1. 研究目的与意义
今年我们将迎来改革开放四十周年，在这四十年中，矿产资源对国民经济的飞跃发展做出了重要的贡献。一次能源的开发利用中，煤炭占比一度超过50%，虽然我们正在大力开发风能、水能、核能、可燃冰等清洁能源，但受限于各种因素，短期内矿产资源仍然无法被取代，矿井的开采规模依旧很大，由此产生的矿井生产事故也是屡见不鲜，矿井开采的安全问题也早已成为社会关注的焦点。据不完全统计，多数矿井生产事故的发生往往是通风不达标、不及时等隐患爆发的后果。而工业风机作为矿井通风环节中的主要核心设备，它的作用是向井下输送地表上的新鲜空气，稀释开采作业中释放出的有害化学气体，降低其浓度，并及时地将有害气体通过气流快速排出到井外，一同排出井外的还有因开采作业被扬起散播在空气中的煤尘，如此一来井下温度能够得到有效降低，改善了作业环境，更提高了开采作业的安全性。目前，国内许多矿井所用风机的运行仍由人工来操作，这种传统方法自动化程度极低，整个风机系统无法监测井下管网阻力和井下瓦斯浓度，这代表风机不能依据上述两个参数的波动而做出相应调整，只会以工频方式固定运行，这是一种典型的开环控制系统。其只能通过调节挡风板或者通风管道的口径来调节风量，因此相当一部分电能遭到了浪费，这违背了节能减排的原则。本论文的研究任务是运用在校期间所学习的自动控制原理、变频调速技术、传感器技术以及人机界面开发知识，在模拟矿井通风的应用场景下，对工业风机变频控制系统进行学习研究和设计。
通常，矿井的开采通常是先向地下纵向挖掘，在到达一定深度后，进行横向深入开采，而随着与地表越来越远，即与风机距离越来越远，管网阻力增加，这对于传统的定频通风系统而言越来越乏力，地下掘进面能获得的风量自然是越来越少的。而本文通过对工业风机控制的学习与研究，经查阅大量文献后，得出了一种科学的控制算法。在通风管道中安装压力传感器，测量出在不同转速下对应的压力数值后，将其带入风机比例关系式可得到在不同转速下，风机产生的实际有效风量；在得到风机转速与输出风量的对应关系后，再对变频器输入输出电源与风机转速之间的线性关系进行深入分析研究；结合上述两组变量关系可得到变频器输入信号与风机产生的实际风量之间的复杂关系。除了对管网阻力这一因素进行分析外，井下瓦斯浓度亦是不可忽视的重要因素，但是由于井下开采作业过程中，瓦斯等化学气体的产生因素非常之多，无论是作业设备与岩石的摩擦、或者作业面突然进入到了某个气体浓度异常高的环境等，毕竟井下开采可能遭遇的未知情况有太多，因此很难建立起瓦斯浓度与风机转速的数学关系。故笔者试着对瓦斯浓度划分阶段，为每个阶段的浓度分配不同的控制变量，近似于线性关系。另外，为了能够实现风机运行中对风机转速、风压、瓦斯浓度等参数进行实时监测，本控制系统借助昆仑通态mcgs软件设计了工业风机控制系统的人机界面。
2. 研究内容和预期目标
1.研究内容
在各种工业用风机（如引风机）中，大部分是额定功率运行。风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用档板、风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑节能问题。同时，电气控制采用直接或y-△启动，不能改变电机的转速，无法具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较低。本项目拟基于变频器，研究工业风机的控制问题，实现风机的节能、降噪等。
2.预期目标
3. 研究的方法与步骤
1.研究方法
4. 参考文献
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西门子（中国）有限公司自动化驱动集团.深入浅出：西门子s7-200plc（第3版）.北京：北京航空航天大学出版社，2007.
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西门子（中国）有限公司自动化驱动集团.simatic s7-200可编程序控制器系统手册，2008.
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（1）2022-2-26～2022-3-16（3周） 查阅相关背景及技术资料，制订具体计划，撰写开题报告。
（2）2022-3-19～2022-4-06（3周） 提出实现方案，熟悉plc硬件资源及编程技巧，熟悉变频器使用方法。
（3）2022-4-09～2022-4-27（3周） 设计电路原理图，提出程序框图，编制控制程序。
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