摘要煤矿的安全生产中，矿井通风系统起着极其重要的作用，它是煤矿安全生产的关键环节。
而矿井通风机又是矿井通风系统的主要设备之一，因此对其进行PLC控制的变频调速系统的设计和研究，不仅可以大大提高煤矿生产的机械化、自动化水平，还能节省大量的电能，具有较高的经济效益。
煤矿主通风机监控系统主要包括风机性能检测和风机风量调节控制两部分。
本文以一台矿用对旋轴流风机为控制对象，结合PLC控制技术、变频调速技术和组态监控技术，对矿井通风机进行了PLC控制的状态监测和变频调速的设计和研究。
监控系统采用上位机加下位机的设计模式。
下位机采用可靠性高的可编程逻辑控制器，通过各种传感器和电量采集单元实时监测通风机的性能参数和状态参数、电机的电气参数并能实现远程通讯。
上位机应用北京亚控科技公司开发的KINGVIEW6.52组态软件编写人机界面，将风机工作流程以直观的画面显示出来，实现数据采集和显示、关键数据的记录和报警、生产数据的存储和报表输出、为操作员提供良好的操作界面，完成了风机房的无人值守自动化监控和管理的设计和改造。
在变风量系统中，主要比较了风门调节与变频调节，显示出了变频调节系统不仅能使风机工作在高效区，并且其节能效果要优于其它调节方法，具有很重要的应用前景。
风机调节控制由PLC+变频器控制电机转速实现风量控制。
同时本文还研究了风量调节的算法。
关键词：PLC控制；变频调速技术；矿井通风机；组态王软件；ABSTRACTAs the key component of coal mine safety，mine ventilation system plays an important role in coal mine safety. It is one of the main equipments in the system. So research and design of its variable frequency speed regulation system with PLC control have good economic benefits. It not only improves the mechanical and automatic level of coal production, but also saves large electrical energy.Mine main ventilator monitoring system includes testing and adjusting air volume fan control in two parts. In this paper, a rotating axial flow fan of mine as a control object，combined with PLC control，frequency conversion technology and configuration monitoring technology，PLC control of the mine fan was the state of monitoring and frequency control design and research.Monitoring system uses the host computer plus lower machine design patterns. High reliability and lower machine using programmable logic controller，through a variety of sensors and real-time monitoring of power acquisition unit fan performance parameters and state parameters，the motor electrical parameters and to achieve long-distance communication. We used KINGVIEW6.52 written man-machine interface configuration software developed by Beijing Asia PC application control technology company，the fans to an intuitive work flow screen display，data acquisition and display, record and alarm of critical data，production data storage and Report output for the operator to provide a good user interface，completed the fan room unattended automated monitoring and management of the design and reconstruction.In VAV systems，the main damper adjustment compared with the frequency adjustment，frequency regulation system shows not only make the fans work in high areas，and its energy is more effective than other adjustment methods，a very important application. Regulation and control by the PLC + fan drive motor speed to achieve control of air volume control. At the same time we study the air volume control algorithm.Keywords：PLC control；Variable frequency speed regulation technology；Mine ventilator；Kingview software；目录1 绪论 (1)1.1选题的背景和意义 (1)1.2风机监控在国内外研究状况 (1)1.3矿井主风机在线监控的展望 (1)1.4本论文的主要工作和安排 (2)2系统构成及各部分功能 (4)2.1矿井主扇风机 (4)2.1.1矿井主扇风机概述 (4)2.1.2风机主要技术指标 (4)2.1.3风机的特性曲线 (5)2.1.4风量的调节方法 (7)2.2可编程控制器的应用 (7)2.2.1 PLC概述 (7)2.2.2 PLC的基本构成 (7)2.2.3PLC的工作原理 (8)2.3风机参数的检测 (8)2.3.1风压、风量参数的检测 (9)2.3.2振动参数的检测 (10)2.3.3电气参数的检测 (10)2.3.4电机轴承和定子温度检测 (10)2.3.5开关量检测 (11)2.4 变频调速 (11)2.4.1变频调速技术在矿井通风机上的应用概述 (11)2.4.2变频调速的基本原理 (11)2.4.3风机变频调速节能分析 (12)2.4.4变频器的结构 (14)2.4.5 PLC控制变频器的方式 (15)3通信网络的实现 (16)3.1风机自动化监控系统的整体结构 (16)3.2基于现场总线和工业以太网的控制系统 (16)3.2.1现场总线控制系统和以太网技术 (16)3.2.2现场总线与以太网的互连 (17)3.2.3网络的具体实现方法 (18)4系统的硬件设计 (19)4.1系统硬件连接 (19)4.2主电路 (19)4.3控制电路的设计 (19)4.4 器件的选型 (22)4.4.1PLC的选型 (22)4.4.2变频器的选型 (22)4.5变频器与PLC的连接 (23)4.6风量的控制算法 (23)4.6.1变频器输入值计算 (23)4.6.2 U-P和Q-P曲线的拟合 (25)5主通风机监控系统的软件设计 (26)5.1 PLC软件设计 (26)5.1.1主控制程序流程 (26)5.1.2子程序0和1程序流程 (27)5.1.3子程序2和3程序流程 (28)5.1.4子程序4程序流程 (29)5.1.5中断子程序 (30)5.2组态软件设计 (30)5.2.1KINGVIEW 6.52操作界面 (30)5.2.2煤矿主通风机在线监测系统主界面 (30)5.2.3 PLC控制变频器调速系统主界面 (31)结论 (33)参考文献 (34)附录 (35)翻译部分 (40)英文原文 (40)中文译文 (46)致谢 (52)1绪论1.1选题的背景和意义通风机是煤矿的四大固定设备之一，它担负着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流的重任，具有“矿井肺腑”之称。
由于井下工作环境恶劣，主通风机工作电压较高，电流较大，出现故障的概率也较大。
一旦发生故障，将会对整个矿区的生产和安全造成重大影响。
因此，有必要建立一套功能完善的自动监控系统，实现矿井主通风机性能及状态的在线实时监测，以便在生产过程中及时掌握主通风机的运行参数和状态，这也是主通风机控制系统的发展方向。
据统计，煤矿事故70%以上是由于通风设备故障、通风管理不善等所造成。
随着煤矿生产规模的扩大、生产效率的提高，井下通风系统对通风设备的监测监控也必须提出了更高的要求。
利用设备在线监测监控等相关技术，实时调节风机运行状态，及早发现故障隐患十分必要。
高压变频技术、智能控制技术、传感器技术、现场总线技术以及工业以太网技术的迅速发展，为满足煤矿生产的上述要求提供了可能。
本监控系统就是在此背景下提出的。
1.2风机监控系统国内外研究状况国外很早就对风机进行了研究。
至90年代，一般的风机均配有在线监控系统，集保护、检测、控制于一体，不但能实现风量的自动调节，主要能进行故障诊断，预测使用寿命，预报维修极限，成功地对风机进行了检测，有效的保证了矿井通风系统的安全运行。
美国煤矿使用的主风机以轴流式为主，近年来开始采用在运行中可以改变叶片角度的液压式动叶可调风机，节能效果好。
德国以TLT公司为代表，采用液压式动叶调节的轴流通风机，其运行效率可保持在83%～88%以内。
国内在这两方面起步比较晚。
风量调节方法都比较落后，需要在停机的情况下进行手动调节或者是隔一段时间才能调节一次。