1、 毕业论文开题报告 电气工程及其自动化 基于 PLC 的煤矿矿井通风控制系统设计 一、课题研究意义及现状 据统计 ,我国煤矿事故因瓦斯爆炸死亡人数是世界上主要采煤国家，死亡总人数的 4 倍 ,百万吨煤死亡率是美国的近 20 倍、印度的 12 倍。地面空气进入井下后 ,因发生物理和化学两种变化 ,使其混入了有毒性、窒息性和爆炸性的气体和粉尘 ,为创造井下良好的工作环境、防止各种伤害和爆炸事故 ,保障井下人员身体健康和生命安全 ,对通风设施进行系统化管理和监控的工作显得尤为重要。矿井通风系统主要是为了解决矿井内空气的流通问题 ,使在井下作业的矿 工能够正常工作并使有害气体能够及时地疏散到矿外大气中
2、去。矿井主通风机通风机是矿井通风系统的核心设备，因此自然成为风机监测系统的首要监测对象。鉴于通风作业在煤矿安全生产中占据的至关重要的地位与作用，在通风系统的设计中都毫无例外地体现了系统冗余的思想，即重复配置两台相同的通风机组，互为备用，确保通风作业的不间断性。 本次研究的课题是利用 PLC技术来实现煤矿矿井通风控制系统的设计。 PLC是以嵌入式 CPU为核心，加上输入、输出等模块。 由于风机需要高可靠性，所以对使用的下位机系统的可靠性作为选取的主 要参数。 PLC由于 采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从 PLC 的机外电路来
3、说，使用 PLC 构成的控制系统，与同等规模的继电器系统相比，电气接线已减少到数百甚至数千分之一，因此故障率也就大大降低了。此外 PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障可以报警，在上位机软件中也编写了外围器件的故障自诊断程序，使外围电路也获得故障自我保护。这样就使整体控制系统具有很高的稳定性。 二、课题研究的主要内容和预期目标 1、主要内容 主要研究内容是利用 PLC 技术设计一个矿井通风 系统监测控制模块。 主要包括 PLC 检测系统和上位机组态软件系统两个部分，其中 PLC 测控系统能够实现对主通风机温度，风洞，电气等参数进行实时采集，并将上位机软件传来的控制命令传至电机，风门等被控对
4、象；而上位机组态软件系统要求将 PLC 测控系统采集的实时数据按照生产实际在上位机上进行显示，使工作人员简化工作，并能达到远程监控的目的，同时将用户的控制命令传给 PLC 测控系统。 2、预期目标 1）预期设计一个通风机系统，利用主要以 PLC 软件编程使通风机实现： 实时监测风机运行各种参数；监测风门位置、风机开停状态、反 风信号和电机编号等风机运行多种状态信息；控制风门开 /关、风机启 /停；自动闭锁控制，保证系统安全；具有现场控制，手动控制等多种控制方式。初步设计 风机的参数检测分为：温度信号的检测，风机启 /停信号检测，风量的检测，振动参数的检测，压力检测，电气参数的测量与监测，信号采
5、集设备，系统的通讯。温度信号由风机内部的测量电阻得到，将信号通过屏蔽双绞线传到多路温度巡检仪。风机启 /停信号检测中的传感器主要用于煤矿井下各种交流驱动机电设备启 /停状态，并把检测到的设备开停信号转换成各种标准信号传输给 PLC。监测风门位置和控制风门 方法设置 通风机的通道有三个电动风门：立式风门，斜风门，地面风门。其中立式风门用低压三相交流电动机拖动，由左右限位开关来检测风门的位置，斜风门采用交流电动机拖动，由上下限位开关检测风门的位置，限位开关的常开或常闭触点向 PLC 发出信号并切断电机供电回路。 在监测系统中，控制面板上的按钮、开关和各种检测信号输入都需要到 PLC 中，通过 PL
6、C 来控制各电机的启动、关闭以及指示灯的显示。 PLC 是监测系统的核心，主要完成对本系统所有信号的采集以实现对通风机的自动监测控制。 2）由于主要是对以 PLC 为主的主控模块进行实现 ，那么利用 PLC 实现通风机控制系统的程序编译成功后，还需要对编译好的程序进行调试通过，通过调节来观察程序能否实现通风机控制系统的一系列功能，从而满足最初的设计要求。 3）然后考虑 用组态软件实现综合功能 。组态软件 提供了多种控制器件库、图形控制和功能组件，可组态各种显示与控制功能，创建画面和信息并将其与 PLC 程序链接，以图形形式使系统操作状态、当前过程值及故障可视化，提供友好的人机界面来操作被监控的
7、设备或系统，对 PLC 系统中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，满足各种监控要求。 4)为了应对通风机工作时遇到的 突发情况 ,如突然断电以及突发情况。需要设计加入备用电源，紧急暂停按钮和复位按钮。 三、课题研究的方法及措施 1研究方法 首先要对通风机控制系统的原理和 PLC 进行了解，这需要查阅一定的资料，清楚该系统所需要实现的功能以及如何实现这些功能， PLC 的原理和其所能实现的功能。因为本次研究完成的主要是对 通风机的监测系统的设计，其监测系统主要用于 温度信号的检测，风机启 /停信号检测，风量的检测，振动参数的检测，压力检测，电气参数的测量与监测，信号采集设备，系统的通讯。根据这
8、些模块以及相关资料，对通风机所要实现的功能对 PLC 进行编程，并调式通过。尝试通过组态软件来实现各种综合功能的控制。在这个过程中，需要查阅相关信息资料。需要编写完整 梯形图的设计，并通过调试达到预期的效果。 2研究措施 1） 收集查阅 通风机的 相关资料，对 PLC 的应用设计情况进行了熟悉了解；了解不同的设计实现方法，比较现有的相关方案，确定本课题研究和实现方案，然后对方案中的各单元进行了必要的分析和研究。 2）对所研究的 通风机的监测系统进行详细的了解，摸清 温度信号的检测，风机启 /停信号检测，风量的检测，振动参数的检测，压力检测，电气参数的测量与监测，信号采集设 备，系统的通讯等模块
9、的工作原理。 3）根据通风机所要实现的功能，编写完整的梯形图设计。以及根据功能来分配 I/O 接口。完成了编程以后，通过调试通过，看是否满足预先所设想的功能。初步设计系统的方案为 根据设计方案，以及对通风机的性能分析，大致确定 I/O 点数，综合 PLC 的性价比。选定 PLC型号。 4） 考虑控制系统额可靠性，由于控制系统工作的环境相当恶劣，故需要采取一些措施，保证控制系统能够长期稳定的工作。 四、课题研究进度计划 1 2010 年 10 月 15 日至 2010 年 12 月 3 日 分析 任务，查阅通风机系统相关的资料；对资料进行消化，进行理论准备，方案的考虑和设计；基本完成开题报告，中
10、、英文翻译和文献综述。 2 2010 年 12 月 4 日至 2010 年 12 月 31 日 确定通风机控制系统的最佳设计方案； PLC 选型、 I/O 口分配、电气控制设置等。 3 2011 年 1 月 1 日至 2011 年 3 月 22 日 对通风机控制系统的实现进行硬件设计优化、软件编程和综合调试等；组态软件的调试。 4 2011 年 3 月 23 日至 2011 年 4 月 24 日 上位 工控机 PLC 模拟量输入 模块 数字量输入输出模块 串口通信模块 现场触摸屏 通 风 机 流量，温度，瓦斯浓度 通风机状态 输出启停、报警 电机电参数 综合调试优化，完成毕业设计论文；做好答辩
11、用的 PPT，并作好答辩准备。 五、参考文献 1 杨波，王峰，刘自学 .基于 PLC 的矿井主扇风机无人值守系统设计 J.煤矿机械， 2009， 30（ 5）：128 130. 2 陈建明 .电气控制与 PLC 应用 M.北京：电子工业出版社， 2006 年 8 月 . 3 （美）韦布 .可编程逻辑控制器 -原理与应用 M.北京 :电子工业出版社， 2005 年 8 月 . 4 廖昌初 .S7-300/400PLC 应用技术（第 2 版） M.北京：机械工业出版社， 2008 年 3 月 . 5 郁汉琪 .电气控制与可编程序控制器应用技术 M.南京 :东南大学出版社， 2003 年 6 月 .
12、 6 孙海维 .SIMATIC 可编程序控制器及应用 M.北京 :机械工业出版社， 2005 年 4 月 . 7 王华等 .可编程序控制器在运煤自动化中的应用 M.北京 :中国电力出版 ,2003 年 6 月 . 8 Loannides, maria G.Design and implementation of PLC-based monitoring control system for induction motorM.IEEE Transactions on Energy Conversion,2004， 9. 1 张培等 .基于 PLC的煤矿主通风机监控系统 J.煤矿机械， 2008,29(12):126. 2 张永建，刘少荷，王维 .基于 MCGS的矿用主通风机在线监测与控制系统 J.机械制造与设计，2009,10:129-131. 3 李青云 .PLC 可编程序控制器的应用及发展趋势探析 J.中国科技信息 .2010， (16):156.
