,而且还提高了设备的运转率。为满足矿区井道加热机组变频调速控制系统人性化控制的要求,系统的具体设计要求如下:某煤矿为了保证井下温度,在矿井井口用四台风机输送热风,四台风机为3 用一备。每台风机功率为 15KW,要求其中一台变频器同时驱动 2 台风机,另一台 变频器驱动一台风机,变频器功率 1 大 1 小,四台风机由 2 台变频器驱动,当其中某台风机故障时,备用风机可切换过去。在井下距离井口的 10 到 20 米处,装备 1 个温度传感器,用于测量井口温度。使该处的温度控制在 5 到 10 度之间。热风是由换
20、热器加热的,当换热器进口温度低于 20 度时,应停止风机运行,并报警,只有当换热器进口温度高于 30 度时,风机才可以启动。当气温较高时由小功率变频器驱动运行。当气温较低时,由大功率变频器驱动运行。当大功率变频器频率达到 50HZ 仍然不能满足要求时,启动小功率变频器;当大功率变频器降低到 15HZ 时,停止小功率变频器。要符合以上要求则主要要点如下:(1)本设计控制系统采用手动自动两种工作模式,具有状态显示以及故障报警等功能。当变频器或者PLC有故障时采用手动运行,设备正常时根据温度传感器检测到的温度数字以及设置的变频器参数对热风机转速进行调速控制。(2)4台风机工作模式为三用一备,大变频器
21、同时控制两台风机,小变频器控制一台风机,其中一台风机故障时备用风机自动切换过去以保证矿井温度维系在需要温度。(3)在自动方式下,当换热器温度低于设定温度20度下限时,风机立即停止运行,同时并发出指示和报警信号。只有当换热器进口温度高于30度时风机才可以启动。3(4)当气温较高时,由小功率变频器驱动风机运行。当气温较低时,由大功率变频器驱动两台风机运行。(5)当大功率变频器频率达到50HZ时仍然不能满足要求时,则同时启动小功率变频器;当大功率变频器频率降到15HZ时,则停止小功率变频器。(6)手动方式下,通过选择控制风机运行台数启、停来保证矿井井道温度维系在安全温度。2.2 系 统 组 成 及
22、方 案矿区井道加热机组变频调速控制系统主要由加热机组,可编程控制器(S7-200 PLC)、温度传感器,变频器、 ,接触器、中间继电器、热继电器、 、断路器等系统保护电器等组成。热源由换热器提供,加热机组由 4 台风机组成,每台通风机有 1 台电机,每台电机驱动 1 组扇片,对矿井井道进行供风。根据矿井井口温度的要求不同,采用不同型号的风机。本设计以风机组 415kW 为例,选用 1 台西门子 S7200 可编程控制器(PLC),温度智能仪表、温度探头、2 台深川变频器等组成一个完整控制系统 。温度传感器、温度探头、温度智能仪表、中间继电器、热继电器实现对电机和 PLC 的有效保护,以及对电机的切换控制。控制流程图如下图所示:控制流程图2.3 电 气 器 件 选 择