煤矿压风机变频节能系统.doc

1、安徽理工大学毕业设计 煤矿压风机变频节能系统摘要煤矿空气压缩机俗称压风机，矿山作业中多选用螺杆式空气压缩机。压风机的安全运行是矿井系统安全运行的重要保障，他的主要作用的是从地面收集新鲜空气输送到深达千米的井下，空气的流通路径是先经过大巷，到达工作面，再流经回风达到风井，最后再输送到地面。通过向井下运送新鲜空气，可以冲淡以及清除煤矿矿井下各类有害气体和矿尘，营造温度，湿度，风速等井下良好气候条件，提高矿井的抗灾能力，由此有利于保障煤矿工人的身体健康和矿业工作的正常生产。煤矿压风机主要是用来压缩气体，提高气体压力的装置，因此其在机械制造、采矿、石油化工、冶金以及国防工业中得到了应用。但是其本身也有

2、着很多的缺点、缺陷，在空压机生产和压缩空气的进程中能耗过大，而且空压机的加载、卸载的工作方式也出现着很多的弊端。许多研究资料表明：变频调速技术的发展能很好地克服压风机存在着这些缺陷，控制系统的稳定性和有效性可以得到有效的提高，通过对空压机进行变频节能性改造。本系统设计基本介绍了基于PLC的煤矿压风机变频节能系统设计、基本工作原理以及主要实现形式，为实现煤矿压风机变频节能系统的稳定性和有效性提供了可行的解决方案。关键词：空压机；PLC；变频改造；节能COAL MINE PRESSURE FAN VARIABLE FREQUENCY ENERGY SAVING SYSTERMABSTRACTThe

3、 mine pressure fan also called air compressor,screw type air compressor used in mining production. The safe operation of pressure fan is an important guarantee for the safe operation of the system, its main function is to the underground conveying the fresh air, the path is mainly through the lane,a

4、rrived at the working face, then return to the shaft, and finally transmitted to the ground. Through the delivery of fresh air to the mine, can dilute and eliminate coal mine under the various types of harmful gases and dust, to create temperature, humidity, wind speed and other underground good cli

5、matic conditions, increase the anti disaster ability of mine, thus to ensure normal production of coal mine workers health and mining work.Mine pressure wind machine is used to compress gas to improve mechanical gas pressure device, so its in mining, metallurgy, machinery manufacturing,petroleum che

6、mical industry and national defense industry has been applied. But it also exists many defects, in air compressor production and the process of compressed air energy consumption, at the same time, air compressor and un loading work, there are a lot of defects.Many research data shows that: the devel

7、opment of inverter technology can overcome the pressure fan of these defects, through the transformation of energy-saving inverter for air compressor, can improve the stability of the control system and the validity of the. The system design introduces PLC, variable frequency energy-saving system of

8、 coal mine air compressor basic working principle and the main form of realization based on, provides a feasible solution for the stability of the mine pressure energy-saving inverter system fan and effectiveness.KEYWORDS: Pressure Fan；PLC; Frequency conversion transformation；Energy saving25目录煤矿压风机变

9、频节能系统II摘要IIABSTRACTIII1绪 论11.1引言11.2课题背景及意义21.3空气压缩机及分类21.3.1螺杆式空压机基本结构31.3.2螺杆压缩机的工作原理31.3.3螺杆压缩机的特点42系统简介52.1控制系统概述52.2 变频器的控制及原理52.2.1 变频器的原理52.2.2 交-交变频器的工作原理52.2.3 交直交变频器原理62.3 PWM脉冲调制技术82.4 PLC变频节能控制系统组成83系统硬件介绍113.1主电路设计113.2 PLC选型133.3变频器选型143.4传感器的选取154软件设计164.1 PLC控制系统设计步骤164.2 PLC程序设计的步骤1

10、74.3 PLC程序设计175 结论22参考文献23附录A25致谢261绪 论1.1引言压缩空气是目前工业上比较实用的能源介质之一，其最大的天然优势就是空气永远取之不尽、用之不竭，通过压缩空气驱动风钻、风镐等风动机械来进行各种产业上的生产1。它跟普通的直接用电比较，它具有以下优势：无火花产生；可以超负荷；不存在触电的危险；最重要的是在温度高、湿度大、灰尘多的环境中，它仍然能很好的工作1。空气压缩机简称空压机，在煤矿使用中俗称压风机。常使用的螺旋杆式压风机，就是用压缩气体来提高气体的压力或输送气体的最常用机械装置。随着自动化生产技术及工业化的不断发展，压缩机的种类和结构类型也日益增多。目前，空压

11、机的应用越来越广泛，冶金工程、采矿工程、土木工程、机械制造、制冷与气体分离工程、石油化工以及国防工业中越来越常见，与此同时纺织、医疗、农业、食品、交通等诸多部门2，对压缩机的需求也在日益增加。空压机是很多煤矿企业中不可缺少的设备。但是，空压机的使用必须使用配套的电动机，然而配套的电动机容量需求设计裕量一般偏大，而且其又是长时间连续不断运行，期间停止工作的时间很短，因此势必造成系统能源的大量浪费，导致运行成本不断提高。因此，通过改造空压机的软、硬件系统进而达到节约能源的目的势在必行。螺杆式空压机的传统工作方式主要是通过控制进气阀的开关，就是当压力达到上限时，进气阀关闭，压缩机轻载运行；当压力达到

12、下限时，阀门打开，压缩机满载运行3。通过压缩机不断地加、卸载运行，使得压缩空气的压力在高低压之间。同时在这里说明一下，低压是为了能够保证正常工作的最低压力值，而高压是为了自行按要求设定的最高压力值3。通常情况下，高压介于低压的1.1到1.25倍之间，空压机这种加、卸载方工作式，存在控制方式简单，成本较低等优点，但会造成如下负面效果2： 压风机空载运行时浪费很多能量。压缩空气压力超过低压时，空压机还要使其压力持续上升到高压才会关阀，这一过程消耗很多能量；当达到高压时，进气阀关上，空压机再也不进行压缩气体做功，不过装置的主电机仍然处于运行状态，期间能耗掉空压机满载运行0.3到0.7的电能4，因此其

13、电能的浪费是不容忽视的。 空压机启动电流大（大约为额定电流的57倍），影响电网正常的稳定运行，以及其他用电设备的正常使用。 需要大量设备维护工作。因为压风机主电机工频繁起动对装置的打击很大，加重了对电机轴承的损坏4。 压阀在减压过程中能量的浪费。气动元件的额定气压在低压左右。同时当大于低压的气体在进入气动元件之前，还是需要通过减压到趋于低压值才可，因此同样会造成消耗4。 压机电动机的消耗。虽然空压机在设计过程中已经考虑了空压机满载的运行，空压机电动机容量已经按最大需求量进行了设置，但是在实际运行中，轻载运行时间还是最主要的，依然造成很大的能量浪费4。 由于采用的机械方式需要频繁地调动，因此使得

14、调节阀的损坏加快，其使用寿命缩短，所以其维护工作量相应增加，成本投入也不断增加4。综上所述，我们可以得知，传统的空气压缩机存在着很多的缺陷。因此，我们试图通过变频调速技术来克服上述的诸多缺点它能提高控制系统整体的稳定度和有效性。因此，越来越多的资料都显示：通过可编程序控制器PLC，从而对煤矿压风机进行变频改造，这对传统风压机的改造是成功有效的 3。该设计就是希望可编程控制器对煤矿空压机变频节能改造，可以对空压机的应用精度以及能耗问题得到一定程度上的改善。1.2课题背景及意义随着煤矿工业现代化的发展，煤矿企业对设备的要求越来越高,筹建安全性矿煤矿生产建设的核心是筹建安全性矿山。虽然矿山设备在不断

15、更新，但是其最基本的要求-易操作性、可靠性、易维护性、可监视性等是不会改变的7。长期实践证明，采用传统的继电器等设备组成的控制电路，维护难、不易监视、可靠性低，越来越不能满足生产的需求6。因此，人们对于易维护、可靠性高、可监视高、易操作地控制系统，价格便宜以替代继电器组成的电路的需求越来越紧急。由于软件工程、电子技术、控制工程及其电力方面相关技术的开发，可编程控制器PLC发展尤为快速，性价比高，PLC跟由继电器组成的简单的控制电路作对比，显然PLC具有极大的优点7，因此受到了越来越多的重视。许多煤矿中的设备现在已采用了PLC来替代其他控制设备。PLC的引入对空压机系统的最大贡献就是在于，节省了

16、人力，同时也很好的简化了空压机系统的操作，最重要的是提高了系统的安全性和稳定性8。PLC的煤矿压风机变频节能系统设计、基本工作原理以及主要实现形式，为实现煤矿压风机变频节能系统的稳定性和有效性提供了可行的解决方案。1.3空气压缩机及分类煤矿空气压缩机俗称压风机，矿业生产中多选用螺杆式空气压缩机2。压风机的安全运行是矿井系统安全运行的重要保障，其主要作用的是向井下输送新鲜风流，其路径主要是通过大巷，到达工作面，再经回风达到风井，最后输送到地面。通过向井下输送新鲜空气，可以冲淡以及排除煤矿矿井下各类有害气体和矿尘，营造湿度，温度，风速等井下良好气候条件，提高矿井的抗灾能力9，由此有利于保障煤矿工人

17、的身体健康和矿业工作的正常生产。 空压机种类很多种，常见的有离心式空压机、涡旋式空压机、螺杆式空压机、滑片式空压机、活塞式空压机和旋叶式空压机等（如图1-1所示），其中煤矿中主用螺杆式空压机10。螺杆式空压机又分为双螺杆式空压机及单螺杆式空压机。空气压缩机螺杆式空压机离心式空压机活塞式空压机滑片式空压机涡旋式空压机旋叶式空压机其它单螺杆式空压机双螺杆式空压机图1-1 空气压缩机分类1.3.1螺杆式空压机基本结构双螺杆压缩机的组成由主副两根转子配合，即阴阳俩个转子，组成啮合副，主副转子齿形外部同机壳内壁构成封闭的基元容积,属于双轴容积式回转型结构11。它的缺陷就是四十立方及其以上机型需要添加增速

18、齿轮，因此需要增加电耗，所以极易导致出现机头抱死等问题。1.3.2螺杆压缩机的工作原理螺杆式压缩机的工作模式包括三个循环过程他们分别是：(1)进气：电机驱动转子，当主从转子的赤沟空间在转至进气端壁开口时，外界的空气充满其中，当转子的进气侧端面转离了壳之进气口时，在齿沟间的空气被封闭在主、从转子与机壳之间，完成进气过程11。(2)压缩：在吸气结束时，主、从转子齿峰与机壳形成的封闭容积随着转子角度的变化而减少，并按螺旋状移动，此为空压机压缩过程11。 (3)排气：当转子之封闭齿峰旋转到与机壳排气口相遇时，被压缩的空气开始排放，直到齿峰与齿沟的吻合面移至排气端面，此时齿沟空间为零，即完成排气过程。与

19、此同时，主从转子的另一对齿沟已旋转至进气端，形成最大空间，开始吸气过程，由此开始一个新的压缩循环11。1.3.3螺杆压缩机的特点螺杆式压缩机与活塞压缩机有着共同的气体压力提高原理，它们都是容积式压缩机。作为区分两种压缩机不同的地方是它们主要工部件的运动方式不尽相同，因此，螺杆式空气压缩机已经兼备了以上两种空气压缩机的很多特点。(1)螺杆压缩机的优点一：螺杆式空气压缩机工件相对较少，不容易损坏，它的可靠性高运行时间长，磨损寿命高，四万到八万小时大检修即可；二：维护起来也很方便，根本就不需要经过太多的培训，操作人员就可以实行无人看守的运转，三：动力平衡性方面很好，可以平稳工作的同时，能够实现无基础

20、运行；四：适应性好，强制输气；五：可承受液体冲击，由于螺杆空气压缩机的转子齿面上都具有空隙，因此应输送液态气体，粉尘，易聚合物等；六：效率高，其排气量不受排气压力影响11。(2)螺杆压缩机的缺点一：螺杆压缩机的转子齿面的制造费很贵。以为它是一个空间的曲面，所以必须要运用特制的工艺加工，而且加工费也很贵；二：造价昂贵，因为螺杆式压缩机气缸需要很高得加工精度；三：螺杆压缩机应用范围很小，只能用在中压及以下范围，排气压力通常情况下不能高于三万大气压，因为转子刚度和轴承寿命的约束限制；四：螺杆压缩机只有在特定情况下才能施展自身的优越的特性，因为其密封气体依靠得是间隙11。2系统简介2.1控制系统概述P

21、ID控制虽然是工业控制之中常用的方法之一，其也存在着相对的局限性：控制器的参数不能随着控制对象的变化自动调整，从而来应对外界环境的变化。很多资料表明，通过模糊控制的方法可以达到期望的目标，因为它可以使控制器能够让控制系统的参数自我修正，具有较好的自适应性12。模糊控制在智能自动化控制研究中的地位越来越突出。尤其是模糊PID控制方法，在其中起了非常重要的作用，所以不难想象其在今后的一段时间内仍然会是这一技术方面的领军。至今现代控制理论仍然是大多数控制应用技术研究方面的最佳选择，由于其本身的一些优点，然而在工业过程控制过程中，PID控制技术却是占据了主导地位。用PID作为理论依据的诸多控制器将会在

22、一段时间内一直是过程控制中不能欠缺的最基本的控制单元之一，虽然在将来的控制应用方面的增加，但是被控方也会千变万化，随之与其相对应的控制技术更加变化的琳琅满目更加实用。2.2 变频器的控制及原理2.2.1 变频器的原理其主要任务是将CVCF逆变器交流变频交流电，这样你就可以满足交流电机变频调速的需要。很多变频器类型，通过对其分类的认识，有助于我们更好的了解逆变器的性能。变频器的类型可以按照以下原则：几种方法，根据应用领域，可以通用逆变器和逆变器；依照其构造又能够划分为：间接变频器（交-直-交变频器）以及直接变频器（交-交变频器）；在交-直-交变频调速，可根据直流电源的分类，一个电压源逆变器和电流

23、源逆变器；按照输出电压调节方式来划分，可以有脉冲幅值调节方式和脉冲宽度调节方式。咱们大多常常采用的是间变频（-直-交频器），他将率稳定的工交流经过一些整器变为一定的流电，继而再将这个直流电变成电压和频率都发生变化的交流电，由于其主电路由整流，中间直流环节逆变器2.2.2 交-交变频器的工作原理交交变频电路又称为周波变流器。交交变频电路是把工频50HZ的电网频率的直接转换成频率可以调整的的变频电路。由于没有直接的联系，属于直接转换。交交变频器电路的弊端有谐波含量大，频谱繁杂，功率输入的效率低，输出的最高频率不能超过50HZ电网频率的一半，主要用于轧钢机主传动、球磨机等容量较大而转速相对较低的调速

24、系统。图2-2 星形联结方式三相交交变频电路原理图2.2.3 交直交变频器原理交直交变频器的原理就是把频率稳定的50HZ工频交流电经过整流器变为直流电，然后再把直流变换成其他频率、电压两方面都可以可调的交流电，它的主电路有三部分整流器部分、中间直流部分和逆变器部分。图2-3 交直交变频器结构原理图（一）控制电路变频器的控制电路是变频器的中枢部分之一，控制电路主要将信号传递给整流电路部分、中间电路部分和逆变器部分，并且控制电路也会将接收来自这些部分的反馈回来的信号。简单说，就是控制电路要控制变频器的半导体器件，变频器和数据交换、数据收集和故障信息处理外围电路也保护逆变器和电动机的功能的实现。控制

25、电路采用微加工技术，微加工技术进行了数字化控制已成为现代控制技术的发展方向。（二）整流器整流器是直流调速器和交流变频器中的主要部分，由于整流器功率越来越大，如轧钢机拖动的晶闸管拖动系统，功率可达数千千瓦，为了减轻整流装置的高次谐波对电网的污染，可采用十二相及以上的多相整流电路。整流器有可控与不可控的两种类型。变频器中的整流器可由二极管或是晶闸管单独构成，也可由两者共同构成。由二极管构成的是不可控整流器，由经扎管构成的是可控整流器。其两者共同构成的半控整流器。图2-3整流部分为三相桥式整流电路由VD1 vd6，是一种常见的阴极和阳极系列组。在电压正负半周，都有相应的晶闸管导通，每周有六次脉冲，也

26、称为六脉波整流。从线电压方面看，不管正负半周，都能使相应晶闸管导通，从而使三相的线电压能够整流出六脉波的直流电压。它们将工频的380V交流电整流成直流电，考虑直流部分电容对电压的抬高作用，直流电压表达式为：式中 电源的线电压。（三）中间电路中间电路就是整流器部分与逆变器部分中心的控制电路，是一个的保存的装置，不同设计风格结构的中心部分电路具有不同的附加功能，在交直交的变频器电路中，因为逆变器部分的负载大都具有感性的特点，不管电动机处于电动或是制动状况，逆变器部分的输出功率因数总是不会为1，在中央的直流环节部分和部分之间总会存在的交换，因此在中间直流电路中需要有储存无功能量的原件。其中有电流源型

27、和电压源型两种中间环节。（四）逆变器逆变器就是把部分的直流电变成为其他频率交流电的装置。它由三部分逆变桥部分、控制逻辑部分和滤波电路部分组成。逆变分为两类有直接与电网相连的逆变器和直接与负载相连的逆变器。而变频器的逆变器属于无源逆变，也是变频器的最后一个环节，由6个全控功率开关元和6个反向并联的二级管组成。通过6 个全控功率开关元件反复的关断，实现三相的逆变。本次设计的使用的是性能优越绝缘栅双极性晶体管（IGBT）。它的组成是两部分双极性三级管（BJT）、绝缘栅型场效应管（MOS）复合的全控型依靠电压驱动的电力电子器件。2.3 PWM脉冲调制技术所谓的脉冲宽度调制技术，是基于参考波（一般是正弦

28、波）为调波，并以其倍的调波频的三波（或者是齿波）作为波，再将其比，在其正弦制波大于其三角载波的那一部分就可以生成出一系列幅值大小一样，并且这个宽度可以与正弦制波的形冲序列呈比关系，这是来作为等效这个正弦调制波的，另外再让一定的开关量代替一些模拟量，并且通过逆变器开关通断控制，直流和交流，这项技术被称为脉冲宽度调制技术。这种调制是线性的，这是因为三角载波线性变化的底部宽度。若这个调制载波是正弦波的时候，这可以使输出的一系列矩形脉冲的序列的脉冲宽度根据正弦的规律发生变化，这类技术常常叫做正弦脉冲宽度调制技术。按同一比例系数的振幅的变化，每个脉冲宽度可以改变输出正弦波。波形分为相等振幅的波和不相等振

29、幅的PWM波两种。因此，直流电源产生的波通常是连续波，由交流电源产生不等振幅波。所以无论是连续波或不等振幅波，这是基于面积等效原理，所以他们的本质是相同的。基于控制的基本原理，如果振幅脉冲波的数量，变频器的输出频率和半周期，然后可以精确计算在每个脉冲宽度和波形间距。若是根据算出最终的结果来控其变器电路中的那些开关功率件的通状态，那么就能够生成出所要求的波形。这种方法叫做计算法。可以看出，该计算方法是非常复杂的，和振幅，频率或相位的变化输出正弦波，其结果将改变。随着计算方法相应的调制方法，它是希望的输出波形的调制信号，然后将接收的调制信号作为载波信号，该信号波的调制可以获得所需的波形。而这就要通

30、常采用锯齿波或等腰三角形作为载波，其中等腰三角形作为载波时应用最多。因为对一个等腰三角形的高度和宽度的线性和对称的平面的任意一个点，所以他和这个温和平稳变化的调制波信号相交叉之时，若在交叉点的时候再对这个逆变电路之中的功率开关器件的通断状态进行一系列的控制，那么就能够获得此宽度与信号波的幅值大小呈正比关系的脉冲序列，这就恰恰的满足控制的需求，而且在这调制信号波作为一定的正弦波的时候，那么就能够获得合适的波形。正由于这样的优点，所以在实际中，这是主要的调制法。2.4 PLC变频节能控制系统组成 基于PLC变频节能控制系统由以下部分组成：可编程控制器PLC、变频器、电抗器、电压表、接触器、空气开关

31、、压力变送器、电流表、按钮、互感器等。基于PLC的变频节能控制系统原理图如图2-3所示。空压机空压机空压机M1M2M3压力变送器变频器PLC电源储气与供气管道图2-3控制系统简图煤矿空压机变频节能调速的要求13：(1)大转动惯量负载是空压机得特色，变频器在最先发动时呈现跳过过流保护的情形会在这类启动中产生，于是拥有高启动转矩的无速率矢量变频器得操纵确保持续恒压供气得同时又可保证装置运行可靠和稳定性；(2)如果空压机在20赫兹以下的状态下大量运转，会使其转速太低，导致空压机的稳定性大打折扣，同时空压机缸体的光滑度也会变低，因此增加了维修及保养成本。(3）思考到用功率方面得原因，变频器功率应当比空

32、压机大一级别，以防止空压机发动过程中呈现经常跳闸的处境；(4)为了有用的滤除变频器输出电流中的高次谐波份量，消减引发的电磁滋扰及运行中的噪音，抬高电机的稳定性，装置中应选用输出交流电抗器。(5)变频和工频两套控制回路，保证不出现异常调动，以不影响生产。上位机报警装置PLC变频器1#空压机2#空压机1#空压机检测变送装置检测变送装置检测变送装置图2-6 空压机变频调速原理图3系统硬件介绍3.1主电路设计在体系硬件策划设计中，基于矿井环境考虑将使用一台变频器进行操纵三台空压机的电机日常运转，此中三台电机的运行都有两种不同状况，即变频和工频,以此来达到工作要求，而且每一台电动机分别用两个接触器同工频

33、电源和变频输出电源连接13。变频器在输入电源前接自动空气开关，用来达成电机、变频器的过流过载保护的接通，按照电机的额定电流来确定空气开关的容量14。为了控制电动机的过载以及过电流保护，故此应同时在工频电源之下以及PLC只上都应该衔接一个自动空气开关来进行保护。只有这样才能保证电动机及PLC的全天候正常运转。接触器都应该按照各种电机运动能力做出最适合的遴选。（电气主电路如图3-1）硬件设计中的电机工作电流均很大，均在100300A，因井下环境的缘故需要能时时监测各个电动机的工作电流值，因此在每台电机三相输入电源之前应该接上能时时监测电流值的电流互感器，在控制柜安装电表，三相电流可以很容易地读取电

34、机值使操作者监控电机的运行状态。电动机的过热保护经过热继电器达成。变频器中的主电路电源输入端子经由空气开关与三相电源接通，电机频率和频率的两个国家确保电源频率输出功率拖拖和电机旋转相干两种情况下，大电流转换，将变频器和变频的切换过程中产生的。在使其启动、运转以及最终停下来人工操作过程，务必使用电器触摸面板进行操作，坚决不能按照主运转电路的接通断路来操作14。上位机PLC变频器M1M3M2Km1Km2Km3Km4Km5Km6FR1FR3FR2QF1QF2QF3QF4L1L2L3图3-1 节能控制系统主电路图3.2 PLC选型 本节能系统体系中囊括3台电动机、3个电磁阀、12个温度传感器、7个压力

35、传感器，其中启动与停止等开关控制信号共19个，一共有64个I/O点构成了被控对象。开关控制电机的起动，变频器的控制输入的模拟量输出4 20mA电流PLC模块，恒压力控制和压力。PLC输入输出模块I/O点数的统计如表3-1所示。表3-1 PLC输入输出模块I/O点数统计I/O类型模拟量输入模拟量输出开关量输入开关量输出信号类型类型数量类型数量类型数量类型数量进水温度3变频器控制型号1紧急停止3工频继电器3润油温度3检修/正常3变频继电器3风包温度3故障灯复位3超温灯3电机温度3报警灯复位1断水灯3进水压力3启动按钮3电磁阀3后冷压力3停止按钮3报警灯1总管压力1自动/手动3运行灯3检修灯3油压低

36、灯3统计点数AI19AO1DI19DO25总计64PLC有较强的带负载能力，可以用于大型的工业控制的场合。此外除了逻辑处理这个功能之外，它还具有一定的数据运算的能力，并且还可以应用于各种的数字控制的领域之中。PLC的选型一般要考虑两个基本的方面：一.用户存储器容量。二.FO的点数，。并且首先要去估算出存储器的容量以及还有I/O点数，最后再去选定相应的容量的PLC就可以了。1存储器的容量存储器容量它是表示一定的硬件存储单元的大小，而程序的容量是表示用户应用程序的存储单元的大小，并且存储器的容量是大于程序的容量的。这是因为用户应用程序的容量在这个设计的阶段的，但是这个阶段是未知的，所以就只能对这程

37、序容量再进行估算了。2I/O点数这FO点的数值都需要在I/O的极限值之内，并且还要去考虑一定的余量。而这个通常是依据统计出来的输入输出的点数，并且再增加一定的扩展的余量，之后，将其作为输入输出的点数来估算这个数据就可以了。并且还具有很多的特点：（1）比较丰富的扩展模块。（2）可靠性比较强。（3）内置集成功能比较丰富。就如各种计数器、高速计数器、定时器等可以很方便的设计来使用。（4）指令的丰富。其基本功能有：控制功能、运算功能、中断功能等。3.3变频器选型本节能系统设计选用西门子MM440变频器。该逆变器的矢量控制技术，具有高性能，并能提供低转速和高扭矩输出，动态特性好，可实现在同一时间，应用程

38、序有很强的过载能力来满足广泛的应用，没有什么比这种灵活性的在先进的内部功能连接功能。(1)主要特征 在变频器领域，也同样会出现有一些难以控制的情况。直到西门子变频器问世以后，它得强大功效使状况才有了改观。MICROMASTER 440 是特意针对与日常相比需求加倍广泛的功效和更高动态响应的操纵而设计的。这些高级矢量控制系统可确保一致的高驱动性能，即使发生突然负载变化时也是如此。由于拥有迅速反映输入和定位延缓斜坡，甚至在不使用编码器的情况下也可以转移至方向位置。该变频器带有一个集成制动斩波器，就算是在制动和短延缓斜坡期间，同样具备高精度(2)保护功能 3秒可以承受1.5倍额定负载电流，并在60秒

39、内负载2倍额定负载电流；具有过电压、欠电压护卫；变频器电机同时拥有过热保护和接地故障保护，短路保护等。3.4传感器的选取传感器是一种能检测到被测量信息的装置，并能将感受到的讯息，按一定顺序变更成为电信号或别的所需方式的信息输出，达到信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等诸多要求。它是达成自动检测和自动控制的关键。以下简要比较后，对传感器做出最终的选择。(1)压力传感器的选型压风机主机得进水压力和储气罐气体压力是现场所需要丈量的重要压力参数12。在精度控制在千分之五内对压力信号要求范围为01MPa。随着经济的迅速发展，压力传感器种类以及型号日渐增加，因此应按具体的要求及其现场环境选择最适合的

40、传感器。本节能系统采用PT压力传感器。(2)温度传感器的选型煤矿矿井的温度监测信号须在0160之间，因此所用温度传感器应采用以PT100为标准的电阻温度传感器，作为铂电阻温度传感器，其测量量程广。-60到+400之间的温度都可。4软件设计4.1 PLC控制系统设计步骤在本次设计中，我们使用S7-200系列，所以可以采用与此相关的一系列梯形图的编程软件。S7-200其具有的优点如下：()可以通过一些专用的数据线，并将此编辑好的程序通过的端口直接写入此中去；()具有程序的调试和一些实时的写入等的功能；()本可以支持的两个输入和梯形图方法的编程语言。由于压风机系统是一个惯性很大的系统，所以不需要响应

41、速度快，所以在设计过程中，应在设计这种查询模式，其中断的方式为辅。此系统的具体的主流程如图4-1所示 ：图4-1 PLC变频节能控制系统流程图4.2 PLC程序设计的步骤(1) 在遇到比较繁琐难以一次正确的设计完成的控制系统时，务必要绘制出这一体系的控制流程图，以此用来清晰地解释动作的次序和前提。 (2) 根据流程图设计简洁的梯形图。(3) 根据简洁的梯形图编写出程序。(4) 使用编程器把之前编写的流程程序写入至PLC的用户存储器，查检编写的程序是不是精确。(5) 对所编写的程序多次调试以及改正，使程序能够满足系统运行要求。(6) 等到控制台以及网站建设完成之后，可以在线修改检测，如果不满意，

42、然后回到修理检查或修改程序，直到满足要求到目前为止。(7) 编制技术文件。4.3 PLC程序设计根据上面的分析及其原理图的描述，其基本的变量可列表如下所示：表4-1在本论文模型中设计了两种的模式工作方案：即自动演示和手动模式：（）手动模式 此模式还是采用了上中所表述的按键控制的方式，每个按键可以采取单键开关的工作方案，如下所示：( )( )( )0X000M1M2M1M2Y000M1M1M2Y000M1M2Y000图4-3 X000控制的总开关单键所的起停控制的电路整个控制面板的输入的控制量都可以采用其所类似的控制的电路，所不同的是：输出控制与中间变量之间的变化。在此设计中，还应该采取一定从逻

43、辑上来避免一定的工业现场的危险性的保护措施。 X001M21M4M3M21M3M4M3M4M21( )( )( )M3M4M21图4-4手动控制中的由X001-X005所控制的单键起停电路 从所示，在正转属于一定的保持状态之时，逻辑上反转所输出的控制的信是不成立的，不能输出一定的信号。这样现场操作人员在工作时，可以很好地在一定的程度之上可以解决错误的操作所造成的设备损坏情况。Y000M21Y002M3M23Y004M24( )( )( )Y001Y003Y004Y001( )Y002Y005Y003Y005( )Y005M25Y003Y004图4-5 变频器控制输出的逻辑部分) 自动演示的模式

44、在此模式之下，并在手动控制操作的可用性被屏蔽下，可以采取停止和启动控制的两种方式，这样可以很方便的来演示其台车上所运行的各个方向、速段的过程。并且若需将流程改变时，还可依据此系统的程序，这样可以很容易的通过时间的长短来控制工艺流程，并将其改变。梯形图如所示：在这个的系统之中，若在自动模式下时，其与分别起到控制启动和停止的功能。因此，这个系统的程序可以依据试验台上的长度，以及还有此电机的转速的大小与方向，这样就可以在最高的速度之下，计算出此系统单方向旋转了秒时，可以使得其台车可以从轨道的中心逐渐的移动到轨道另一方的端点处。有以上的各方面的分析，我们可以很方便的编写出与系统有关的一些易实现的程序，

45、还有一些梯形图，故自动演示下的分别有和控制的自动模式下的启动和停止的梯形图如下：X001X002M1( )( )( )( )Y002( )Y004Y005T3( )( )( )( )M1Y1M1Y001T1K120Y001Y002T3T4Y003Y005Y003T3K40Y004T4K40Y005K40T5T4T5Y003Y图4-6 自动模式下三段速度依次运行与正转启动5 结论本变频节能论文是在剖析了空压机工作原理以及矿厂企业的基础之上，依据PLC技术及变频控制技术来设计研究了煤矿压风机的变频节能控制系统。随着压缩机控制的传统方式后发现，根据多少控制进气需求压缩机变频控制，有效节约能源，避免浪费精力。并且变频启动后对设备得冲击也减小使维修量降低，同时变频控制系统控制能力加强，能够匹配空气压力输出与所需量，变频器从零HZ起动使